Istorija parnih mašina. Istorija pronalaska parnih mašina. Stvaranje parne mašine. Parne mašine sa povratnim kretanjem.
WATT, JAMES (Watt, James, 1736-1819), škotski inženjer i pronalazač. Rođen 19. januara 1736. u Greenocku, blizu Glasgowa (Škotska), u porodici trgovca. Zbog lošeg zdravlja, Watt je formalno malo učio, ali je mnogo naučio sam. Kao tinejdžer volio je astronomiju, hemijski eksperimenti, naučio je da sve radi vlastitim rukama, pa čak i od onih oko sebe zaradio titulu "svakog majstora".
To su bile ili male parne dizalice ili spuštači. Uglavnom su ih koristili izumitelji da pokažu da se snaga pare ne smije potcijeniti. Tokom tog vremena, prava moć pare je demonstrirana jer je energija korištena za pumpanje vode iz dubine rudnika. Istovremeno je otkrivena potencijalna snaga pare, što je dovelo do stvaranja punopravnog dizajna. Parne elektrane u savremeni svet došao kasnije. Osnovni princip na kojem su radili početni parni strojevi bio je "kondenzacija vodene pare za stvaranje vakuuma".
Većina ljudi ga smatra pronalazačem parne mašine, ali to nije sasvim tačno.
Parne mašine koje su izgradili D. Papin, T. Severi, I. Polzunov, T. Newcomen počele su raditi u rudnicima mnogo prije D. Watta. Oni su se konstruktivno razlikovali, ali glavna stvar u njima je bila da je pomicanje klipa uzrokovano naizmjeničnim zagrijavanjem i hlađenjem radnog cilindra. Zbog toga su bili spori i trošili mnogo goriva.
Thomas Savery je bio prva osoba koja je izumila parnu pumpu za pumpanje vode. Parna pumpa koju je patentirao radila je s kipućom vodom sve dok se potpuno nije pretvorila u paru. Para je zatim skupljena u rezervoar, oslobađajući svaku kap pare iz originalnog rezervoara, stvarajući tako vakuum u originalnom kontejneru. Upravo je taj vakuum korišten za postizanje dosta energije za ispumpavanje vode iz rudnika. Ovo se pokazalo kao privremeno rješenje, jer je energija mogla crpiti vodu sa dubine od samo nekoliko metara.
Još jedan nedostatak ove pumpe bio je taj što se koristio pritisak pare za uklanjanje vode koja je uvučena u rezervoar. Pritisak je bio prevelik za kotlove i bilo je nekoliko eksplozija jer kotlovi nisu bili dovoljno jaki. visoka potrošnja Ugalj koji je bio uobičajen u Newcomen parnoj mašini smanjen je zbog inovacija u dizajnu motora Jamesa Watta. cilindar motora nizak pritisak sadržavao je toplinsku izolaciju, poseban kondenzator i mehanizam za pumpanje kondenzirane vode.
19. januara 1736. rođen je Džejms Vat (James Watt, 1736-1819), izvanredni škotski inženjer i pronalazač, koji se proslavio prvenstveno kao tvorac poboljšane parne mašine. Ali on je takođe ostavio blistav trag u istoriji kritične medicine saradnjom sa Pneumatskim medicinskim institutom Thomasa Beddoesa (Beddoes, Thomas, 1760-1808). James Watt je opskrbljivao laboratorije Instituta potrebnu opremu. Zahvaljujući njegovom učešću u Pneumatskom institutu su napravljeni i testirani prvi inhalatori, spirometri, gasomeri itd.
Tako je niskotlačni motor uspješno smanjio potrošnju goriva za više od 50%. Parna mašina niskog pritiska u vatima: Deutsches Museum nudi neke informacije o ovom ranom inženjerskom čudu. Ivan Polzunov i prva dvocilindrična parna mašina.
Ivan Polzunov je bio ruski izumitelj koji je napravio prvu parnu mašinu u svojoj zemlji. Polzunovljev dvocilindrični parni stroj bio je snažniji od britanskih atmosferskih motora. Imao je snagu od 24 kW. Polzunovov model dvocilindrične parne mašine trenutno je izložen u Muzeju Barnaul.
Sam James Watt, kao i njegova supruga i jedan od njegovih sinova, više puta su učestvovali u naučnim eksperimentima. "Pneumatski institut" je postao pravi naučni centar, koji je proučavao svojstva raznih gasova i njihov uticaj na ljudski organizam. Može se reći da su Thomas Beddoe i njegovi saradnici bili pioniri i preteča moderne respiratorne terapije. Nažalost, Thomas Beddoe je pogrešno vjerovao da je tuberkuloza uzrokovana viškom kisika.
Stoga je sin Jamesa Watta, Gregory, prošao potpuno beskorisno liječenje inhalacijama ugljičnog dioksida na Pneumatskom institutu. Međutim, prvi put je korišćen u Pneumatskom institutu terapeutske svrhe kiseonik; razvijene su osnove terapije aerosolom; po prvi put je mjeren ukupni kapacitet pluća metodom razblaživanja vodonikom (G. Davy) itd. Kruna saradnje Watt-a i Beddoea medicinska upotreba raznih gasova bila je njihova zajednička knjiga „Materijali o medicinska upotreba umjetne varijante zraka”, objavljena u dva izdanja (1794., 1795.), i postala prvi specijalni priručnik o terapiji kisikom.
Motor koji je dizajnirao Thomas Newcomen. Parna mašina koju je razvio sastojala se od klipa ili cilindra koji je pokretao ogroman komad drveta da pokreće pumpu za vodu. Motor nije koristio pritisak pare da izvrši pritisak na klip, ali je to bio komad drveta koji je bio teži za glavnu pumpu. Gravitacija je oborila komad drveta sa strane pumpe. Cilindar se svaki put morao zagrijati i ohladiti, što je oduzelo većinu njegove energije, što je uzrokovalo velika količina gubici.
Konačno, James Watt je bio taj koji je napravio revoluciju u parnoj mašini koristeći poseban kondenzator originalan dizajn. Smislio je poseban kondenzator. Već 11 godina njegov dizajn je formiran na uspješnoj parnoj mašini. većina veliki problem u njegovoj implementaciji bila je tehnologija stvaranja ogromnog klipa kako bi se održala umjerena količina vakuuma. Tehnologija je napravila veliki napredak. Kada je finansijska podrška postala dostupna, motor je konačno stavljen željeznice i sud.
Godine 1755. Watt je otišao u London da studira za mehaničara i majstora u proizvodnji matematičkih i astronomskih instrumenata. Nakon što je za godinu dana završio sedmogodišnji program obuke, Watt se vratio u Škotsku i zaposlio se kao mehaničar na Univerzitetu u Glazgovu. Istovremeno je otvorio i sopstvenu radionicu.
Na univerzitetu, Watt je upoznao velikog škotskog hemičara Josepha Blacka (1728-1799), koji je otkrio ugljen-dioksid 1754. Ovaj sastanak je doprinio razvoju niza novih hemijski instrumenti potrebna u Blackovim daljim istraživanjima, kao što je ledeni kalorimetar. U to vrijeme, Joseph Black je radio na problemu određivanja topline isparavanja, a Watt je bio uključen u pružanje tehnička strana eksperimenti.
Godine 1763., kao univerzitetski mehaničar, zamoljen je da popravi univerzitetski model parne mašine T. Newcomen.
Pogledajte šta je "parna mašina" u drugim rečnicima
Pokazali su se snažnijim od svih modela koji su ranije izmišljeni, ali je dizajn motora koji je predstavio Oliver Evans postao uspješan. Koristio je koncept pare za pogon motora, a ne za kondenzaciju pare i stvaranje vakuuma. Evans je izumio prvu bezkondenznu i parnu mašinu visokog pritiska. Ovaj motor je prvi put korišten za pokretanje pile. Motori visokog pritiska bili su podržani ogromnim cilindričnim rezervoarima napunjenim vodom koja se zagrevala postavljanjem izvora toplote direktno ispod njega kako bi se dobilo dovoljno pare.
Ovdje bismo trebali napraviti malu digresiju u povijest stvaranja parnih strojeva. Jednom su nas u školi, vaspitavajući "velikodržavni šovinizam", učili da je parnu mašinu izmislio ruski kmet mehaničar Ivan Polzunov, a ne nekakav Džejms Vat, čija se uloga u stvaranju parnih mašina ponekad mogla iščitati. u "pogrešnom" sa patriotskom tačkom gledišta knjiga. Ali u stvari, izumitelj parne mašine nije Ivan Polzunov, a ne James Watt, već engleski inženjer Thomas Newcomen (Thomas Newcomen, 1663-1729).
Štaviše, prvi pokušaj da se para stavi u službu čovjeka napravio je u Engleskoj još 1698. godine vojni inženjer Thomas Savery (1650?-1715). Napravio je parni vodeni lift, namijenjen za isušivanje rudnika i crpljenje vode, te postao prototip parne mašine.
Skoro pola veka kasnije, izumljeni su prvi parni automobili. Parsons je izumio prvu parnu turbinu. Do 20. vijeka, parni stroj se široko koristio u automobilima i brodovima. Parna mašina je mašina koja pretvara toplotnu energiju pare u mehaničku energiju. Parna mašina tjera svoju paru u cilindar, a zatim gura klip naprijed-nazad. Ovim kretanjem klipa motor može obavljati mehanički rad. Parna mašina je bila glavni izvor energije industrijske revolucije u Evropi u osamnaestom i devetnaestom veku.
Saverijeva mašina je radila na sledeći način: prvo je zapečaćeni rezervoar napunjen parom, a zatim vanjska površina rezervoar je ohlađen hladnom vodom, uzrokujući kondenzaciju pare i stvaranje djelimičnog vakuuma u rezervoaru. Nakon toga se voda, na primjer, sa dna rudnika usisavala u rezervoar usisna cijev a nakon unosa sljedećeg dijela pare je izbačen kroz izduvnu cijev. Zatim se ciklus ponovio, ali je voda mogla biti podignuta samo sa dubine manje od 10,36 m, jer je u stvarnosti bila istisnuta atmosferskim pritiskom.
Dominirao je industrijom i transportom 150 godina. Njegov izum za crpljenje vode iz rudnika uglja bio je poznat kao "Rudarov prijatelj". Mašina, koja nije imala pokretne dijelove, sastojala se od jednostavan kotao- parna komora, čiji su ventili bili smješteni na površini - i cijevi koje vode vodu u rudnik ispod. Voda se zagrijavala u kotlovskoj komori sve dok njena para nije ispunila komoru, istiskujući preostalu vodu ili zrak. Ventili su tada zatvoreni i hladna voda je raspršena na komoru.
Parom da se formira vakuum. Kada su se ventili ponovo otvorili, vakuum je isisao vodu iz okna i proces se mogao ponoviti. Poboljšao je efikasnost instaliranjem pokretnog klipa unutar cilindra, tehnika koja se i danas koristi. Cilindar - dugačak, tanak, zatvorena komora, odvojeno od kotla, zamijenjena je velika otvorena kotlovska komora. Klip - klizni komad koji se uklapa u cilindar - korišten je za stvaranje pokreta umjesto vakuuma. Para je punila cilindar iz otvorenog ventila.
Ova mašina nije bila baš uspješna, ali je Papenu dala svijetlu ideju da barut zamijeni vodom. A 1698. godine sagradio je parnu mašinu (iste godine je Englez Saveri napravio svoju "vatrenu mašinu"). Voda se zagrijavala unutar vertikalnog cilindra s klipom unutra, a nastala para je gurala klip prema gore. Kako se para hladila i kondenzovala, klip se pomerao dole pod atmosferskim pritiskom. Dakle, kroz sistem blokova, Papin mašina je mogla pokretati različite mehanizme, kao što su pumpe.
Dok se punio, cilindar je poprskan vodom, uzrokujući da se para iznutra kondenzira u vodi i stvori djelomični vakuum. Vanjski tlak zraka je tada usporio klip, stvarajući električni udar. Klip je bio spojen na gredu koja je bila spojena na vodenu pumpu na dnu osovine pomoću šipke pumpe.
Zahvaljujući ovim vezama, kretanje klipa dovelo je do usisavanja vodene pumpe. Kondenzator: Uređaj za hlađenje zraka ili plinova. Cilindar: Komora motora u kojoj se klip kreće. Klip: Klizni komad koji se kreće ili pomiče protiv pritiska tečnosti unutar cilindrične posude ili komore.
With parne mašine Savery i Papin bili su upoznati sa engleskim pronalazačem Tomasom Njukomenom (Thomas Newcomen, 1663 - 1729), koji je često posećivao rudnike u Zapadnoj zemlji, gde je radio kao kovač, i stoga je dobro razumeo kako pouzdane pumpe kako bi se spriječilo plavljenje rudnika. Udružio je snage sa vodoinstalaterom i staklarom Johnom Calleyem u pokušaju da napravi bolji model. Njihova prva parna mašina postavljena je u rudniku u Stafordširu 1712.
Turbina: Motor koji se kreće u kružnom kretanju kada se sila poput pokretne vode primjenjuje na niz pregrada koje zrače iz središnje osovine. Najvažnije poboljšanje u dizajnu parnih mašina donio je škotski inženjer James Watt. Ove godine je predstavio dizajn parne mašine sa zasebnim kondenzatorom i zatvorenim cilindrima. Pošto je nastavio odvojeno procese grijanja i hlađenja, njegova mašina je mogla raditi neprekidno, bez dugih pauza u svakom ciklusu za ponovno zagrijavanje cilindra.
Kao i u Papenovoj mašini, klip se kretao u vertikalnom cilindru, ali je Newcomenova mašina u celini bila mnogo naprednija. Kako bi eliminisao jaz između cilindra i klipa, Newcomen je na kraju potonjeg pričvrstio fleksibilni kožni disk i izlio malo vode na njega.
Para iz kotla je ušla u podnožje cilindra i podigla klip prema gore. Kada se ubrizgava u cilindar hladnom vodom, para se kondenzovala, u cilindru je nastao vakuum, a pod uticajem atmosferskog pritiska klip je pao. Ovaj povratni hod je uklonio vodu iz cilindra i pomoću lanca spojenog na klackalicu, koji se kretao poput zamaha, podigao šipku pumpe prema gore. Kada je klip bio na dnu svog hoda, para je ponovo ušla u cilindar, a uz pomoć protivteže postavljene na šipku pumpe ili na klackalicu, klip se podigao u prvobitni položaj. Nakon toga, ciklus je ponovljen.
Newcomenova mašina bila je izuzetno uspješna za svoje vrijeme i korišćena je širom Evrope više od 50 godina. Korišćen je za pumpanje vode iz brojnih rudnika u Velikoj Britaniji. Bio je to prvi proizvod velikih razmera u istoriji tehnologije (proizvedeno je nekoliko hiljada komada).
Godine 1740. mašina sa cilindrom dužine 2,74 m i prečnika 76 cm obavila je za jedan dan posao koji su timovi od 25 ljudi i 10 konja, koji su radili u smenama, ranije radili za nedelju dana.
Tokom narednih petnaest godina, Watt je nastavio da poboljšava svoj motor i napravio tri važna dodatka. On je predstavio centrifugalni regulator, uređaj koji je mogao kontrolirati izlaz pare i brzinu motora. Napravio je motor dvostrukog djelovanja, omogućavajući da se para uvodi naizmjenično s obje strane klipa. To je omogućilo motoru da radi brzo i snabdijeva snagu i prema dolje i prema gore u hodu klipa. Najvažnije je da je na motor pričvrstio zamajac.
Zamašnjaci omogućavaju da motor radi ravnomjernije stvarajući konstantnije opterećenje i pretvaraju normalno kretanje naprijed-nazad u kružno kretanje koje se može lakše prilagoditi pogonu strojeva. Koristio se za pumpanje mehova za visoke peći, za snažne čekiće.
Godine 1775., još veća mašina koju je napravio John Smeaton (tvorac svjetionika Eddystone) isušila je dok u Kronštatu (Rusija) za dvije sedmice. Ranije je uz korištenje visokih vjetrenjača trebalo cijelu godinu.
Pa ipak, Newcomenova mašina je bila daleko od savršene. Pretvarao je samo oko 1% toplotne energije u mehaničku energiju i kao rezultat toga jeo ogromnu količinu goriva, što, međutim, nije bilo bitno kada je mašina radila u rudnicima uglja.
Za oblikovanje i jačanje kovanog metala, kao i za mašine za obradu u tekstilnim fabrikama. Štoviše, Wattova parna mašina je bila ta koja je ubrzala industrijsku revoluciju kako u Engleskoj tako iu ostatku svijeta. Sljedeći korak u razvoju tehnologije parnih mašina bila je spoznaja da sama para, umjesto da kondenzira paru da stvori vakuum, može pokretati motor. Motor, koji je bio nepomičan, radio je pri 30 o/min i koristio se za pogon pile za mramor.
Motori visokog pritiska koristili su velike cilindrične rezervoare vode zagrejane odozdo za proizvodnju pare. Kasnije su neki od prvih automobila opremljeni parom. Parsons je proizveo prvu parnu turbinu. Nekada dominantni izvor energije, parni strojevi su na kraju opali u popularnosti kako su drugi izvori energije postali dostupni.
Generalno, Newcomenove mašine su imale veliku ulogu u očuvanju industrije uglja. Uz njihovu pomoć bilo je moguće nastaviti eksploataciju uglja u mnogim poplavljenim rudnicima.
O izumu Newcomena možemo reći da je to zaista bio parni stroj, odnosno parno-atmosferski stroj. Od prethodnih prototipova parnih mašina razlikovao se po sledećem:
Parni uređaji u XXI veku
Parne mašine su mašine koje koriste pritisak pare i kondenzaciju za stvaranje kretanja. Istorija transporta: lokomotiva. Snaga pare jedan je od najvažnijih i ključnih aspekata industrijske revolucije. Pronalazak parne mašine stvorio je mnoge promjene i dodatke u tehnologiji tog vremena, uključujući parne lokomotive. Parne lokomotive jesu vozila koji se kreću šinama ili cestama i pokreću ih parni strojevi. Istorijski su korišćeni za prevoz robe i drugih materijala, kao i putnika.
* pokretačka sila u njemu bio je atmosferski pritisak, a razrjeđivanje je postignuto prilikom kondenzacije pare;
* u cilindru se nalazio klip koji je pod dejstvom pare napravio radni hod;
* vakuum je postignut kao rezultat kondenzacije pare ubrizgavanjem hladne vode u cilindar.
Stoga je, zapravo, pronalazač parne mašine s pravom Englez Tomas Njukomen, koji je razvio svoju parnu atmosfersku mašinu 1712. godine (pola veka pre Watta).
Iako su bili popularan način prevoza tokom većeg dela 19. veka u 20. vek, na kraju su zamenjeni više savremenim metodama transport. Stvaranje parnih lokomotiva počelo je razvojem parne mašine. Pronalazak parne mašine datira još od kraja 17. veka. Parna mašina koju je napravio koristila se za uklanjanje vode iz rudnika. Ovaj dizajn je usavršio engleski inženjer Thomas Newcomen u Kasnije, dalja i značajnija poboljšanja u parnoj mašini napravio je škotski inženjer i pronalazač po imenu James Watt, počevši od toga bila su Wattova poboljšanja u parnoj mašini koja su otvorila vrata za pronalazak parnih lokomotiva.
Izrada kratka digresija U istoriji stvaranja parnih mašina ne može se zanemariti ličnost našeg izvanrednog sunarodnika Ivana Ivanoviča Polzunova (1729-1766), koji je napravio parnu atmosfersku mašinu ranije od Džejmsa Vata. Kao mehaničar u rudarskim pogonima Kolyvano-Voskresensky na Altaju, 25. aprila 1763. predložio je projekat i opis "mašine koja djeluje na vatru". Projekat je došao na sto šefu fabrika, koji ga je odobrio i poslao u Sankt Peterburg, odakle je ubrzo stigao odgovor: "... Ovaj njegov izum treba počastiti za novi izum."
Polzunov je prvo predložio da se napravi mala mašina na kojoj bi bilo moguće identifikovati i eliminisati sve nedostatke neizbežne u novom izumu. Vlasti fabrike se nisu složile sa ovim i odlučile su da odmah naprave ogromnu mašinu za moćnu duvaljku. U aprilu 1764. Polzunov je počeo da pravi mašinu koja je bila 15 puta snažnija od projekta iz 1763. godine.
Izrada lokomotiva. Britanija je bila glavna sila u razvoju parnih mašina i parnih lokomotiva. Iako su prototipovi napravljeni i ranije, prvu parnu lokomotivu u punoj veličini napravio je u Velikoj Britaniji britanski inženjer Richard Trevithick, nažalost njegova parna lokomotiva nije usvojena.
Prva parna lokomotiva koja je radila u Americi isporučena je iz Velike Britanije. Nazvan Lav od Sturbridgea, dobio je zadatak da nosi ugalj. Sa 5 tona, bio je pretežak za gusjenice koje su trebale da izdrže 4 tone. Prva parna lokomotiva napravljena u Americi bila je Tom Finger Petera Coopera.
Ideju o parnoj atmosferskoj mašini preuzeo je iz knjige I. Schlattera "Detaljno uputstvo rudarskom poslu..." (Sankt Peterburg, 1760).
Ali Polzunovov motor se suštinski razlikovao od engleskih automobila Saveryja i Newcomena. Bili su jednocilindrični i pogodni samo za crpljenje vode iz rudnika. Polzunovov dvocilindrični motor kontinuiranog djelovanja mogao bi upuhvati zrak u peći i ispumpati vodu. U budućnosti se pronalazač nadao da će ga prilagoditi drugim potrebama.
Izrada mašine je poverena Polzunovu, kome su dodeljena "oni koji ne znaju, ali imaju samo jednu sklonost, dvojica domaćih zanatlija", pa čak i nekoliko pomoćnih radnika. Sa ovim "štapom" Polzunov je krenuo u izradu svog automobila. Građena je godinu i devet mjeseci. Kada je mašina već prošla prvi test, pronalazač se razbolio od prolazne potrošnje i 16. (28.) maja 1766. godine, nekoliko dana pre završnih ispitivanja, umro.
23. maja 1766. godine, Levzin i Černicin, Polzunovovi učenici, sami su krenuli u poslednje probe parne mašine. U „Dnevnoj napomeni“ od 4. jula zabeležen je „ispravan rad motora“, a 7. avgusta 1766. puštena je u rad celokupna instalacija, parna mašina i moćna duvaljka. Za samo tri mjeseca rada, Polzunovova mašina ne samo da je opravdala sve troškove svoje izgradnje u iznosu od 7233 rubalja 55 kopejki, već je dala i neto profit od 12640 rubalja 28 kopejki. Međutim, 10. novembra 1766. godine, nakon što je kotao izgoreo na mašini, ona je mirovala 15 godina, 5 meseci i 10 dana. 1782. automobil je demontiran. (Enciklopedija Altai Territory. Barnaul. 1996. V. 2. S. 281-282; Barnaul. Hronika grada. Barnaul. 1994. dio 1. str. 30).
U isto vrijeme, James Watt je također radio na stvaranju parne mašine u Engleskoj. Godine 1763., kao univerzitetski mehaničar, zamoljen je da popravi univerzitetski model parne mašine T. Newcomen.
Dok je otklanjao greške na univerzitetskom modelu T. Newcomenove parno-atmosferske mašine, Watt se uvjerio u nisku efikasnost takvih mašina. Počeo je da pokušava da poboljša parametre parne mašine. Bilo mu je jasno da je glavni nedostatak Newcomenove mašine naizmjenično grijanje i hlađenje cilindra. Kako se to može izbjeći? Odgovor je stigao do Watt-a u nedjeljno proljetno popodne 1765. godine. Shvatio je da bi cilindar mogao ostati vreo cijelo vrijeme ako se para, prije kondenzacije, preusmjeri u poseban rezervoar kroz cjevovod sa ventilom. U ovom slučaju, prijenos procesa kondenzacije pare izvan cilindra trebao bi pomoći u smanjenju potrošnje pare. Štaviše, cilindar može ostati vruć, a kondenzator hladan ako su pokriveni spolja. toplotnoizolacioni materijal.
