Povijest stvaranja parnog stroja i njegove primjene

Izum parnih strojeva bio je prekretnica u povijesti čovječanstva. Negdje na prijelazu iz 17. i 18. stoljeća, nedjelotvornim ručnim radom, vodenim kotačima i vjetrenjače

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 fiksirane mlaznice. Para izbjegava iz mlaznica, čime se motor okreće. Bio je to prvi uređaj koji je radio za par.

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

dizajn

Do 17. stoljeća stvaranje parnog stroja bilo je nemoguće. No, čim se prekinula razina razvoja čovječanstva, odmah su se pojavili prve kopije i izumi. Iako je ozbiljno nitko u to vrijeme nije to prihvatio. Tako je, na primjer, 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 počinje izumom stroja s parnim atmosferom. Godine 1681., znanstvenik iz Francuske Denis Papin izumio je uređaj koji je pumpao vodu iz rudnika. Kao pokretač u početku, korišten je barut, a zatim je zamijenjen vodenom parom. Znači, bio je stroj za paru i atmosferu. Veliki doprinos njegovom poboljšanju učinili su znanstvenici iz Engleske, Thomas Newcomen i Thomas Severin. 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 akviziciji malog broda, gdje je radio na instalaciji stroja za paru i zrak koji je dizala vodu vlastite proizvodnje. Mehanizam djelovanja bio je da je, ispadanje s visine, voda počela okretati kotače.

Izumitelj je proveo svoje testove 1707. na rijeci Fuldi. Mnogo se ljudi okupilo da bi pogledalo čudo: brod koji se kreće na rijeci bez jedra i vesla. Međutim, tijekom testiranja dogodila se katastrofa: motor je eksplodirala i nekoliko ljudi je poginulo. Vlasti su se naljutile na neuspješnog izumitelja i zabranile mu rad 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 uliti malu količinu vode. Ispod samog cilindra nalazio se žeravnik, koji je služio za zagrijavanje tekućine. Kad je voda počela kuhati, stvarala se para, podizala je klip. Iz prostora iznad klipova, kroz posebno opremljeni ventil, zrak je bio gurnut van. Nakon što je voda kuhala i počela sipati paru, bilo je potrebno ukloniti viljuškar, 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 ponovo 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 svog rada, stvorio u 1712 njegova aparata. Novi parni stroj (na slici gore) dizajniran je na sljedeći način: korišten je cilindar koji je bio u vertikalnom položaju i klip. Ovaj Newcomen je preuzeo Papenove radove. Međutim, para je formirana u drugom kotlu. Oko klipova je fiksirana cijela koža, što je uvelike povećalo stezanje unutar parnog cilindra. Ovaj stroj je također bio paropropusan (vodu iz rudnika uz pomoć atmosferskog tlaka). 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 ispumpavanje 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 svom izumom: parni-atmosferski stroj koji je imao potisnike kao pogon. Njegov razvoj bio je uspješniji od Papenovog razvoja. Odmah su proizvedeni nekoliko takvih brodova. Uglavnom, oni su bili korišteni za vuču tereta, brodova i drugih plovila. Međutim, 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 tog vremena imali su mnoge specifične nedostatke.

Povijest stvaranja parnog stroja u Rusiji

Sljedeći je napredak dogodio u Ruskom Carstvu. Godine 1766. u metalurškoj tvornici u Barnaulu stvoren je prvi parni motor koji je uz pomoć posebnih puhaljki pružio zrak peći za taljenje. Stvoritelj mu je bio Ivan Ivanovich Polzunov, koji je za svoje službe pred domovinom dobio čak i činovnik. Izumitelj je predstavio svojim nadređenima nacrte 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 početka pokusa njegova motora. Međutim, njegove su upute bile dovoljne za pokretanje motora.

Dakle, 7. kolovoza 1766. godine, Polzunov parni motor pokrenut je 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 je napisao u svojoj uputi 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. Parobrod Polzunov je bio skriveno 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 se stalno razmišljalo o stvaranju mehanizma koji ne bi ovisio o hirovitoj prirodi, već upravljanju samom sudbinom. 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 pokrenut je natjecanje među majstorima, znanstvenicima i izumiteljima. Akademija znanosti najavila je nagradu nekome tko može stvoriti mehanizam koji može zamijeniti snagu vjetra. No unatoč činjenici da je natjecanje uključivalo takve umove kao što su L. Euler, D. Bernoulli, kanton de Lacroix i drugi, nitko nije postavio nikakav razumni prijedlog.

Prošle su godine. I industrijska revolucija pokrivala je sve više zemalja. Prvenstvo i vodstvo među ostalim ovlastima bili su inherentni u Engleskoj. Krajem osamnaestog stoljeća, Velika Britanija postala je kreator industrije velikih razmjera, zahvaljujući kojoj je osvojio titulu svjetskog monopola u ovoj industriji. Pitanje mehaničkog motora postalo je sve više i više relevantnije iz dana u dan. I takav je motor bio stvoren.

Prvi parni motor na svijetu

1784 bio je prekretnica za Englesku i cijeli svijet u industrijskoj revoluciji. I 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 crteže, strukturu i načela rada parni-atmosferskih strojeva. I na temelju svega ovoga, zaključio je da je za učinkovitost motora potrebno izjednačiti temperature vode u cilindru i paru koja ulazi u mehanizam. Glavni nedostatak parni-atmosferskih strojeva bio je stalna potreba za ohlađivanjem cilindra vodom. Bilo je potrošno i nezgodno.

Novi parni motor izgrađen je na drugačiji način. Dakle, cilindar je bio posebna košulja pare. Tako je Watt postigao svoje stalno zagrijano stanje. Izumitelj je stvorio poseban brod koji je uronjen u hladnu vodu (kondenzator). Cijev je bila pričvršćena pomoću cijevi. Kad se parena razbila u cilindru, prolazila je kroz cijev u kondenzator i tamo se okrenula natrag u vodu. Radom na poboljšanju automobila, Watt je stvorio vakuum u kondenzatoru. Dakle, sve pare iz cilindra kondenzirane u njemu. Zahvaljujući ovoj inovaciji, proces ekspanzije pare je uvelike povećan, što je omogućilo izvući mnogo više energije iz iste količine 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 bio korišten kao vuča na kanalu. Ulogu propulsa na brodu odigrala 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.

Pa ipak, stavljen je na šalu jer se bojao da bi zbog jakih valova stvorenih ispod propelera, obale kanala bile mutne. Usput, na suđenju "Charlotte" postojao je čovjek kojeg cijeli svijet danas smatra kreatorom prvog parobroda.

Prvi parobrod u svijetu

Engleski brodograditelj Robert Fulton od svoje mladosti sanjao je o posudi s parnim motorom. I sada je njegov san postao realiziran. Uostalom, izum parnih strojeva postao je novi poticaj brodogradnji. Zajedno s Messenger of America R. Livingston, koja je preuzela financijsku stranu problema, Fulton zauzeo je nacrt broda s parnim strojem. 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 stalno spriječile i razbijale. Danas se lako može reći da se isti učinak može postići samo s tri ili četiri tanjura. Ali sa stajališta znanosti i tehnologije tada nije bilo stvarno vidjeti. Stoga su brodograditelji imali puno 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 odbacila je projekt, a frustrirani brodograditelji bili su prisiljeni tražiti sreću u Americi.

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

Prvi let, Claremont je otišao bez tereta i bez putnika. Nitko nije htio ići na putovanje na brod koji je vatreno disao. Ali već se na putu natrag pojavio 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.