Паровые двигатели — от первой паровой машины до наших дней
Паровые двигатели — от первой паровой машины до наших дней
Интерес к водяному пару, как доступному источнику энергии, появился вместе с первыми научными познаниями древних. Приручить эту энергию люди пытались на протяжении трёх тысячелетий. Каковы основные этапы этого пути? Чьи размышления и проекты научили человечество извлекать из него максимальную пользу?
Предпосылки появления паровых двигателей
Потребность в механизмах, способных облегчить трудоёмкие процессы, существовала всегда. Примерно до середины XVIII века для этой цели использовались ветряные мельницы и водяные колеса. Возможность использования энергии ветра напрямую зависит от капризов погоды. А для использования водяных колёс фабрики приходилось строить по берегам рек, что не всегда удобно и целесообразно. Да и эффективность тех и других была чрезвычайно мала. Нужен был принципиально новый двигатель, легко управляемый и лишённый этих недостатков.
История изобретения и совершенствования паровых двигателей
Создание парового двигателя — результат долгих размышлений, удач и крушений надежд множества учёных.
Начало пути
Первые, единичные проекты были лишь интересными диковинками. Например, Архимед сконструировал паровую пушку, Герон Александрийский использовал энергию пара для открывания дверей античных храмов. А заметки о практическом применении энергии пара для приведения в действие иных механизмов исследователи находят в трудах Леонардо да Винчи.
Рассмотрим наиболее значительные проекты по этой тематике.
В XVI веке арабский инженер Таги аль Дин разработал проект примитивной паровой турбины. Однако практического применения она не получила из-за сильного рассеяния струи пара, подаваемой на лопасти колеса турбины.
Перенесемся в средневековую Францию. Физик и талантливый изобретатель Дени Папен после многих неудачных проектов останавливается на следующей конструкции: вертикальный цилиндр заполняли водой, над которой устанавливали поршень.
Цилиндр нагревали, вода закипала и испарялась. Расширяющийся пар приподнимал поршень. Его закрепляли в верхней точке подъёма и ожидали остывания цилиндра и конденсации пара. После конденсации пара в цилиндре образовывался вакуум. Освобожденный от крепления поршень под действием атмосферного давления устремлялся в вакуум. Именно это падение поршня предполагалось использовать как рабочий ход.
Потому паровой двигатель Папена как и большинство последующих проектов получили название пароатмосферных машин.
Эта конструкция обладала весьма существенным недостатком — не была предусмотрена повторяемость цикла. Дени приходит к идее получать пар не в цилиндре, а отдельно в паровом котле.
В историю создания паровых двигателей Дени Папен вошел как изобретатель весьма важной детали — парового котла.
А поскольку пар стали получать вне цилиндра, сам двигатель перешел в разряд двигателей внешнего сгорания. Но из-за отсутствия распределительного механизма, обеспечивающего бесперебойную работу, эти проекты почти не нашли практического применения.
Новый этап в разработке паровых двигателей
Около 50 лет для откачки воды в угольных шахтах использовался паровой насос Томаса Ньюкомена. Он во многом повторял предыдущие конструкции, но содержал весьма важные новинки — трубу для вывода сконденсированного пара и предохранительный клапан для выпуска излишнего пара.
Его существенным минусом было то, что цилиндр приходилось то нагревать перед впрыскиванием пара, то охлаждать перед его конденсацией. Но потребность в таких двигателях была столь высока, что, несмотря на их очевидную неэкономичность, последние экземпляры этих машин прослужили вплоть до 1930 года.
В 1765 году английский механик Джеймс Уатт, занявшись усовершенствованием машины Ньюкомена, отделил конденсатор от парового цилиндра.
Появилась возможность цилиндр держать постоянно нагретым. КПД машины сразу вырос. В последующие годы Уатт значительно усовершенствует свою модель, оснастив её устройством для подачи пара то с одной, то с другой стороны.
Стало возможным использовать эту машину не только как насос, но и для приведения в действие различных станков. Уатт получил патент на свое изобретение — паровой двигатель непрерывного действия. Начинается массовый выпуск этих машин.
К началу XIX века в Англии работало более 320 паровых машин Уатта. Их стали закупать и другие европейские страны. Это способствовало значительному росту промышленного производства во многих отраслях как самой Англии, так соседних государств.
Заводское начальство предложило ему построить агрегат, который приводил бы в действие воздуходувку плавильной печи.
Построенная им машина была двухцилиндровой и обеспечивала непрерывное действие подсоединённого к ней устройства.
Успешно проработав более полутора месяцев, котёл дал течь. Самого Ползунова к этому времени уже не было в живых. Ремонтировать машину не стали. И замечательное творение русского изобретателя-одиночки было забыто.
В силу отсталости России того времени мир узнал об изобретении И. И. Ползунова с большим опозданием….
Итак, для приведения в действие паровой машины необходимо, чтобы пар, вырабатываемый паровым котлом, расширяясь, давил на поршень или на лопасти турбины. А затем их движение передавалось другим механическим частям.
Применение паровых машин на транспорте
Несмотря на то, что КПД паровых двигателей того времени не превышал 5%, к концу XVIII века их стали активно использовать в сельском хозяйстве и на транспорте:
- во Франции появляется автомобиль с паровым двигателем;
- в США начинает курсировать пароход между городами Филадельфия и Берлингтон;
- в Англии продемонстрирован железнодорожный локомотив на паровой тяге;
- российский крестьянин из Саратовской губернии запатентовал построенный им гусеничный трактор мощностью 20 л. с.;
- неоднократно предпринимались попытки построить самолёт с паровым двигателем, но, к сожалению, малая мощность этих агрегатов при большом весе самолёта делала эти попытки неудачными.
Уже к концу XIX столетия паровые двигатели, сыграв свою роль в техническом прогрессе общества, уступают место двигателям внутреннего сгорания и электродвигателям.
Паровые устройства в XXI веке
С появлением новых источников энергии в XX и XXI веке снова появляется потребность в использовании энергии пара. Паровые турбины становятся неотъемлемой частью АЭС. Пар, приводящий их в действие, получают за счёт ядерного топлива.
Широко используются эти турбины и на конденсационных тепловых электростанциях.
В ряде стран проводятся эксперименты по получению пара за счёт солнечной энергии.
Не забыты и поршневые паровые двигатели. В горных местностях в качестве локомотива до сих пор используют паровозы.
Эти надёжные труженики и безопаснее, и дешевле. Линии электропередач им не нужны, а топливо — древесина и дешёвые сорта угля всегда под рукой.
Современные технологии позволяют улавливать до 95% выбросов в атмосферу и повысить КПД до 21%, так, что люди решили пока с ними не расставаться и работают над паровыми локомотивами нового поколения.
Первый автомобиль и его создатель
170 лет назад родился Карл Бенц — выдающийся немецкий инженер, пионер автомобилестроения. История его жизни и его изобретений кажется фантастической.
Карл Бенц и одна из его усовершенствованных моделей
Имя это известно каждому человеку, который хоть в какой-то степени интересуется автомобилями. Карл Бенц (Carl Friedrich Michael Benz) по прову считается изобретателем автомобиля. Он получил первые в мире патенты на двухтактный бензиновый двигатель, систему зажигания, работающую от батареи, свечу зажигания, акселератор, карбюратор, сцепление, коробку передач, водяной радиатор охлаждения, — словом, на все основные узлы автомобиля.
От мастерской до мирового концерна
Талант инженера и изобретателя проявился у Карла Бенца очень рано, но его профессиональная карьера вовсе не была само собой разумеющимся делом. Он родился в небогатой семье. Отец, машинист паровоза, умер, когда Карлу было всего два года. Благодаря усилиям матери, отличным оценкам самого Карла и государственной стипендии, он окончил политехнический университет уже в возрасте 19 лет, затем, после семи лет работы на различных предриятиях, создал собственную фирму. Собственно, поначалу это была просто мастеская.
Первый автомобиль Карла Бенца
Первый автомобиль, ставший серийной моделью, был запатентован в январе 1886 года. Патент под номером 37435 был выдан на трехколесный самодвижущийся экипаж. С этого трицикла началась история мирового автомобилестроения. Свое изобретение Бенц оснастил бензиновым двигателем внутреннего сгорания.
Первый «автопробег» совершила жена изобретателя Берта. 5 августа 1888 года она вместе с детьми преодолела больше ста километров, чтобы навестить свою мать. На подъемах машину приходилось толкать, и легенда гласит, что именно после этого Берта подала идею мужу оснастить ее коробкой передач.
Контекст
«Геофактор»: Mercedes с автопилотом — главная сенсация автосалона во Франкфурте
Автомобили становятся умнее: скоро можно будет ездить без водителя. Греки возмущаются — их лучшая выпускница едет учиться в Германию. Поколение Y ищет смысл жизни и не хочет работать только ради денег. (20.09.2013)
Тест-драйв: Новый S-класс — самый роскошный Mercedes-Benz
Немецкий концерн Daimler выпустил новое поколение флагманской модели. Представительский Mercedes-Benz S-класса — это всегда ориентир для конкурентов. Daimler сразу выпустил лимузин в двух версиях — базовой и удлиненной. (13.08.2013)
От аптеки до электрозаправки: бензоколонка как культурный феномен
Среди юбилейных дат 2011 года было и 125-летие изобретения автомобиля. Об этом историческом событии написано очень много. Но вот связанное с ним еще одно изобретение прославлено явно недостаточно. (30.12.2011)
В 1926 году компания Бенца объединилась с компанией Daimler, также занимавшейся выпуском автомобилей. Все модели были переименованы: они стали называться «Mercedes-Benz » (это имя — Мерседес — было именем дочери одного из партнеров Даймлера).
Концерн и после смерти его основателя продолжал идти в авангарде автомобилестроения. В 1936 году началось производство легковых автомобилей с дизельным мотором. Первой моделью с дизельным двигателем стал Mercedes-Benz 260 D.
История продолжается
Дизельный двигатель назван в честь его разработчика — немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel). Этот двигатель обладает довольно высоким коэффициентом полезного действия, а топливо стоит дешевле бензина. И так как экономичность была одним из основных преимуществ дизельных двигателей перед бензиновыми, первыми об их использовании задумались производители грузовых автомобилей. В 1924 году на берлинской автовыставке немецкий концерн MAN представил модель, работающую на дизеле.
Благодаря снижению массы дизельного мотора, к возможности его использования решили присмотреться и производители легковых автомобилей. Особенно активно над решением этой задачи работали именно инженеры компании Daimler-Benz.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
«Мерседес» как объект поп-арта
Выставка работ Энди Уорхола из серии «Cars» проходит в музее MAC Museum Art & Cars в немецком Зингене. В экспозиции творения маэстро поп-арта выставлены рядом с оригинальными ретроавтомобилями.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Самый первый Benz
29 января 1886 года Карл Фридрих Бенц (Karl Friedrich Benz) представил миру свой первый автомобиль. Эта моторизированная повозка могла развивать скорость до 18 км/ч. Первую поездку длиной в 100 километров без ведома супруга совершила Берта Бенц (Bertha Benz). Деревенские мальчишки в то время принимали рычащее авто за воплощение дьявола.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Искусство и автомобиль — почти синонимы
Легким движением руки Энди Уорхола автомобиль превращается… в многоцветный веселый коллаж. Классик поп-арта верен своему стилю во всем, что бы он ни делал. Серия «Cars» подтверждает, что искусство и промышленный дизайн просто созданы друг для друга.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Культ в зеленых тонах
В конце 1924 года на рынок вышел Mercedes-Benz 15/70. Дамы были в восторге от внешнего вида авто, мужчины — от мотора мощностью в 100 и 140 лошадиных сил. Уорхол добавил культовому объекту зеленый контур, сделав его предметом вожделения и для поклонников искусства.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
«Серебряная стрела» в сердце автолюбителей
Модель «Серебряная стрела» поразила сердца поклонников гоночного спорта. Почти 50 лет подряд авто из этой серии занимали первые места в гонках по всему миру. Первую гонку модель Mercedes-Benz W 25 выиграла сразу же после своего выпуска — в 1934 году. «Иногда что-то кажется красивым просто потому, что немного отличается от окружающих предметов», — говорил Уорхол.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Гоночный цыпленок Уорхола
Энди Уорхол добавил легендарной «Серебряной стреле» немного цвета и иронии. Правда, в поп-арт-версии гоночный автомобиль слегка напоминает цыпленка-гриль. В свое время Уорхол прославился за счет картин, отражающих эпоху потребления — баночный суп, бутылки кока-колы… Он всегда изображал товары американского производства. Для немецких машин художник сделал исключение.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Строго по формуле
Автомобилестроители строго подчиняются правилам. Так, модель Mercedes-Benz W 125 была создана точно по формуле «750 килограмм». Согласно условиям гонок Гран-при, действовавшим с 1934 года, именно столько — и ни граммом больше — могли весить автомобили участников без учета смазочных и горючих материалов. Но в вариациях Уорхола у спорткаров свои правила. Главное — они очень яркие!
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Хайтек образца 1969 года
Экспериментальная модель Mercedes-Benz С 111 стала прорывом в мире авто. Она могла развивать скорость до 300 км/ч. Несмотря на то, что желающих приобрести такое чудо было немало, С 111 так и не стал серийным автомобилем. На картинах Уорхола машины с раскрытыми дверьми похожи на парящих чаек.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Спорткар века
Mercedes-Benz 300 SL дебютировал в Нью-Йорке в 1954 году. Новая спортивная машина могла развивать скорость до 250 км/ч, став самым быстрым серийным автомобилем того времени. Спустя много лет, в 1999 году, сообщество автомобильных журналистов признало его спорткаром века.
Энди Уорхол и его «мерседесы»
Искусство дороже люксового автомобиля
Из 80 запланированных работ до своей смерти Уорхол успел закончить только 40. Последняя картина из этой серии — Mercedes-Benz W 196 R Grand Prix Car — была выставлена на аукционе Christie’s в Нью-Йорке в 2013 году: стартовая цена составила 16 млн долларов. Выставку в музее Mac Museum Arts & Cars можно увидеть до 17 мая.
Автор: Сюзанне Кордс, Александра Поблинкова
Изобретение автомобиля
Находясь в километровой пробке мегаполиса, сложно поверить, что когда-то мир мог существовать без машин. Сейчас дошло уже до того, что целесообразность иметь личный автомобиль ставится под сомнение, вместе с доводами о свободе перемещения, комфорте и экономии времени. Однако изобретение автомобиля случилось относительно недавно. Первые агрегаты мало напоминали модели современного автопрома, тем не менее они были настоящим прорывом, чудом инженерной мысли того времени. И поначалу автомобиль действительно поражал прогрессивностью и открывающимися перед его владельцем возможностями.
Предтеча автомобиля
До изобретения автомобиля люди использовали лошадиную тягу. Когда на улицах Санкт-Петербурга в 1752 году появилась странная повозка, обгонявшая другие кареты, это вызвало большое удивление. Горожан можно понять: экипаж шёл без лошадей! Это была «самобеглая коляска», построенная простым крестьянином Леонтием Шамшуренковым, прототип современного автомобиля. Его дело продолжил Иван Кулибин, усовершенствовав и развив идею «самокатки». Так мир узнал о самодвижущейся повозке, где было применено маховое колесо, тормоз, коробка скоростей, подшипники качения. В XVIII же веке появилась первая паровая машина, использовавшаяся в качестве средства передвижения, изобретение принадлежало французу Николя Жозефу Куньо. Его детище считается предшественником как автомобиля, так и паровоза.
Карл Бенц и его детище
Паровые тягачи были громоздкими, неудобными и прожорливыми. Правительство не поддерживало эти идеи, поэтому эволюция автомобиля зашла на какое-то время в тупик. Прорыв в этой области сделал Карл Бенц, сумевший изобрести четырёхтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания в конце XIX века. Так вышла первая реально работающая модель машины, и начался первый в истории массовый выпуск автомобилей для личного пользования. Чтобы не вызывать лишних вопросов, сомнений и протестов, Бенц сам со своей женой совершил междугородние поездки на своём изобретении. Автомобиль быстро стал популярен среди буржуазии и интеллигенции. Бенц назвал детище в честь дочери – Мерседес.
Прорыв Генри Форда
В начале XX века автомобиль прошёл путь от аристократической игрушки до предмета потребления. В то время большая часть этого рынка принадлежала США. Был выпущен American Curved Dash, неудобный двухместный кабриолет. Ошибки были учтены Генри Фордом, который сконструировал легендарную модель Т. Покупатели отдавали ей предпочтение за лёгкость в управлении и надёжность. Стали появляться первые автомобили с полностью синхронизированной коробкой передач, машины для обеспеченных людей и спортивные модели для молодёжи.
Послевоенные годы и современные модели
После Второй мировой войны дизайн автомобилей изменился, достаточно сравнить первые модели массового выпуска и советскую «Победу». Она имела понтонный кузов, образованный слившимися передними и задними крыльями с единой верхней линией. Выпускались малолитражки – автомобильный рынок постепенно оправлялся от военной лихорадки. Позднее многие марки стали культовыми – о Ford Mustang мечтает каждый автолюбитель, многие засматриваются на серьёзный и качественный внедорожник Range Rover, а Mini получил признание как самый узнаваемый автомобиль XX века.
Теперь невозможно представить цивилизованное общество без автомобилей. С помощью четырёхколёсных друзей мы решаем многие свои задачи: ездим на работу и за покупками, путешествуем и демонстрируем свой статус. Но, возможно предположить, глядя на загруженность дорог, приходит время новых средств передвижения, во всяком случае – прогресс не останавливается, появляются новые технологии, нельзя только предсказать, с какой скоростью они будут внедрены.
Парк-музей «ЭТНОМИР»
Калужская область, Боровский район, деревня Петрово
Этнографический парк-музей «ЭТНОМИР» – уникальное пространство диалога культур, территория путешествий, открытий, вдохновения, образования и любви.
Здесь на площади в 140 га расположены этнодворы разных стран и уникальная Улица Мира. Приобщитесь к культуре разных народов, ощутите особенную атмосферу перекрёстка миров, отдохните на природе, насладитесь нашими лучшими образовательными, культурными и развлекательными программами!
В нашем парке-музее можно примерить национальные костюмы, освоить редкие ремёсла, купить сувениры, сделать своими руками полезные вещицы, попробовать блюда национальной кухни разных стран, посетить парк аттракционов и многое другое. Обойти за день все интересные уголки невозможно, поэтому к услугам посетителей уникальные этнические отели – избы, мазанки, юрты, чумы, гималайский и непальский дома и даже индийский дворец.
Создатель «пыхтящего дьявола»
С ын управляющего одной из шахт Ричард с детства любил наблюдать, как паровые машины качают воду из глубоких оловянных и медных рудников. И в девятнадцать лет он поступил на работу в шахту East Stray Park рабочим по обслуживанию этих машин.
Его дальнейшей карьере помогло то, что он женился на Джейн Харви из Хейла. Джон Харви, отец Джейн, построил местный литейный завод Harveys of Hayle, известный созданием огромных машин для перекачки воды из шахт на основе двигателей Ньюкомена и Ватта.
Гигант пара
В 1797 году Тревитик уже работал инженером на шахте Динг-Донг и здесь увлекся идеей усовершенствования паровой машины. Вместе с Эдвардом Буллом он впервые применил в разработанном им новом варианте парового двигателя пар высокого давления, что позволило уменьшить габариты паровых агрегатов при той же мощности. Молодой инженер не обращал внимания на страхи именитых коллег, в том числе самого создателя паровой машины Уатта, который считал весьма опасным работать с паровыми машинами при повышенном давлении. Как писал Уатт, «только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер».
Уменьшение габаритов паровой машины, которого добился Тревитик, позволило ему заняться конструированием экипажей на паровом ходу, идею которых он почерпнул у Уильяма Мердока, соратника Уатта. Мердок жил в Редруте и был соседом Тревитика, который в то время занимался там установкой двигателей для откачки воды в местных шахтах. Еще в 1784 году Мердок построил трехколесный экипаж на паровой машине, который однажды поздно вечером испытал на дороге — к ужасу местного священника, решившего, что он увидел дьявола. Но дальше этой пробы у Мердока дело не пошло.
Возможно, Мердок заимствовал эту идею у Джеймса Уатта, который тоже задумывался над тем, как использовать паровую машину для создания колесного транспортного средства, и даже сделал эскиз возможной конструкции, но отбросил эту идею: слишком велики тогда были размеры паровой машины.
А Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна, куда переселился изобретатель. Местные сразу окрестили изобретение «драконом Тревитика» и «фугасом капитана Дика». (Корнуэльских управляющих шахтами в знак уважения называли капитанами). Посмотреть на паровой экипаж ежедневно собиралась большая толпа зевак, некоторых Тревитик, бывало, брал с собой в поездку. Это была первая в истории публичная демонстрация транспорта, работающего на пару.
Но «дракон» недолго веселил публику: однажды Тревитик остановился перед пабом, чтобы перекусить, но забыл уменьшить огонь, подогревающий котел, в результате вода в нем выкипела, емкость раскалилась, и вся машина сгорела за несколько минут. Однако Тревитика, уже прославившегося своим оптимизмом, это происшествие ничуть не смутило, и он продолжил опыты с еще большим рвением. Тревитик спроектировал еще одну коляску, на которой сделал несколько пробегов в Лондоне, рассчитывая собрать средства на продолжение работ, но, к сожалению, это ему не удалось. Тем не менее он получил официальный патент на свою «машину высокого давления» и ее разнообразные применения, в том числе в транспорте.
Поймай меня, если сможешь
Современники описывали Тревитика как человека, которого переполняли новые идеи. Поэтому он не остановился на создании своего «дракона», и в 1804 году, будучи инженером уже на Пенидарренском чугунолитейном заводе в Мертир-Тидвиле, создал первый в истории паровоз, который протащил пять фургонов, десять тонн железа и семьдесят человек на расстояние более девяти миль со средней скоростью около пяти миль в час.
Первый локомотив работал исправно, однако слабые чугунные рельсы часто ломались под его тяжестью. Владелец предприятия, на путях которого проводились испытания, вместо того чтобы усилить рельсы, распорядился прекратить поездки и использовать паровоз просто в качестве паровой машины.
Через год, в 1805-м, Тревитик построил второй паровоз для рудников близ Ньюкасла, но рельсы и там оказались слабыми.
А в 1808 году на окраине Лондона Ричард выбрал площадку, которую огородили высоким забором и построили там кольцевую рельсовую дорогу, по которой Тревитик запустил новый паровоз под названием «Поймай меня, если сможешь». Все желающие могли посмотреть на диковинное изобретение или прокатиться на нем за определенную плату. Но вскоре рельсы сломались и здесь. Ричард надеялся, что его опытами заинтересуются владельцы различных фабрик и профинансируют продолжение работ, однако ошибся.
К слову, именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено.
Много изобретений и мало денег
Потерпев неудачу с продвижением своего паровоза, Тревитик в 1812 году сконструировал компактную паровую молотилку. Она исправно работала в течение многих лет, после чего была выставлена в одном из лондонских музеев, где и хранится до сих пор.
По заказу морского ведомства Тревитик соорудил паровую землечерпалку для углубления дна Темзы, разработал проект парового судна и участвовал в неудавшейся прокладке тоннеля под Темзой.
Вся эта деятельность приносила мало доходов, и в поисках новых заказов он знакомится с владельцем серебряных рудников в Перу, прибывшим в 1813 году в Англию. Многие шахты этих рудников с увеличением глубины разработок заливала вода. Тревитик охотно согласился руководить постройкой паровых насосов для шахт и даже вложил в дело имевшийся у него небольшой капитал.
Через год требуемое число паровых машин было готово и отправлено в сопровождении английских механиков в Перу. Понадобилось почти два года, чтобы они прибыли на место. Только в 1816 году была успешно запущена одна из машин, но остальные из-за неопытности механиков пустить в работу не удавалось. Получив известие об этом, Тревитик отплывает в Южную Америку. По прибытии он быстро запускает все насосы, и добыча серебра резко возрастает.
Благодаря этому Тревитик завоевал настолько огромный авторитет у местных горнопромышленников, что губернатор провинции даже предложил отлить его статую из серебра. Однако у изобретателя не сложились отношения с руководством компании, он вынужден был покинуть рудники и некоторое время разъезжал по Перу, обучая местных горнопромышленников «европейским» приемам работы.
После смерти руководителя компании серебряных рудников он возвращается к прежней работе и становится главой предприятия. Дела компании шли хорошо, но в 1821 году в Перу, тогда испанской колонии, вспыхивает восстание против испанцев. Заодно повстанцы разгромили оборудование рудников, и Тревитик лишился всего состояния (и едва не лишился жизни).
Он покидает Перу и переезжает вначале в Чили на медные рудники, а затем в Коста-Рику. Здесь он изучает работу местных рудников и вместе с компаньоном проводит изыскания новых месторождений серебра и меди, которые он собрался разрабатывать. Для этого Тревитику был необходим капитал. Чтобы достать его, он после десятилетнего пребывания в Южной Америке решает вернуться в Англию. Но на родине Тревитика ждало разочарование: денег достать не удалось. И он снова начал заниматься изобретательской деятельностью.
Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений. Но и эти, и другие его проекты по разным причинам так и не были реализованы.
Конец жизни Тревитик прожил в бедности. Он даже вынужден был обратиться в английский парламент с просьбой о финансовой помощи. Перечислив в своем прошении все свои важнейшие, по его мнению, изобретения, он завершил просьбу словами: «Проситель, однако, надеется, что его важные изобретения и усовершенствования не останутся не вознагражденными английской нацией, тем более что он до сих пор не получал ничего за убытки, которые он сам и его семья терпели благодаря тому, что он истратил свое состояние для общественного блага».
Крик о помощи не был услышан, и вскоре, 22 апреля 1833 года, создатель первого в мире паровоза умер. Похоронили Тревитика на кладбище для бедняков. Впоследствии место захоронения затерялось.
Но все же о достижениях великого изобретателя не забыли. В Кэмборне ему поставили памятник, в Дартфорде, где он умер, установили мемориальную доску, посвященную последним годам его жизни. А в Кардиффском университете библиотека названа его именем.
Последователи
Тревитик был первым, но не единственным, кто пытался поставить паровую машину на колеса. Джордж Стефенсон, работавший кочегаром на рудниках и в совершенстве изучивший имевшиеся там паровые машины, тоже решил создать собственный паровоз.
Работа над постройкой локомотива длилась десять месяцев. Первое испытание паровоза Стефенсона состоялось 25 июля 1814 года на путях рудника в Килингворте близ Ньюкасла. Паровоз в тот день провез состав из восьми груженых вагонов весом 30 тонн со скоростью около семи километров в час. После успешных испытаний паровоз начал регулярную перевозку грузов. В последующие годы Стефенсон построил еще несколько моделей паровоза, улучшая раз за разом его конструкцию.
Наряду с улучшением механической части паровоза Стефенсон занялся усовершенствованием рельсового пути, чтобы повысить его надежность и устранить тряску. В 1816 году он получил патент на усовершенствованный им рельсовый стык, что позволило значительно смягчить удары при проходе через него колес подвижного состава.
После этого Стефенсон занялся постройкой первой в мире железной дороги общественного пользования Стоктон — Дарлингтон. День ее открытия, 27 сентября 1825 года, считается днем основания железных дорог. Тогда при огромном стечении зрителей паровоз, ведомый Стефенсоном, повез состав из 38 вагонов, часть из которых была загружена углем и мукой. А 21 вагон был оборудован сиденьями для публики.
В России историю паровозостроения начали Ефим и Мирон Черепановы — создатели первого российского паровоза. Они начали работать над своей машиной в 1830 году. «Пароходный дилижанец» — именно так назвали свое творение Черепановы — был готов в 1834 году. Паровоз Черепановых был рассчитан на перевозку руды и развивал скорость до 15 километров в час. Но их машина оказалась не востребована. Паровозы для железных дорог, которые стали строить в России, приобретались за рубежом.
История паровых машин
О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же — наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.
Первые наработки.
Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.
Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.
Автомобиль Куньо 
Реактивный автомобиль Ньютона 
Паровая машина Фербиста Превью — увеличение по клику.
Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.
Применение паровых машин на практике.
Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.
Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.
Паровая Карета Гарни 
Карета Хилла 
Паровая карета Превью — увеличение по клику.
Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.
В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.
транспортное средство Болле-Марселя 
Машина Бордино Превью — увеличение по клику.
Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.
Машина Хенкока 
Трехколесник Пекори Превью — увеличение по клику.
Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин
К истории паровых машин
Паровая машина является двигателем, в котором химическая энергия топлива превращается в механическую благодаря применению пара, который образуется при нагревании воды. Создание и широкое применение паровой машины стало одним из главных факторов промышленной революции, которая началась в Англии во второй половине XVIII века, а впоследствии охватила и другие страны. Паровые машины в XIX веке стали основными двигателями для промышленных предприятий и транспорта (железных дорог и пароходов). Если в начале XIX века в мире было несколько сотен паровых машин, то в конце — около двух миллионов. Неудивительно, что это столетие назвали «столетием пара».
Универсальный паровой двигатель, усовершенствованные «потомки» которого стали основой «столетия пара», создал шотландец Джеймс Уатт. В 2019г. исполнилось 250 лет с тех пор, как он получил патент на свою паровую машину, точнее, на «способы уменьшения расхода пара и вследствие этого — горючего в огненных машинах».
К этой дате в зале редких и ценных документов Научно-технической библиотеки им. Г.И.Денисенка КПИ им. Игоря Сикорского развернута выставка «К истории паровых машин», где представлены книги из фондов библиотеки.
В конце XIX в. в Украине, которая тогда входила в состав Российской империи, применялись и производились различные паровые машины. Основанный в 1898году Киевский политехнический институт готовил инженеров-механиков — специалистов по конструированию и использованию паровых двигателей, котлов, паровозов и другой теплотехнической техники. Уже с первого года существования КПИ здесь преподавались специальные курсы: на механическом отделении — «Термодинамика и термические машины» и «Паровые котлы»; на инженерном — «Термодинамика, термические машины и паровозы»; на химическом — «Паровые машины и гидравлические двигатели» и «Паровые котлы». В нашей библиотеке хранится много печатных изданий, которыми пользовались студенты при изучении этих курсов.
Прежде всего, здесь есть издание по термодинамике — науки, создание и развитие которой были тесно связаны с развитием тепловых (паровых) машин. Например, «Основания термодинамики в применении к паровым машинам» (1900 год издания) Александра Андреевича Брандта, известного петербургского профессора нескольких высших технических школ, выдающегося ученого в области прикладной механики и термодинамики. Еще один классический учебник по термодинамике, которым пользовались наши студенты — «Термодинамика с приложениями к совершенным газам, насыщенным парам и тепловым машинам» (1894 г.) преподавателя московского Технического училища Погодина Алексея Ивановича. Есть и один из первых в мировой литературе учебников по термодинамике «Термостатика: Первая часть механической теории теплоты» (1871г.) Михаила Федоровича Окатова, профессора Санкт-Петербургского университета.
Иностранные авторы в переводе на русский представлены работами Ж.Мутье «Основания термодинамики» (1875 г.) и «Теория теплоты из физики Дагена (Daguin)» (1861г.) Пьера Адольфа Дагена (1814-1884) — профессора физики университета в Тулузе и директора местной обсерватории.
Среди старинных изданий, посвященных паровым двигателям, у нас сохраняется «Фультонова система внутренних коммуникаций, переведенная Экспедитором Департамента водяных коммуникаций Титулярным Советником Петряевым», 1805 г. Роберт Фултон (1765-1815) — американский инженер и изобретатель, создатель одного из первых пароходов и проекта первой подводной лодки..
Следует упомянуть и уникальное издание «Теория паровых машин, с приложением подробного описания машины двойного действия по системе Ватта и Больтона — сочинение Николая Божерянова», 1849 г. Николай Николаевич Божерянов (1811-1876) — русский ученый XIX в. в области корабельных паровых машин, корабельный инженер-механик, член Морского ученого комитета, классный инспектор и первый преподаватель новой для России дисциплины — паровой механики в Инженерном морском училище и в классах Морского корпуса. 1842 года он написал книгу «Описание изобретения и постепенного усовершенствования паровых машин», а в 1849 г. — упомянутую выше вторую часть этой книги «Теория паровых машин . «, изданную отдельно. Книга была высоко оценена учеными Е.X.Ленцем и Б.С.Якоби и удостоена половинной Демидовской премии. Это издание входит в частную коллекцию, подаренную нашей библиотеке преподавателем начертательной геометрии Исидором Григорьевичем Рекашевым.
Значительную часть литературы по паровым машинам составляют практические пособия и справочники: «Практическое наставление для обращения с паровымы машинами: ручная книга для смотрителей машин, фабрикантов, заводчиков и винокуров» (1852г.) «Уход за паровымы машинами» А.Ганса (1870 г.); «Спутник машиниста: руководство к познанию, выбору и установке паровых машин, котлов, приводов и к уходу за ними: для кочегаров, машинистов, механиков, инженеров, технологов, заводчиков, фабрикантов, технических учреждений и школ» (1875 г.) немецких авторов А. Вильгельмсона и Е. Шоля. Особенно лирически звучит название книги «Больная паровая машина и первая помощь в несчастных случаях с ней: практическое руководство к уходу и надзору за паровой машиной» Германа Хедера (1902 г.). Существует много переизданий этого практического руководства. Все упомянутые издания — переводы с немецкого языка.
Также на выставке представлены многочисленные работы преподавателей Киевского политехнического первой половины ХХ в. В частности, «Термодинамика курс лекций» Александра Александровича Радцига, изданная 1900 года в Киеве. А.А. Радциг (1869-1941) — отечественный физик, инженер, специалист в области теплоэнергетики и прикладной механики, талантливый педагог, профессор Киевского политехнического и Петербургского технологического институтов, автор многочисленных трудов по термодинамике, теплотехнике и нескольких работ по истории науки и техники. Также Александр Радциг был среди основателей кафедры прикладной механики на механическом отделении КПИ. Вклад ученого в подготовку квалифицированных инженерных кадров был огромным: по его инициативе в 1902 году на базе тепловой электростанции КПИ была создано учебно-научную лабораторию паровых машин; под его руководством для студентов составлено циклы лекций по термодинамике, прикладной механике, паровым машинам, гидравлике и гидравлическим техническим устройствам. В Отчете о деятельности Института за 1901г. есть запись: «Исп. Об. Экстраординарного профессора А.А. Радциг читал термодинамику и паровые машины для студентов ІІІ курса механического отделения и руководил упражнениями по этому предмету. Кроме того читал особый сокращенный курс по тем же предметам для студентов ІІІ курса химического и инженерного отделений. Руководил составлением проектов паровых машин на IV курсе механического отделения» [Отчет о состоянии Киевского политехнического института императора Александра ІІ за 1901 год. – Киев: Типография С.В. Кульженко, 1903].
Кроме «Термодинамики», на выставке представлены другие работы А.А. Радцига: «Джеймс Уатт и изобретение паровой машины» (1924 г.), «Курс паровых турбин» (1926г.), «Таблицы и диаграммы для водяного пара» (1923 г.).
Особым является издание «Математическая теория обмена тепла в цилиндрах паровых машин» (1904 г.). Во-первых, это диссертационная работа А. Радцига, которую он защитил в Киевском политехническом в 1905 г.. Во-вторых, оно было подарено И.Д.Жукову (директору КПИ 1911-1917 гг., выдающемуся химику, профессору кафедры химической технологии) , о чем свидетельствует дарственная надпись: «Глубокоуважаемому Ивану Диомидовичу Жукову от автора».
Еще один преподаватель, работу которого представлено на выставке, — Петр Феофанович Ерченко (1868-1927) — профессор, заведующий кафедрой волокнистых веществ, декан механического и инженерного отделений, ректор КПИ 1917-1919 гг. Начиная с 1901 г. ученый читал лекции по отоплению и вентиляции промышленных и гражданских сооружений. В 1909-1910 гг. эти лекции были изданы в виде двухтомника «Отопление и вентиляция» — ч. 1 «Термокинетика и Печи», ч. 2 «Центральные системы отопления».
С 1899 г. в Киевском политехническом начал преподавательскую деятельность Алексей Яковлевич Ступин (1869-1928) — инженер-механик, специалист по паровым котлам, основатель и многолетний руководитель кафедры паровых котлов, профессор КПИ, декан механического отделения, ректор института в 1919-1920 гг . Почти 30 лет жизни отдал Алексей Яковлевич научной и учебной деятельности в Киевской политехнике, но в библиотеке сохранились лишь несколько его работ. На выставке представлены два издания: «Приборы для искусственной циркуляции воды в паровых котлах» (1905, диссертационная работа, за которую автор получил степень доктора наук) и «Курс лекций по уходу за котлами. Арматура и гарнитура, читанных А. Я. Ступиным на киевских инструкторских курсах кочегарного дела в 1924 г .; сост. Шпаковский». Последняя работа представляет собой машинописный текст и является уникальным образцом учебных пособий, составленных на основе прослушанной и записанной за преподавателем лекции.
В нашем фонде хранится достаточно много научных работ и учебников преподавателей кафедры теплотехники, созданной в 1922 году. Первым заведующим кафедрой был профессор Трофим Трофимович Усенко (1881г.р.), судьба которого сложилась трагически: его репрессировали в начале 30-х гг. прошлого века . На выставке представлена одна из работ ученого — «Проба парових котлів / написав інж. Трофим Усенко» с дарственной надписью на титульном листе, по которому можно идентифицировать дату написания произведения: «В кабінет теплосилових установок від автора 1/24 р.».
В составе кафедры теплотехники работал инженером-исследователем Эммануил Ильич Ромм (1900-1951) — выпускник КПИ, будущий выдающийся ученый, дважды лауреат Государственной премии СССР, профессор Московского энергетического института. Среди его работ — «Расчеты паровых котлов» (1927 г.), под редакцией Т.Т. Усенко.
Еще одна фамилия хорошо известна в нашем институте Георгий Сергеевич Жирицкий (1893-1966) — профессор, заведующий кафедрой паровых двигателей и декан механического факультета, автор многочисленных учебных и практических пособий, что неоднократно переиздавались в течение 20-30-х годов прошлого века. Мы представляем два из них: «Паровые машины» (1928 г..) и «Паровые турбины» (1934 г.), где ученый выступал ответственным редактором.
Большинство представленных на выставке изданий — учебные и практические пособия, справочники, профессиональные технические журналы конца XIX — первой половины ХХ в. Все они сохранились в библиотечном фонде и отражают важный период развития отечественной теплотехники и могут ярко проиллюстрировать интересные страницы истории Киевского политехнического института.
Приглашаем преподавателей и студентов-теплоэнергетиков ознакомиться с нашей нынешней специально подготовленной выставкой, а по желанию — прослушать экскурсию.
Марина Мирошниченко, зав. отдела редких и ценных документов НТБ им. Г.И.Денисенка
История паровой машины
1. Создание двигателя
2. Газовые тепловые двигатели
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.
Над использованием пара в качестве рабочего тела люди задумывались еще в глубокой древности, однако 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. Прошло более чем два столетия, прежде чем появился двигатель, ставший одной из предпосылок появления нового вида боевых машин — танков.
1. Создание двигателя
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.
Первая удачная паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном, чье 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.
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. В 1775 году еще большая машина, построенная Джоном Смитоном (создателем Эддистоунского маяка), за две недели осушила сухой док в Кронштадте (Россия). Ранее с использованием высоких ветряков на это уходил целый год.
И тем не менее, машина Ньюкомена была далека до совершенства. Она преобразовывала в механическую энергию всего лишь около 1 % тепловой энергии и, как следствие, пожирала огромное количество топлива, что, впрочем, не имело особого значения, когда машина работала на угольных шахтах.
В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности: с их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах.
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.(рис см в Приложении). 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.
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».
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.(рис см. в Приложении).
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.
Блог Кречетникова. Паровая машина и КПД общества
Автор фото, RIA Novosti
Макет машины Ползунова в музее в Барнауле
250 лет назад механик Барнаульского медеплавильного завода Иван Ползунов после пяти лет работы закончил сборку первой в мире паровой машины современного типа мощностью 32 лошадиные силы.
Идею использования энергии пара выдвинул еще в I веке Гиерон Александрийский. Первую действующую модель построил профессор математики Марбургского университета француз Дени Папен в 1690 году. В 1705-м он установил ее на баркас, став таким образом и создателем первого парохода,
В начале XVIII века паровые машины для откачки воды из шахт конструировали британцы Ньюкомен, Коули и Севери. Не вдаваясь в технические детали, их агрегаты были несовершенны, имели низкий кпд и ограниченную сферу применения.
Ползунов, человек образованный и общавшийся с петербургскими академиками, знал о наработках предшественников и паровую машину не придумал, а усовершенствовал.
Макет и чертежи были отправлены Екатерине II, которая наградила изобретателя 400 рублями и произвела в инженерные капитан-поручики.
Эй, дубинушка, ухнем!
Через два месяца Ползунов скончался от туберкулеза. Машина проработала еще три месяца, нагнетая воздух в плавильные печи, а затем сломалась.
Как установили впоследствии, причина была самой тривиальной: воду для котла брали без очистки из заводского пруда, и трубки забились илом. Разбираться в отсутствие энтузиаста никто не захотел.
Новая техника пришла в Россию спустя несколько десятилетий, и, «как положено», из Европы.
О Ползунове вспомнили только во второй половине 1940-х годов, когда Сталин велел доказать, что Россия — родина всего на свете.
В 1781 году патент на универсальную паровую машину непрерывного действия получил шотландец Джеймс Уатт. К 1800 году в Англии работала 321 паровая машина. Изобретение Уатта изменило мир, произведя Промышленную революцию, а имя ее создателя сразу же сделалось известно всем.
Подобное повторялось систематически. Многие россияне испытывали своеобразную гордость: да уж, мы такие, блоху подкуем, а печься о презренной пользе — не по-нашему. «Англичанин-мудрец, чтоб работе помочь, изобрел за машиной машину, а наш русский мужик, коль работа невмочь, он затянет родную «Дубину»!
«Умы такие ж»
Когда в апреле 1755 года при Московском университете открывали гимназию, ее первый директор, ученик Ломоносова Николай Поповский, держал перед учениками такую речь: «Если будет ваша охота и прилежание, то скоро вы сможете показать, что и вам от природы даны умы такие ж, какие и тем, которыми целые народы хвалятся; уверьте свет, что Россия больше за поздним начатием учения, нежели за бессилием, в число просвещенных народов войти не успела».
Природные умы у россиян действительно «такие ж», как у самых успешных наций, что доказал, в частности, Иван Ползунов. И сегодня десятки тысяч соотечественников по всему миру занимаются наукой и высокими технологиями и даже получают Нобелевские премии.
А вот вторая фраза Поповского вызывает сомнения. Если все дело в опоздании, давно должны были бы наверстать.
Пушкин в 1823 году свидетельствовал, что Россия экспортирует «по балтическим волнам» только лес и сало, а все сколько-нибудь сложное ввозит из «Лондона щепетильного». Прошло почти 200 лет, и мы снова слышим бессильные призывы «слезть с сырьевой иглы» и начать, наконец, делать что-то путное головой и руками.
Люди и институты
Егор Гайдар в книге «Долгое время» сформулировал понятие институциональной ловушки.
Великая неолитическая революция, начавшаяся после таяния ледника примерно 10 тысяч лет назад, создала практически все, что мы называем цивилизацией: сельское хозяйство, оседлый образ жизни, деньги, города, государство, письменность, выплавку металлов, колесо и парус.
Автор фото, Bank of England
В Британии изобретателей и промышленников изображают на денежных купюрах. Джеймс Уатт (справа) и его многолетний партнер, первый производитель паровых машин бирмингемский фабрикант Мэтью Болтон
А примерно в эпоху строительства египетских пирамид технологический прогресс вдруг замер на четыре тысячи лет. Шумели на исторической авансцене сильные личности, возникали и рушились империи, создавались религии и философии, но производились те же продукты, примерно теми же способами и в тех же количествах. Среднедушевой ВВП в Древнем Риме, Китае династии Тан и Европе эпохи крестовых походов был примерно одинаков.
Не зря такую популярность завоевало мнение, что история — хождение по замкнутому кругу, все уже было, и все повторится.
Гайдар предложил объяснение: переход к земледелию многократно увеличил богатство, зато на смену обществу охотников, где каждый мужчина был воином, пришло разделение на бесправное крестьянство и вооруженную элиту, глядевшую на народ как на скот, который и существовать-то должен лишь затем, чтобы приносить доход хозяевам.
Низшие классы не были заинтересованы в инновациях и повышении производительности труда, потому что все отберут. Высшие — потому что и в отсталом обществе свое возьмут, а любые перемены чреваты дестабилизацией и потерей власти.
Созидательное разрушение
Другой знаменитый экономист, австриец Йозеф Шумпетер, ввел термин «созидательное разрушение».
Новое всегда вытесняет и уничтожает старое, в результате кто-то приобретает, а кто-то и наоборот.
С одной стороны, консервативная масса, уверенная, что если кто и выиграет от любых нововведений, то уж точно не они. С другой самовластные правители, больше всего заинтересованные в стабильности и неизменности существующего порядка.
А противостояла им во все времена горстка людей то ли с искрой Божьей, то ли с шилом в заднице, не скрывающая желания нажиться на своих инновациях.
Английские луддиты ломали машины. Жители средневекового королевства Такали на территории современного Южного Судана отказывались от письменности, чтобы труднее было собирать с них налоги.
Китайские богдыханы династии Мин запрещали мореплавание, чтобы купцы не богатели и не начинали слишком много о себе понимать. Австрийский император Франц I запрещал строить фабрики, чтобы не рос пролетариат.
Николай I открыл единственную железную дорогу Москва-Петербург, а дальнейшего строительства не приветствовал, дабы, по словам его министра финансов Егора Канкрина, не побуждать народ к ненужным перемещениям с места на место.
Александр II пересмотрел эту политику, поскольку после Крымской войны сделалось ясно, что слабость транспортной инфраструктуры ослабляет военную мощь. Вот такой аргумент самодержавной власти всегда понятен и близок!
Инклюзив и экстракция
Профессор Чикагского университета Джеймс Робинсон видит главную причину богатства и бедности народов в «инклюзивных» и «экстрактивных» социальных и политических институтах. Первые вовлекают максимально широкий круг людей в инновации и предпринимательство, создавая возможности и стимулы, вторые демотивируют и связывают руки.
Запад не родился свободным и прогрессивным.
Упомянутый Дени Папен захотел проплыть на своем пароходике по реке Фульда. Курфюрст Кассельский не одобрил, несмотря на ходатайство великого Лейбница. А когда изобретатель все-таки предпринял попытку, члены гильдии лодочников города Менден при попустительстве властей разломали судно вместе с паровым двигателем.
В 1589 году англичанин Уильям Ли изобрел станок для вязания шерстяных чулок и шапок. Королева Елизавета I отказала ему в патенте, заявив: «Вы замахиваетесь слишком высоко. Подумайте, что это может означать для моих бедных подданных. Это наверняка лишит их работы и сделает нищими».
Зато Елизавета и ее преемник Яков I без счета раздавали торговые монополии лордам, опоре и слугам престола, так что один член палаты общин в 1601 году саркастически спросил: «На хлеб монополии еще нет?».
А потом Британия и Россия, словно специально для сравнения, практически одновременно занялись модернизацией. Только подошли к ней по-разному.
Французская штучка с русской историей
Русский язык пока еще не разродился словом для такого явления как «барнфайнд», что в переводе означает «гаражная находка». Так называют старинный автомобиль, найденный в заброшенном сарае или гараже. Ближайшее по смыслу слово «ржавомобиль» почему-то не приживается.
Оно и понятно, ведь в основном, «барнфайнды» распространены в Европе, что напрямую связано с трепетным отношением к чужой частной собственности и наследственным правом: осиротевший гараж может стоять нетронутыми десятилетиями, пока не объявится законный владелец. Типичный пример — квартира в Париже, в которую никто не заходил на протяжении семидесяти лет.