Poboljšanja koja je Watt napravio na parnoj mašini (centrifugalni regulator, odvojeni parni kondenzator, zaptivke, itd.) nisu samo podigla koeficijent korisna akcija mašine, ali i konačno pretvorio parno-atmosfersku mašinu u parnu, i što je najvažnije, mašina je postala lako upravljiva.
1768. podnio je zahtjev za patent za svoj izum. Patent je dobio 1769. godine, ali dugo nije uspio da napravi parnu mašinu. I tek 1776. godine, uz finansijsku podršku dr. Rebecka, osnivača prve metalurške fabrike u Škotskoj, Wattova parna mašina je konačno izgrađena i uspješno je prošla test.
Wattova prva mašina bila je dvostruko efikasnija od Newcomenove. Zanimljivo je da su razvoji koji su uslijedili nakon Newcomenovog originalnog izuma bili zasnovani na konceptu "performanse" motora, što je značilo broj funti vode koja je upumpana u bušel uglja. Ko je bio vlasnik ideje ove jedinice, sada je nepoznato. Ovaj čovjek nije ušao u historiju nauke, ali je vjerovatno bio neki stegnuti vlasnik rudnika koji je primijetio da neki motori rade efikasnije od drugih i nije mogao dozvoliti da susjedni rudnik ima veliku proizvodnju.
I iako su testovi mašine bili uspešni, tokom njenog dalju eksploataciju postalo je jasno da Wattov prvi model nije bio sasvim uspješan, a saradnja sa Rebeckom je prekinuta. Unatoč nedostatku sredstava, Watt je nastavio raditi na poboljšanju parne mašine. Njegov rad zainteresovao je Metjua Boltona (Matthew Boulton), inženjera i bogatog proizvođača, vlasnika fabrike za obradu metala u gradu Soho u blizini Birmingema. Godine 1775. Watt i Boulton su sklopili ugovor o partnerstvu.
Godine 1781. James Watt je dobio patent za pronalazak drugog modela svoje mašine. Među inovacijama koje su napravljene na njemu i na kasnijim modelima bile su:
* cilindar dvostrukog djelovanja, u koji se naizmjenično dovodi para različite strane iz klipa, dok je izduvna para ušla u kondenzator;
* toplinski omotač koji je okruživao radni cilindar kako bi se smanjio gubitak topline, i kalem;
* pretvaranje povratnog kretanja klipa u rotaciono kretanje vratila, prvo pomoću klipnjače-kolenastog mehanizma, a zatim pomoću zupčastog prenosa, koji je bio prototip planetarnog menjača;
* centrifugalni regulator za održavanje konstantne brzine osovine i zamašnjak za smanjenje neravnomjerne rotacije.
Godine 1782. napravljena je ova izvanredna mašina, prva univerzalna parna mašina "dvostrukog djelovanja". Watt je opremio poklopac cilindra malo prije toga izumljenom žlijezdom, koja je osiguravala slobodno kretanje klipnjače, ali je sprečavala izlazak pare iz cilindra. Para je ulazila u cilindar naizmjenično s jedne, pa s druge strane klipa, stvarajući vakuum na suprotnoj strani cilindra. Stoga je klip vršio i radni i povratni hod uz pomoć pare, što nije bio slučaj u prethodnim mašinama.
Osim toga, 1782. James Watt je uveo princip djelovanja ekspanzije, podijelivši protok pare u cilindru na početku svog toka tako da je počeo širiti ostatak ciklusa pod vlastitim pritiskom. Akcija proširenja znači određeni gubitak u snazi, ali dobitak u "performansama". Od svih ovih Wattovih ideja, najkorisnija je bila ona ekspanzivne akcije. U njegovoj daljnjoj praktičnoj primjeni, dijagram indikatora koji je oko 1790. godine napravio Wattov pomoćnik James Southern je mnogo pomogao.
Indikator je bio uređaj za snimanje koji se mogao pričvrstiti na motor kako bi se označio pritisak u cilindru u zavisnosti od količine pare koja ulazi pri datom taktu. Površina ispod takve krive bila je mjera obavljenog rada u datom ciklusu. Indikator je korišten kako bi se motor podesio što efikasnije. Ovaj dijagram je kasnije postao dio poznatog Carnotovog ciklusa (Sadie Carnot, 1796-1832) u teorijskoj termodinamici.
Budući da je klipnjača u parnoj mašini dvostrukog dejstva vršila akciju vuče i guranja, morao je da se preradi stari pogonski sistem lanaca i klackalica, koji je reagovao samo na vuču. Watt je razvio sistem povezanih šipki i koristio planetarni mehanizam za pretvaranje povratnog kretanja klipnjače u rotacijsko kretanje, koristio je teški zamašnjak, centrifugalni regulator brzine, disk ventil i manometar za mjerenje pritiska pare.
Univerzalni parni stroj dvostrukog djelovanja s kontinuiranom rotacijom (Watt-ova parna mašina) postao je široko rasprostranjen i odigrao je značajnu ulogu u prelasku na mašinsku proizvodnju.
„Rotaciona parna mašina” koju je patentirao Džejms Vat prvo se široko koristila za pogon mašina i mašina predionica i tkaonica, a kasnije i drugih. industrijska preduzeća. To je dovelo do naglog povećanja produktivnosti rada. Od tog trenutka Britanci su računali početak velike industrijske revolucije, koja je Englesku dovela na vodeću poziciju u svijetu.
Motor James Watt bio je prikladan za bilo koji automobil, a izumitelji samohodnih mehanizama nisu bili spori da to iskoriste. Tako je parna mašina došla do transporta (Fultonov parobrod, 1807; Stephensonova parna lokomotiva, 1815). Zahvaljujući prednosti u transportnim sredstvima, Engleska je postala vodeća sila u svijetu.
Godine 1785. Watt je patentirao izum nove peći za kotao, a iste godine jedna od Wattovih mašina je instalirana u Londonu u pivari Samuela Whitbreada za mljevenje slada. Mašina je obavila posao umjesto 24 konja. Prečnik cilindra mu je bio 63 cm, hod klipa 1,83 m, a prečnik zamajca 4,27 m. Mašina je preživjela do danas, a danas se može vidjeti u akciji u Sydney Powerhouse Museum.
Boulton and Watt, osnovana 1775. godine, iskusila je sve peripetije života, od pada potražnje za njenim proizvodima do zaštite prava svojih pronalazača na sudovima. Međutim, od 1783. godine poslovanje ove kompanije, koja je monopolizirala proizvodnju parnih mašina, išlo je uzlazno. Tako je James Watt postao vrlo bogat čovjek, a pomoć "Pneumatiku". medicinski institut»Thomas Beddoes (Beddoes, Thomas, 1760-1808), s kojim je počeo da sarađuje u to vrijeme, Watt je pružio vrlo, vrlo značajan.
Uprkos burnoj aktivnosti u stvaranju parnih mašina, Watt se povukao sa svoje pozicije na Univerzitetu u Glasgowu tek 1800. Osam godina nakon ostavke ustanovio je "Vatovu nagradu" za najbolji studenti i univerzitetski nastavnici. Univerzitetska tehnička laboratorija, u kojoj je započeo svoju djelatnost, počela je nositi njegovo ime. Ime James Watt je također koledž u Greenock-u (Škotska), rodnom gradu pronalazača.
Evolucija parne mašine J. Watt
1774 Steam
pumpa 1781 Parna mašina
sa obrtnim momentom na osovini 1784 Parna mašina
dvostruko djelovanje sa KShM
Zanimljivo je da je svojevremeno Watt kao jedinicu snage predložio takvu jedinicu kao što je "konjske snage". Ova mjerna jedinica je opstala do danas. Ali u Engleskoj, gdje je Watt cijenjen kao pionir industrijske revolucije, odlučili su drugačije. Godine 1882. Britansko udruženje inženjera odlučilo je nazvati jedinicu snage po njemu. Sada se ime James Watt može pročitati na bilo kojoj sijalici. Ovo je bio prvi slučaj u istoriji tehnologije dodjele sopstveno ime jedinica mjere. Od ovog incidenta započela je tradicija dodjeljivanja vlastitih imena mjernim jedinicama.
Watt je živio dug život i umro je 19. avgusta 1819. u Heathfieldu blizu Birminghama. Na spomeniku Džejmsu Vatu piše: "Povećana moć čoveka nad prirodom." Ovako su savremenici ocjenjivali aktivnosti poznatog engleskog pronalazača.
Kako radi parna mašina
Toplotni motori
Mašine koje proizvode mehanički rad kao rezultat razmjene topline sa okolnim tijelima nazivaju se toplinski motori. U svim vrstama ovakvih motora kontinuirani ili periodično ponavljajući rad moguć je samo ako mašina koja radi ne samo da prima toplinu od nekog tijela (grijač), već i dio topline odaje drugom tijelu (hladnjak).
Crtež koji je izradio nepoznati umjetnik prema uputama Isaaca Newtona (1642-1727), prikazuje uređaj pojednostavljene kočije koja koristi reaktivnu snagu mlaza pare za kretanje.
parne mašine
Sredinom 17. vijeka učinjeni su prvi pokušaji prelaska na mašinsku proizvodnju, što je zahtijevalo stvaranje motora koji ne ovise o lokalnim izvorima energije (voda, vjetar itd.). Prvi motor koji se koristi toplotnu energiju hemijsko gorivo je bila parno-atmosferska mašina, napravljena po nacrtima francuskog fizičara Denisa Papina i engleskog mehaničara Tomasa Saverija. Ova mašina je lišena mogućnosti da direktno služi kao mehanički pogon; na nju je „prikačen vodeni točak (modernim rečima, vodena turbina)“ koji je rotirao vodu istisnutu parom iz kotla parne mašine. u rezervoar vodotornja. Kotao se ili grijao parom ili hladio vodom: mašina je radila periodično.
