История изобретения паровых машин

         рефератМОУ «Средняя общеобразовательная школа №3 г. Порхова» 
 
 
 
 
 
 
 

История изобретения паровых  машин 
 

реферат 
 
 
 
 
 
 

                                                   Выполнила:

                                                   Ученица 8 класса

                                                   Евдокимова Мария

                                                   Проверила:

                                                   Гаврилова  О. В. 
 
 
 
 
 
 

Г.Порхов

2010 г. 
ПЛАН 

1. Введение

2 История изобретения паровых машин

3 Заключение

4 Список  ресурсов

                                 Введение

". Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах - паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Идея  парового двигателя была отчасти  подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который  был известен еще во времена античности. Принцип его работы был очень  прост: при подъеме поршня вверх  вода засасывалась в цилиндр через  клапан в его дне. Боковой клапан, соединявший цилиндр с водоподъемной  трубой, в это время был закрыт, так как вода из трубы также  стремилась войти внутрь цилиндра и  тем самым закрывала этот клапан. При опускании поршня он начинал  давить на воду в цилиндре, благодаря  чему закрывался нижний клапан и открывался боковой. В это время вода из цилиндра подавалась вверх по водоподъемной  трубе. В поршневом насосе работа, получаемая извне, расходовалась на продвижение жидкости через цилиндр  насоса.

Лишь  на рубеже 17 - 18 веков удалось найти  способ производить полезную работу с помощью пара. Пар приводил в  действие насос, качавший воду в резервуар. Вытекая из резервуара и падая  на водяное колесо, вода заставляла его вращаться. Водяное колесо, в  свою очередь, приводило в движение заводские механизмы и машины. Таким образом, и после изобретения  парового насоса непосредственным двигателем рабочих машин оставалось водяное  колесо. Прошло еще немало времени, прежде чем пытливый человеческий ум создал надежный двигатель, способный  непосредственно приводить в  действие разнообразные машины и  механизмы.

     История изобретения паровых  машин 

I. Паровая машина Сэйвери.

Первая  попытка поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 году: машина Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Сам изобретатель назвал ее "огневой машиной" и широко разрекламировал как "друга шахтеров". Для получения пара, приводившего машину в действие, требовался огонь, но изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей.

Машина  Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода - например со дна шахты - засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу через выпускную. Затем цикл повторялся, но воду можно было поднимать только с глубины менее 10,36 м, поскольку в действительности ее выталкивало атмосферное давление.

II. Паровая машина  Дэни Папена.

Первая  удачная паровая машина с поршнем  была построена французом Дени Папеном, чьё имя чаще ассоциируется с изобретением автоклава, который имеется сегодня практически в каждом доме в виде кастрюли-скороварки.

В 1674 году Папен построил пороховой двигатель, принцип действия которого основывался на воспламенении в цилиндре пороха и перемещении поршня внутри цилиндра под воздействием пороховых газов. Когда избыток газов выходил из цилиндра через специальный клапан, а оставшийся газ охлаждался, в цилиндре создавался частичный вакуум, и поршень возвращался в исходное положение под действием атмосферного давления.

Машина  была не очень удачной, но она навела Папена на мысль заменить порох водой. И в 1698 году он построил паровую машину (в том же году свою "огненную машину" построил и англичанин Сэйвери). Вода нагревалась внутри вертикального цилиндра с поршнем внутри, и образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда пар охлаждался и конденсировался, поршень опускался вниз под действием атмосферного давления. Таким образом, посредством системы блоков паровая машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы. 
 
 
 

III. Томас Ньюкомен и его паровая машина.

Услышав о паровой машине Папена, Томас Ньюкомен, который часто бывал на шахтах в Вест Кантри, где он работал кузнецом, и лучше чем кто-нибудь другой понимал, как нужны хорошие насосы для предотвращения затопления шахт, объединил усилия с водопроводчиком и стекольщиком Джоном Калли в попытке построить более совершенную модель.

Их первая паровая машина была установлена  на угольной шахте в Стаффордшире в 1712 году. Как и в машине Папена, поршень перемещался в вертикальном цилиндре, но в целом машина Ньюкомена была значительно более совершенной. Чтобы ликвидировать зазор между цилиндром и поршнем, Ньюкомен закрепил на торце последнего гибкий кожаный диск и налил на него немного воды. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. Но при впрыскивании в цилиндр холодной воды, пар конденсировался, в цилиндре образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, двигавшимся наподобие качелей, поднимал вверх шток насоса. Когда поршень находился в нижней точке своего хода, в цилиндр снова поступал пар, и с помощью противовеса, закрепленного на штоке насоса или на коромысле, поршень поднимался в исходное положение. После этого цикл повторялся.

Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет. В 1740 году машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, раньше выполняли за неделю.  
 
 
 
 
 
 
 

IV. Паровая машина Ползунова.

Проект первой в  мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил 25 апреля 1763 года русский изобретатель И. И. Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая.

Проект  попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал  в Петербург, откуда вскоре пришел ответ: "...Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно". Паровая машина Ползунова получила признание. 
Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки. Постройку машины поручили Ползунову, в помощь которому были выделены "не знающие, но только одну склонность к тому имеющие из здешних мастеровых двое" да еще несколько подсобных рабочих. С этим "штатом" Ползунов приступил к постройке своей машины. Строилась она год и девять месяцев. Когда машина уже прошла первое испытание, изобретатель заболел скоротечной чахоткой и за несколько дней до завершающих испытаний умер.

Машина  Ползунова имела  два цилиндра А и В с поршнями а и b, расположенными, как показано на рисунке. Штоки поршней были соединены цепью, перекинутой через шкив Н. Движение шкива H  передавалось стержням d1 и d2, которые с помощью «ладоней» L1 и L2 передвигали серповидный маятник f.

Маятник был соединен зубчатыми колесами с механизмом, управляющим  кранами L и g, которые осуществляли попеременный пуск пара и холодной воды в цилиндры. Когда, например, в цилиндр В подавался пар и поршень b поднимался, то в цилиндр A впрыскивалась холодная вода и поршень а опускался. Таким образом машина Ползунова работала непрерывно и все действия в ней проходили автоматически.

23 мая 1766 года ученики Ползунова Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины. В "Дневной записке" от 4 июля было отмечено "исправное машинное действие", а 7 августа 1766 года вся установка - паровая машина и мощная воздуходувка - была сдана в эксплуатацию.

Всего за три месяца работы машина Ползунова  не только оправдала все затраты  на ее постройку в сумме 7233 рублей 55 копеек, но и дала чистую прибыль  в 12640 рублей 28 копеек. 10 ноября 1766 года котел дал течь, и машина остановилась. Несмотря на то, что эту неисправность  можно было легко устранить, заводское  начальство, не заинтересованное в  механизации, забросило творение Ползунова. В течение последующих тридцати лет машина бездействовала, а в 1779 году тогдашние управители алтайских  заводов отдали распоряжение машину разобрать, "находящуюся при оной фабрику разломать и лес употребить, на что годен будет".

V. Джеймс Уатт. Универсальная  паровая машина  двойного действия.

Примерно в это же время в  Англии над созданием паровой  машины работал шотландец Джеймс Уатт. 
Начиная с 1763 года он занимался усовершенствованием малоэффективной пароатмосферной машины Ньюкомена, которая, в общем-то, годилась только для перекачивания воды. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Каким же образом избежать этого? Ответ пришел к Уатту воскресным весенним днем 1765 года. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом.

Кроме того Уатт сделал еще несколько усовершенствований, окончательно превративших пароатмосферную машину в паровую. В 1768 году он подал прошение о патенте на свое изобретение. Патент он получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось. И только в 1776 году паровая машина Уатта была, наконец, построена и успешно прошла испытание. Она оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена.

В 1782 году Уатт создал новую замечательную машину - первую универсальную паровую машину двойного действия. Крышку цилиндра он оснастил изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно, то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. 
Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать. Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара.

Запатентованная Уаттом "ротативная паровая машина" сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. 
В 1785 году одна из первых машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее "Пауэрхауз Двигатель Уатта годился для любой машины, и этим не замедлили воспользоваться изобретатели самодвижущихся механизмов. 
 
 
 
 
 

                  заключение 
 

В конце 17 – начале 18 веков появились  первые паровые машины. Они постепенно получают широкое распространение  в промышленности, на шахтах, на горно - рудных заводах. Паровые машины сыграли большую роль в переходе к машинному производству. В течение 18 – 19 веков были очень востребованы, но со временем громоздкие, тяжёлые и неэкономичные паровые машины полностью вытеснены современными паровыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания.