Povijest stvaranja parnog stroja i njegova primjena

Izum parnih strojeva bio je prekretnica u povijesti čovječanstva. Negdje na prijelazu iz 17. i 18. stoljeća neučinkoviti manualni radovi, vodeni kotači i vjetrenjače zamijenjeni su potpuno novim i jedinstvenim mehanizmima - parnim strojevima. Zahvaljujući njima, došlo je do tehničkih i industrijskih revolucija i cijelog napretka čovječanstva.

Ali tko je izumio parni motor? Kome se ovaj čovjek obvezao? A kada je to bilo? Pokušat ćemo pronaći sve odgovore na sva ova pitanja.

Čak i prije naše ere

Povijest stvaranja parnog stroja započinje u prvim stoljećima prije Krista. Geron iz Aleksandrije opisao je mehanizam koji je počeo raditi samo kad je pod utjecajem pare. Uređaj je bila kugla na kojoj su mlaznice bile fiksirane. Para izbjegava iz mlaznica, čime se motor okreće. To je bio prvi uređaj koji je radio za par.

Stvoritelj parnog stroja (ili točnije, turbina) - Tagi-al-Dinome (arapski filozof, inženjer i astronom). Njegov izum postao je poznat u Egiptu u 16. stoljeću. Mehanizam je bio uređen na slijedeći način: struja pare bila je direktno usmjerena na mehanizam s lopaticama, a kad je dim izlio - oštrice su se okretale. Nešto slično kao 1629, a talijanski inženjer Giovanni Branca. Glavni nedostatak svih tih izuma bio je prevelika potrošnja pare, što je zauzvrat zahtijevalo ogromne troškove energije i nije bilo poželjno. Razvoj je bio suspendiran, jer tada znanost i tehničko znanje čovječanstva nije bilo dovoljno. Osim toga, potreba za takvim izumima bila je potpuno odsutna.

dizajn

Do 17. stoljeća stvaranje parnog stroja bilo je nemoguće. No, čim se prekinula razina razvoja čovječanstva, odmah su se pojavile prve kopije i izumi. Iako je ozbiljno nitko u to vrijeme nije uzimao. Tako je, primjerice, engleski znanstvenik 1663. objavio u tisku nacrt svog izuma, koji je instalirao u dvorcu Reglan. Njegov je uređaj poslužio da podiže vodu na zidovima tornjeva. Međutim, kao i sve nove i neistražene, ovaj je projekt usvojen sa sumnjom, a sponzori za njegov daljnji razvoj nisu pronađeni.

Povijest stvaranja parnog stroja započinje izumom stroja s parnim atmosferom. Godine 1681. znanstvenik iz Francuske, Denis Papen, izumio je uređaj koji je pumpao vodu iz rudnika. Kao pokretačka sila, baruta je bila korištena po prvi put, a zatim je zamijenjena vodenom parom. Znači, bio je stroj za paru i atmosferu. Veliki doprinos njegovom poboljšanju učinili su znanstvenici iz Engleske, Thomas Newcomen i Thomas Severen. Neprocjenjivu pomoć pružila je i samouki Ivan Polzunov, ruski izumitelj.

Neuspjeli pokušaj Papena

Stroj za parni zrak, daleko od savršenog u to vrijeme, privukao je posebnu pozornost u brodogradnji. D. Papen je proveo posljednju uštedu na stjecanju malog broda, gdje je počeo instalirati strojeve za paru vodenog dizanja vlastite proizvodnje. Mehanizam djelovanja bio je to što, pada s visine, voda je počela okretati kotače.

Izumitelj je proveo svoje testove 1707. na rijeci Fuldi. Mnogo se ljudi okupilo kako bi pogledalo čudo: brod koji se kreće duž rijeke bez jedra i vesla. Međutim, tijekom testiranja dogodila se katastrofa: motor je eksplodirala i nekoliko je ljudi poginulo. Vlasti su se naljutile na neuspješnog izumitelja i zabranile mu bilo kakav posao i projekte. Brod je zaplijenjen i uništen, a nekoliko godina kasnije sam je umro.

greška

Papenov parobrod imao je slijedeći princip rada. Na dnu cilindra bilo je potrebno napuniti malu količinu vode. Ispod samog cilindra nalazio se pleter, koji je služio za zagrijavanje tekućine. Kad je voda počela kuhati, stvarala se parica koja se širila i podigla klip. Iz prostora iznad klipova, kroz posebno opremljeni ventil, zrak je bio gurnut van. Nakon što je voda kuhala i počela sipati paru, trebalo je ukloniti brašno, zatvoriti ventil za uklanjanje zraka i hladiti vodu kako bi se ohladili zidovi cilindra. Zahvaljujući takvim postupcima, para u kondenziranom cilindru, pod klipom se razvio vakuum, a zbog sile atmosferskog tlaka klip se ponovno vratio u prvobitni položaj. Tijekom njegova dolje kretanja, učinjeno je korisno. Ipak, učinkovitost papinovog parnog stroja bila je negativna. Motor broda bio je iznimno neekonomičan. I što je najvažnije, bilo je prekomplicirano i nezgodno za rad. Stoga Papenov izum nije imao budućnost od samog početka.

sljedbenici

Međutim, povijest stvaranja parnog stroja nije završila tamo. Sljedeći, mnogo uspješniji od Papena, bio je engleski znanstvenik Thomas Newcomen. Dugo je proučavao rad svojih prethodnika, usredotočivši se na slabe točke. I uzimajući najbolje od svojih djela, stvorio je 1712 njegov aparat. Novi parni motor (na slici gore) konstruiran je na sljedeći način: korišten je cilindar koji je bio u uspravnom položaju, kao i klip. Ovaj je Newcomen uzeo Papenove radove. Međutim, parna je već formirana u drugom kotlu. Oko klipova je fiksirana cijela koža, što je uvelike povećalo stezanje unutar parnog cilindra. Ovaj stroj je također bio parom-atmosferičan (voda je rasti iz rudnika pod atmosferskim pritiskom). Glavni nedostaci izuma bili su njegovo nezgrapan i neekonomičan: stroj je "jeli" ogromnu količinu ugljena. Međutim, to je donijelo puno više prednosti nego Papenov izum. Stoga je služio gotovo 50 godina u tamnicama i rudnicima. Koristi se za pumpanje podzemnih voda, kao i za sušenje brodova. Thomas Newcomen pokušao je preobraziti svoj automobil kako bi ga mogao primijeniti za promet. Međutim, svi njegovi pokušaji bili su neuspješni.

Sljedeći znanstvenik koji je tvrdio da je on bio je D. Hull iz Engleske. Godine 1736. uveo je svijet svoj izum: parni-atmosferski stroj, koji je imao propelere kao kotače s lopaticama. Njegov razvoj bio je uspješniji od Papenovog razvoja. Odmah su proizvedeni nekoliko takvih brodova. Uglavnom su korišteni za vuču tereta, brodova i drugih plovila. Ipak, pouzdanost stroja s parom i atmosferom nije bila vjerodostojna, a posude su bile opremljene jedrima kao glavnom pogonskom jedinicom.

Iako je Hoole imao više sreće nego Papen, njegovi su izumi postupno izgubili važnost i bili su napušteni. Ipak, strojevi parne i atmosfere toga vremena imali su mnoge specifične nedostatke.

Povijest stvaranja parnog stroja u Rusiji

Sljedeći je napredak dogodio u Ruskom Carstvu. Godine 1766. izgrađen je prvi parni motor u metalurškoj tvornici u Barnaulu, koji je uz pomoć posebnih puhaljki isporučio zrak peći za taljenje. Njegovog stvaratelja bio je Ivan Ivanovich Polzunov, koji je za svoje službe pred domovinom čak dobio časnički čin. Izumitelj je predstavio svojim nadređenima crteže i planove "vatrenog stroja" koji je sposoban voziti pušeći mijeh.

Međutim, sudbina je igrala okrutnu šalu s Polzunovom: sedam godina nakon što je njegov projekt usvojen, a automobil je sastavljen, pao je i umro od potrošnje - samo tjedan dana prije nego što su počeli testovi njegovog motora. Međutim, njegove su upute bile dovoljne za pokretanje motora.

Dakle, 7. kolovoza 1766. Polzunov parni motor je pokrenut i stavljen pod opterećenje. Međutim, u studenom iste godine razbio se. Razlog su bili previše tanki zidovi kotla, koji nisu namijenjeni za utovar. I izumitelj u njegovim uputama napisao je da se ovaj kotao može koristiti samo tijekom testiranja. Proizvodnja novog kotla lako bi se isplatila, jer je učinkovitost Polzunov parnog motora bila pozitivna. Za 1023 sati rada uz pomoć pomiješana srebra 14 pudova!

Ali, unatoč tome, nitko tko je popravio mehanizam nije uspio. Parobrod Polzunov je prašio više od 15 godina u skladištu, a svijet industrije nije stajao i razvio se. A onda je u potpunosti demontiran za rezervne dijelove. Očigledno, u to vrijeme, Rusija još nije izrasla na parne strojeve.

Vrijeme zahtjevi

U međuvremenu, život nije stajao mirno. I čovječanstvo je uvijek razmišljala o stvaranju mehanizma koji ne dopušta ovisnost o kapricijskoj prirodi, već kontrolira sudbinu. Od jedra, svi su željeli odbiti što je brže moguće. Stoga je pitanje stvaranja parnog stroja stalno bilo suspendirano u zraku. Godine 1753. u Parizu je pokrenut natječaj među majstorima, znanstvenicima i izumiteljima. Akademija znanosti najavila je nagradu nekome tko može stvoriti mehanizam koji može zamijeniti silu vjetra. No unatoč činjenici da je natjecanje uključivalo takve umove kao što su L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i drugi, nitko nije postavio nikakav razumni prijedlog.

Prolazile su godine. I industrijska revolucija pokrivala je sve više zemalja. Prvenstvo i vodstvo među ostalim ovlastima bili su inherentni u Engleskoj. Do kraja osamnaestog stoljeća, Velika Britanija postala je kreator industrije velikih razmjera, zahvaljujući kojoj je osvojio naslov svjetskog monopola u ovoj industriji. Pitanje mehaničkog motora svakim danom postaje sve žešće. I takav je motor bio stvoren.

Prvi parni motor na svijetu

1784 bio je za Englesku i za cijeli svijet prekretnica u industrijskoj revoluciji. A čovjek odgovoran za ovo bio je engleski mehaničar James Watt. Parni motor koji je stvorio bio je najglasnije otkriće stoljeća.

James Watt nekoliko je godina proučavao nacrte, strukturu i načela rada parni-atmosferskih strojeva. Na temelju svega toga zaključuje da je za učinkovitost motora potrebno izjednačiti temperature vode u cilindru i paru koja ulazi u mehanizam. Glavni nedostatak strojeva s parnim atmosferom bila je stalna potreba za hladnim cilindrom vodom. Bilo je potrošno i nezgodno.

Novi parni motor konstruiran je na drugačiji način. Dakle, cilindar je bio posebna košulja pare. Tako je Watt postigao stalno grijano stanje. Izumitelj je stvorio poseban brod koji je uronjen u hladnu vodu (kondenzator). Cijev mu se pridružila cijevi. Kad se paru razbije u cilindru, kroz cijev je ušla u kondenzator i tamo se okrenula natrag u vodu. Radom na poboljšanju automobila, Watt je stvorio vakuum u kondenzatoru. Tako je u njemu kondenzirana sva para iz cilindra. Zahvaljujući ovoj inovaciji, proces ekspanzije pare je uvelike povećan, što je zauzvrat omogućilo izdvajanje mnogo više energije iz istog iznosa pare. To je bila kruna uspjeha.

Stvoritelj parnog stroja također je promijenio načelo opskrbe zrakom. Sada je para najprije padao pod klip, tako je podigao, a zatim skupio preko klipnog, spuštajući ga. Tako su oba udarca klipa u mehanizmu postala radna, što prije nije bilo moguće. I potrošnja ugljena po konjskom snagom bila je četiri puta manja od, za parne atmosferske vozila, što je James Watt tražio. Parni motor brzo je osvojio Veliku Britaniju i onda cijeli svijet.

Charlotte Dundas

Nakon što je cijeli svijet bio pogođen izumom Jamesa Watta, započela je široka primjena parnih strojeva. Tako je 1802. godine u Engleskoj pojavio prvi brod za par - brod "Charlotte Dundas". Stvoritelj je William Simington. Brod je korišten kao vlak za vuču duž kanala. Ulogu propulsa na brodu igrala je propeler na krmi. Brod je prvi put uspješno prošao test: dva ogromna teretna vučica za 18 milja u šest sati. Istodobno je snažno ometao vjedra. Ali on je to učinio.

Ipak, stavljen je na šalu jer se bojao da bi zbog jakih valova stvorenih pod kotačem propelera, obale kanala bile mutne. Usput, na suđenju "Charlotte", bio je čovjek kojeg cijeli svijet danas smatra stvoriteljem prvog parobroda.

Prvi parobrod na svijetu

Engleska brodograditelj Robert Fulton, od mladenačkih godina, sanjao je o plovilu s parnim motorom. A sada je njegov san postao realiziran. Uostalom, izum parnih strojeva postao je novi poticaj brodogradnji. Zajedno s veleposlanikom iz Amerike R. Livingston, koji je preuzeo materijalnu stranu, Fulton se bavio projektom broda s parnim motorom. Bio je to složeni izum koji se temelji na ideji nagomilanog motiva. Na stranama broda ispružio se u nizu tanjura, oponašajući mnoštvo vesla. Istodobno, ploče su se međusobno ometale i razbile. Danas se lako može reći da se isti učinak može postići sa samo tri ili četiri tanjura. Ali sa stajališta znanosti i tehnologije toga vremena, bilo je nemoguće vidjeti ovo. Stoga su brodograditelji imali mnogo teže.

Godine 1803. Fultonov je izum predstavljen cijelom svijetu. Steamer je hodao polako i glatko uz Seinu, udarajući u umove i maštu mnogih znanstvenika i likova Pariza. Međutim, vlada Napoleona odbila je projekt, a frustrirani brodograditelji bili su prisiljeni tražiti sreću u Americi.

I u kolovozu 1807. prvi parni brod na svijetu po imenu Claremont, u kojem je bio najmoćniji parni motor (na slici), prošao je uz Hudson Bay. Mnogi jednostavno nisu vjerovali u uspjeh.

U svom prvom letu, "Claremont" je otišao bez tereta i bez putnika. Nitko nije htio ići na putovanje po brodu s vatrom. Ali već na povratku pojavio se prvi putnik - lokalni farmer koji je platio šest dolara za ulaznicu. Postao je prvi putnik u povijesti brodarske tvrtke. Fulton je bio toliko dirnut da je daredevilu dao slobodan spas za sve njegove izume.