1-ые термические машины

Молвят, еще две с излишним тыщи годов назад, в III в. до нашей эпохи, величавый греческий математик и механик Архимед выстроил пушку, которая стреляла при помощи пара. Набросок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя восемнадцать веков в рукописях величавого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.

Как стреляла эта пушка? Один конец ствола очень нагревали на огне. Потом в подогретую часть ствола наливали воду. Вода одномоментно испарялась и преобразовывалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выкидывал ядро. Для нас любопытно тут то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

Приблизительно 3-мя столетиями позднее в Александрии — культурном и богатом городке на Африканском побережье Средиземного моря — жил и работал выдающийся ученый Гер он, которого историки именуют Героном Александрийским. Герон оставил несколько сочинений, дошедших до нас, в каких он обрисовал различные машины, приборы, механизмы, известные в те времена. Сочинения Герона очень ценны поэтому, что, в отличие от других ученых тех пор, он интересовался техникой и смог бросить потомкам описание не только лишь собственных изобретений, да и многих других, существовавших ранее и узнаваемых ему.

В сочинениях Герона есть описание прибора, который на данный момент именуют Героновым шаром (рис. 74). Он представляет собой полый металлический шар, закрепленный так, что может крутиться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступает в шар и через изогнутые трубки вырывается наружу. При всем этом шар приходит во вращение. Внутренняя энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения Шара. Геронов шар — прототип реактивных движков.

В то время изобретение Герона не отыскало для себя внедрения и осталось смешной игрушкой.

Прошло пятнадцать веков. Во времена нового расцвета науки и культуры, наступившего после темного периода средних веков, Леонардо да Винчи думает над тем, как можно было бы использовать внутреннюю энергию пара. В его рукописи мы находим несколько рисунков с изображением цилиндра и поршня. Под поршнем в цилиндре находится вода, а сам цилиндр подогревается. Леонардо да Винчи считал, что образовавшийся в итоге нагрева пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, будет находить выход и толкать поршень ввысь. Во время собственного движения поршень мог бы совершать полезную работу.

Приблизительно через 100 с излишним лет после Леонардо да Винчи другой итальянец, Д. Бранка, обрисовал двигатель, в каком использовалась энергия пара в другом виде. Это было колесо с лопатками, в которое с силой ударяла струя пара, по этому колесо начинало крутиться. Таким макаром, по существу, была придумана паровая турбина.

Вот некие идеи, известные человеку к тому времени, когда он начал трудиться над созданием реального рабочего термического мотора, способного приводить в действие разные машины и механизмы.

Над изобретением паровой машины в XVII—XVIII вв. трудились многие — Томас Север и и Томас Ньюкомен (в Великобритании), Дени Папен (во Франции), И. И. Ползунов (в Рф) и др.

Дени Папен был человеком необыкновенной судьбы. Он родился во Франции в семье доктора и сам стал доктором, получив красивое мед образование. Отец его грезил о блестящей карьере отпрыска, надеясь, что с течением времени тот займет должность царского лекаря. Но этому не судьба было случиться. После встречи в Парижской академии со известным голландским ученым Христианом Гюйгенсом юный Папен, к тому же ранее увлекавшийся разными техническими мыслями, совсем порывает с медициной. Он решает предназначить себя наинтереснейшей и важной в то время области техники — созданию термический машины.

Папен выстроил цилиндр, в каком поршень свободно передвигался ввысь и вниз. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом, который тоже прямо за поршнем подымался и опускался. По мысли Папена, поршень можно’было связать с какой-нибудь машиной, к примеру водяным насосом, который стал бы качать воду. В нижнюю, откидывающуюся часть цилиндра насыпали порох, который потом поджигали. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, толкали поршень ввысь. После чего поршень с внешней стороны обливали прохладной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и давление их на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и внешнего атмосферного давления опускался вниз, поднимая при всем этом груз. двигатель совершал полезную работу. Но для практических целей он не годился. Невообразимо было всякий раз насыпать в цилиндр порох, поджигать его, потом пускать воду, и так всегда, пока двигатель работает. Не считая того, применение взрыва для поднятия поршня было далековато не неопасно.

В движке, построенном Папеном, проглядываются главные черты современного бензинового двигателя. Но потребовалось много времени и труда огромного числа изобретателей, чтоб бензиновый двигатель был построен. Сам Папен пошел по другому пути — пути сотворения поршневых паровых машин.

В новеньком движке (рис. 75) Папен заместо пороха использовал воду. Воду наливали под поршень и цилиндр нагревали. Образующийся пар поднимал поршень. Потом цилиндр охлаждали и находящийся в нем пар конденсировался — преобразовывался опять в воду. Поршень, как и в случае порохового мотора, под действием собственного веса и атмосферного давления опу—скался вниз. Этот двигатель работал лучше, чем пороховой.

Но для практического использования он был также не много подходящ: необходимо было подводить и отводить огнь, подавать охлаждающую воду, ожидать, когда пар сконденсируется, закрывать воду… Были еще хлопоты с отводом воздуха, остановкой поршня в последних положениях… Эти недочеты были приемущественно связаны с тем, что образование пара, нужного для работы мотора, происходило в самом цилиндре.

А что если в цилиндр впускать уже готовый пар, приобретенный, к примеру, в отдельном котле? Тогда довольно было бы попеременно впускать в цилиндр то пар, то охлаждающую воду, и двигатель работал бы с большей скоростью и наименьшим потреблением горючего.

Дени Папен этого не сделал. Об этом додумался его современник британец Томас Севери, построивший паровой насос для откачки воды из шахты. В его машине пар получали не в цилиндре, а в котле.

Прямо за Севери британский кузнец Томас Ньюкомен со своим ассистентом Коули выстроили паровую машину, также адаптированную для откачивания воды из шахты. В этой машине Ньюкомен очень искусно использовал почти все из того, что было выдумано до него. Он взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал в отдельном котле, как это делал Севери в собственном паровом насосе. Когда поршень в цилиндре находился в нижнем положении, открывали кран, и поступивший в цилиндр пар начинал толкать поршень ввысь. Поршень через цепь и качающийся рычаг (балансир, как его именуют) был связан со штангой водяного насоса. Эта штанга при ходе поршня ввысь опускалась вниз. Когда поршень доходил до верхнего положения, перекрывали кран, впускающий пар, и открывали другой, через который в цилиндр впрыскивалась прохладная вода. Пар конденсировался, и поршень под действием атмосферного давления опускался. Штанга водяного насоса при всем этом шла ввысь, и насос откачивал еще одну порцию воды. Дальше повторялось все поначалу.

Машина Ньюкомена, так же как и построенные до нее машины, работала прерывисто — меж 2-мя рабочими ходами поршня была пауза. Эта машина была высотой с четырех-пятиэтаж-ный дом. От собственных предшественниц она унаследовала гигантскую «прожорливость»: 50 лошадок еле-еле успевали подвозить ей горючее. Обслуживало машину более 2-ух человек сразу. Один — кочегар — безпрерывно подбрасывал горючее в «ненасытную пасть» топки, а 2-ой — управлял кранами, впускающими пар и прохладную воду в цилиндр. Это была очень томная и изнурительная работа.

Тэги: механизм

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *