- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Всем привет! Мы продолжаем. Первая часть [1] была тут.
Эльсницкий [2] музей горного дела. Машина в рабочем состоянии, с её помощью опускают и поднимают клеть в шахте.
Наш современник, испанский историк и инженер Nicolas Garcia Tapia [3],
пишет о том, что испанский изобретатель Jerónimo de Ayanz y Beaumont (годы жизни 1553-1613) [6] построил в 1606 году паровое устройство для подъёма воды на высоту.
Вот тут [10] можно почитать...
Эскиз и рукопись, принадлежат перу Йеронимо де Аянса.
Наглядное изображение машины де Аянса. Пар из котла (D) поступал через открытый кран в ёмкость (2) и выдавливал воду наверх. В то же время, ёмкость (1) наполнялась водой из ёмкости (В).После чего, открытые краны закрывались, закрытые наоборот открывались и теперь уже пар выдавливал воду из ёмкости (1), а ёмкость (2) наполнялась новой порцией воды. В котёл, воду доливали по мере надобности. Благодаря двум ёмкостям, (а не одной) достигалась равномерная работа.
Таким образом получалось поднять воду на определённую высоту, например на верхние этажи замка. Или лить воду на водяное колесо, а от колеса приводить что-то в движение. В последствии, Томас Севери при постройке своей машины, использовал работы де Аянса.
Работая механиком университета Глазго, в 1765 году Джеймс Уатт [11], на основе модели машины Ньюкомена, собрал модель паровой машины с конденсатором.
В ~1768 году, на шахте горнозаводчика Джона Робака [12](Робак интересовался паровыми машинами и некоторое время финансировал Уатта ), была построена, большая модель машины Уатта, на которую он получил в 1769 году свой первый патент [13] (в заявке на патент, Уатт определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах»).
Макет был оснащен цилиндром (диаметр 5 см) с рабочим ходом 15 см. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины.
В каждом новом цикле часть энергии пара постоянно тратилась на нагрев цилиндра, так как на следующем такте в цилиндр впрыскивалась холодная вода (чтоб сконденсировать пар).
Проведя ряд опытов с кипящей водой, Уатт пришёл к выводу:
«…Для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда горяч, как и входящий в него пар; но с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна была происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра [15]» (38 по Цельсию).
Все паровые машины того времени были атмосферного типа. Давлением пара поршень поднимался вверх (при этом сторона (S) балансира, опускалась под собственным весом), после этого пар в цилиндре охлаждался струёй воды, образовывался вакуум и поршень (под действием атмосферного давления) опускался вниз. Уатт сделал вывод, что мощность машин можно существенно увеличить, если использовать не атмосферное давление, а давление пара. Основная идея, отличающая машину Уатта от машины Ньюкомена, заключалась в изолированной камере для конденсации (охлаждения пара).
Благодоря тому, что в машине Уатта конденсатор(С) был отделён от рабочего цилиндра(Р) (теперь его не нужно было постоянно нагревать и охлаждать), удалось увеличить КПД.
Спустя некоторое время Джон Робак потерпел банкротство и новым компаньоном Уатта стал английский промышленник Мэттью Болтон [16]. Приблизительно с 1775 года началась их совместная деятельность.
Болтон и Уатт обсуждают производство паровых машин на заводе в Сохо
Следующим шагом к усовершенствованию машины, была герметизация верхней части цилиндра и подача пара не только в нижнюю, но и в верхнюю часть
Так Уаттом и Болтоном, была построена паровая машина «двойного действия». С ~1776 года, машина стала выпускаться серийно.
В машине по-прежнему использовался вакуум, но пар, теперь подавался попеременно в обе полости цилиндра. Стенки цилиндра были теплоизолированы от внешней среды.
Машина Уатта хоть и стала эффективнее машины Ньюкомена, но КПД, всё ещё был черезвычайно низок (1-2%). Работала машина рывками и потому могла использоваться только как насос.
Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие устройства, необходимо было приспособить колесо (в качестве маховика [18]) и добиться равномерного вращения. Такой двигатель был разработан Уаттом в ~1781 году.
В первую очередь нужно было жёстко связать поршень и балансир (до этого момента использовались цепь или верёвка).
Уатт предполагал осуществлять передачу от поршня к балансиру с помощью зубчатой полосы, а на балансире поместить
Эта система оказалась ненадёжной и Уатт был вынужден от неё отказаться.
Колесо же, планировалось приводить в движение средствами
От использования «кривошипного механизма совместно с маховиком» тоже пришлось отказаться, эта система уже была Джеимсом Пикардом [20], предложившим Уатту кросс-лицензирование [21], но Уатт отказался от этого предложения. Чтобы избежать юридических трудностей, он использовал в своей машине планетарную передачу [22].
Двигатель Уатта (1788)
При создании машины с непрерывным вращательным движением, Уатту пришлось решать ряд нетривиальных задач и в последующие годы, он сделал много улучшений и изменений:
После всех этих усовершенствований Уатт построил вот такую машину.