Kako radi parna mašina
Prava parna mašina radi ovako: voda u zatvorenom kotlu se dovede do ključanja. Para može izaći samo kroz rupu koja vodi do posebne cijevi.
Ova cijev, nazvana cilindar, sadrži pokretni klip. Para pritiska klip, a on pokreće klipnjaču koja okreće zamajac.
Nakon što para obavi ovaj posao, ona izlazi kroz ventil i ulazi u sistem cjevovoda.
Moćno parne mašine, naravno, imaju izuzetno složenu strukturu.
Princip rada parne mašine
Klip formira jednu ili dvije šupljine promjenjive zapremine u cilindru parne mašine, u kojima se odvijaju procesi kompresije i ekspanzije.
Rad klipa 1 preko šipke 2, klizača 3, klipnjače 4 i radilice 5 prenosi se na glavno vratilo 6, koje nosi zamajac 7, koji služi za smanjenje neravnomjerne rotacije osovine. Ekscentrik, koji se nalazi na glavnom vratilu, uz pomoć ekscentrične šipke pokreće kalem 8, koji kontroliše ulazak pare u šupljinu cilindra. Para iz cilindra se ispušta u atmosferu ili ulazi u kondenzator. Za održavanje konstantnog broja okretaja vratila pod promjenjivim opterećenjem, parne mašine su opremljene centrifugalnim regulatorom 9, koji automatski mijenja poprečni presjek prolaza pare koja ulazi u parnu mašinu (regulacija gasa, prikazana na slici) ili moment prekida punjenja (kvantitativna kontrola).
Klasifikacija parnih mašina
Parne mašine se dijele:
po dogovoru
stacionarno
nestacionarni (pokretni i transportni)
prema korištenoj pari
nizak pritisak (do 12 kg/cm²)
srednji pritisak (do 60 kg/cm²)
visoki pritisak (preko 60 kg/cm²)
prema broju okretaja vratila
male brzine (do 50 o/min, kao na lopaticama)
velika brzina
prema pritisku ispuštene pare
za kondenzaciju (pritisak u kondenzatoru 0,1-0,2 atm)
izduv (sa pritiskom od 1,1-1,2 atm)
kogeneraciju sa ekstrakcijom pare za potrebe grijanja ili za parne turbine sa pritiskom od 1,2 atm do 60 atm, ovisno o namjeni ekstrakcije (grijanje, regeneracija, tehnološki procesi, rad visokih padova u uzvodnim parnim turbinama).
Prema lokaciji cilindara
horizontalno
koso
vertikalno
po broju cilindara
jednocilindrični
višecilindrični
dvostruki, trostruki itd., u kojima se svaki cilindar napaja svježom parom
višestruke ekspanzijske parne mašine, kod kojih se para širi uzastopno u 2, 3, 4 cilindra sve veće zapremine, prelazeći iz cilindra u cilindar kroz tzv. prijemnici (kolektori).
Prema vrsti transmisionog mehanizma, parni strojevi s više ekspanzionih motora dijele se na tandem mašine i složene mašine. Posebnu grupu čine protočni parni strojevi, kod kojih se oslobađanje pare iz šupljine cilindra vrši rubom klipa.
parna mašina
To je motor koji se pokreće parom. Para proizvedena zagrijavanjem vode koristi se za pogon. U nekim motorima para tjera klipove u cilindrima da se kreću. To. stvara se povratno kretanje. Povezani mehanizam ga obično pretvara u rotaciono kretanje. Parne lokomotive (lokomotive) koriste klipne motore. Parne turbine se također koriste kao motori, koji daju direktno rotacijsko kretanje rotirajući niz kotača s lopaticama. Parne turbine generatori energije elektrana i propeleri brodova. U bilo kojoj parnoj mašini, toplota nastala zagrijavanjem vode u parnom kotlu (bojleru) pretvara se u energiju kretanja. Toplota se može dobiti iz sagorijevanja goriva u peći ili iz nuklearnog reaktora.
Parne mašine, poput onih koje su se ranije koristile u lokomotivama, rade na pari proizvedenoj zagrijavanjem vode. Ložište na ugalj ili drva (1) zagrijava kotao napunjen vodom (2), koji proizvodi paru. Para se diže i potiskuje se kroz parnu mašinu (3) kroz cijevi u cilindar (4), gdje uzrokuje pomicanje klipa (5). Za klip je povezana poluga (6) koja je zavojni ventil (7) koji prvo omogućava da para uđe u cilindar (kao što je prikazano) zatvaranjem ispušnog otvora (8). Ovo stvara pritisak koji gura klip prema naprijed i uzrokuje da se kalem ventila nalazi u položaju gdje se izlazni otvor otvara i para izlazi. Kretanje točkova dovodi do pomeranja klipa unazad i sve počinje iznova.