Кривошипный механизм был заменён планетарной передачей, а зубчатая рейка и зубчатый балансир «параллелограммом Уатта».
Позже, когда истёк срок патента на кривошипный механизм, принадлежащий Джеимсу Пикарду, Уатт применил его на своей машине…
Основываясь на трудах своих предшественников и благодаря собственному таланту, Уатту удалось создать «универсальный паровой двигатель» с непрерывным вращательным движением, который в течение долгого времени оставался неизменным и подвергался лишь частичным доработкам.
… А дальше были...
Паровые игрушки…
Паровые велосипеды…
Паровые автомобили…
Паровые самолеты…
Пароходы…
Паровозы…
Паровая турбина…
» An Early Experiment in Industrial Organisation [31]
» JAMES WATT By Andrew Carnegie [32]
» ENCYCLOPEDIA BRITANNICA [33]
» Basalla, George (1988) The Evolution of Technology [34]
» Burstall, Aubrey F. (1963) A History of Mechanical Engineering [35]
» Много литературы [36]
На этом, пожалуй, всё. Всем спасибо за внимание.
Автор: starikstd
Источник [37]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/nauchno-populyarnoe/77197
Ссылки в тексте:
[1] Первая часть: http://geektimes.ru/post/242526/
[2] Эльсницкий: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BD%D0%B8%D1%86_%28%D0%A4%D0%BE%D0%B3%D1%82%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B4%29
[3] Nicolas Garcia Tapia: http://www.casadellibro.com/libros-ebooks/nicolas-garcia-tapia/54798
[4] купить: http://www.amazon.co.uk/inventor-navarro-Jer%C3%B3nimo-Beamount-1553-1613/dp/8497692608/ref=sr_1_3/277-9734909-1561309?s=books&ie=UTF8&qid=1418355510&sr=1-3
[5] тут: http://www.nodulo.org/ec/2005/n039p24.htm
[6] Jerónimo de Ayanz y Beaumont (годы жизни 1553-1613): http://es.wikipedia.org/wiki/Jer%C3%B3nimo_de_Ayanz_y_Beaumont
[7] Филиппом III: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D0%BF_III_%28%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C_%D0%98%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B8%29
[8] Писуэрга: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B8%D1%81%D1%83%D1%8D%D1%80%D0%B3%D0%B0
[9] дистиллятора: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D1%8F%D1%86%D0%B8%D1%8F
[10] тут: http://spainillustrated.blogspot.ru/2011/10/maquina-de-vapor-de-jeronimo-de-ayanz-y.html
[11] Джеймс Уатт: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B0%D1%82%D1%82,_%D0%94%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BC%D1%81
[12] Джона Робака : https://en.wikipedia.org/wiki/John_Roebuck
[13] патент: http://habrastorage.org/files/5fb/845/1b1/5fb8451b1e9d44abae30534876fffb40.jpg
[14] Джон Андерсон: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BE%D0%BD,_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%BD_%28%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%8B%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%29
[15] Реомюра: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B4%D1%83%D1%81_%D0%A0%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D1%8E%D1%80%D0%B0
[16] Мэттью Болтон: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%82%D0%BE%D0%BD,_%D0%9C%D1%8D%D1%82%D1%82%D1%8C%D1%8E
[17] Джоном Уилкинсоном: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B8%D0%BB%D0%BA%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BE%D0%BD,_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%BD
[18] маховика: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BA
[19] Кривошипный механизм: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC
[20] Джеимсом Пикардом: http://en.wikipedia.org/wiki/James_Pickard
[21] кросс-лицензирование: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81-%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B5%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5
[22] планетарную передачу: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0
[23] Механизм Уатта: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC_%D0%92%D0%B0%D1%82%D1%82%D0%B0
[24] Большое фото: http://habrastorage.org/files/f9b/125/754/f9b12575460a4420a2c7ead51971ecff.jpg
[25] Дроссельный клапан: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B7%D0%B0%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%BA%D0%B0
[26] центробежного регулятора: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%B6%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80
[27] золотник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA_%28%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%29
[28] "лошадиная сила": https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D1%88%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B0
[29] А здесь: http://en.wikipedia.org/wiki/William_Murdoch
[30] вот: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC
[31] An Early Experiment in Industrial Organisation: https://books.google.ru/books?id=neGz-u_YpXUC&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false
[32] JAMES WATT By Andrew Carnegie: http://www.gutenberg.org/files/26131/26131-h/26131-h.htm
[33] ENCYCLOPEDIA BRITANNICA: https://archive.org/stream/encyclopaediabr45unkngoog#page/n9/mode/2up
[34] Basalla, George (1988) The Evolution of Technology: http://www.cambridge.org/co/academic/subjects/history/history-science-and-technology/evolution-technology
[35] Burstall, Aubrey F. (1963) A History of Mechanical Engineering: http://www.loc.gov/rr/scitech/SciRefGuides/eng-history.html
[36] Много литературы: http://www.rochelleforrester.ac.nz/bibliography.html
[37] Источник: http://geektimes.ru/post/242965/
Нажмите здесь для печати.