С автомобилями такая же история: вряд ли кто-то даст простаивать в гараже оставшимся от дедушки «Жигулям» или «Волге». Тут же оприходуют. Поэтому нахождение в гараже советского авто в родной краске и с небольшим пробегом сразу же становится сенсацией, а за такой раритет просят миллионы. Иногда находятся и трофейные «барнфайнды» немецкого производства, но это присходит примерно раз в десять лет
Продавец этого Gardner-Serpollet рассказывал разные легенды о прежнем владельце, работавшем то ли в Смольном, то ли в НКВД, но ни один такой рассказ нельзя принимать на веру без документальных подтверждений, а они рано или поздно обнаружатся. Кстати, предыдущему хозяину «Гарднер-Серполле» достался в качестве запчастей для трактора.
Фото: Андрей Саакян
Громадных размеров котел
Найти автомобиль, попавший в Россию еще до революции, и вовсе кажется чем-то немыслимым, однако и такой случай недавно произошел: в одном из сараев Всеволожского района Ленинградской области обнаружился паровой автомобиль французской марки Gardner-Serpollet, изготовленный в самом начале ХХ века. Удивителен и сам факт находки, и то, что паровик сохранился в первозданном виде. Возможно, он сохранился потому, что его двигатель был слишком экзотичным для советской действительности: неисправную паровую машину не смогли привести в рабочий вид, и «Гарднер-Серполле» задвинули в сарай, где он простоял многие десятилетия.
Единственный контрольный прибор на Gardner-Serpollet Type D — указатель давления пара. Водитель видел его в просвете между спицами рулевого колеса.
Фото: Андрей Саакян
Паровые автомобили вообще как-то остались в тени транспорта с двигателем внутреннего сгорания. Историю автомобиля принято отсчитывать с 1886 года, когда Даймлер и Бенц представили миру свои «моторные экипажи». Но если быть честным, то задолго до них появились электромобили, а самая первая в мире «самодвижущаяся повозка» и вовсе была создана в 1769 году французом Николя Кюньо и приводилась в движение паровой машиной. Пар для не вырабатывал паровой котел — устройство громоздкое и взрывоопасное, если не следить за давлением пара. «Когда говорят о паровой машине невольно представляется на первом плане громадных размеров котел. В сравнении с котлом сама машина весьма мала и приспособить ее к самодвижущейся коляске не представлялось бы трудным, но котел своим весом и размером надолго остановил применение паровых машин к самодвигателям». Это из статьи в журнале «Самокат» за 1901 год, где как раз описывались автомобили конструкции Серполле, перевернувшие представление современников о паровиках.
Леон Серполле всю жизнь занимался паровыми автомобилями, а его первая конструкция, созданная в 1887 году, была трехколесной. На первых порах ее даже выпускала фирма Peugeot, но потом отказалась в пользу автомобилей с бензиновыми двигателями, а Леон Серполле продолжил делать паровики совместно с американцем Фрэнком Гарднером.
Фото: Андрей Саакян
Для езды по городу
Вместо громоздкого и взрывоопасного котла Леон Серполле применил парогенератор в форме змеевика, воду в котором подогревала керосиновая горелка. Вырабатываемый пар поступал в цилиндры паровой машины, связанной через понижающий редуктор с задним мостом — никакого сцепления и коробки передач. Скорость движения регулировалась количеством подаваемой воды. Обслуживание парогенератора Серполле сделал автоматическим: вода в парогенератор и керосин в горелку закачивались насосами, работавшими от самой паровой машины. Только при подъеме на горку водитель при необходимости мог добавить воды ручным насосом, рычаг которого находился с правой стороны.
Фото: из архива автора
Автоматизм в конструкции Серполле был доведен до такого совершенства, что даже при остановках керосиновая горелка сама переходила в «режим ожидания», оставляя лишь небольшой огонек для поддержания змеевика в нагретом состоянии. Отработанный пар поступал в «холодильник» в виде трубок, где превращался обратно в воду, которая снова шла в дело — этим Серполле избавил водителя от необходимости доливать воду во время поездок и еще от шлейфа пара позади автомобиля. Для того, чтобы начать движение, водитель несколькими движениями рычага накачивал воду в парогенератор и зажигал керосиновую горелку. На разогрев воды уходило не больше пяти минут, и, когда манометр показывал достаточное давление пара, можно было трогаться.
Фото: из архива автора
Внешне «Гарднер-Серполле» ничем не отличался от бензинового или электрического экипажа тех времен. Парогенератор находился под задним сиденьем, а бак с водой — под передним, которые могло сниматься, превращая автомобиль в двухместный. Паровая машина размещалась под полом внутри колесной базы. Gardner-Serpollet Type D относился к типу легких колясок, мощность его паровой машины определялась в 5-6 л.с., а запаса керосина и воды хватало на четыре часа езды. Максимальная скорость составляла около 40 км/ч. «Такая коляска вполне достаточна для езды по городу и для не очень гористой местности», писал журнал «Самокат». Выпускалась и более мощная четырехместная модель, обладавшая запасом хода до шести часов, а также грузовики и омнибусы.
Под градом насмешек
«Паровые коляски в том виде, как они построены Serpollet, имеют большую будущность в России». Это снова цитата из «Самоката», впрочем, для 1901 года это был уже не прогноз, а констатация факта. Особенно они оказались популярны среди представителей дома Романовых: французские паровики приобрели великие князья Сергей Михайлович и Андрей Владимирович. Оба одновременно были любовниками Матильды Кшесинской и не исключено, что и балерина тоже оценила продукцию Серполле в действии. Кстати, у более молодого Андрея Владимировича паровой автомобиль был мощнее и быстрее. Такой же купил себе и его брат Борис Владимирович, а еще великий князь Дмитрий Константинович и принц Александр Петрович Ольденбургский. Среди владельцев Gardner-Serpollet числились граф Орлов-Давыдов, гонщик Василий Солдатенков, сахарозаводчик Терещенко.
Барон Фредерикс показывает Николаю II свой Gardner-Serpollet Type D. Император стоит справа в черкеске и папахе.
Министр императорского двора барон, а впоследствии граф Фредерикс заказал как минимум три Gardner-Serpollet. На одном из них Фредерикс пытался как-то покатать императора Николая II, но из этой затеи ничего не вышло: «Однажды граф спросил у царя разрешения взять свой автомобиль в Спалу, на охоту. Не успели мы выехать, как пришлось выходить и толкать машину на обочину, поскольку мотор ее заглох прямо посередине дороги, перегородив путь царю. Весь двор проехал мимо нас, и насмешки сыпались со всех сторон. В конце концов граф послал за другим механиком, и мы смогли совершить еще две поездки без особых приключений. Тогда граф предложил царю – дело было в воскресенье после завтрака – прокатить его на машине. Его величество согласился, правда, без особого энтузиазма. Не успели мы отъехать, как наш автомобиль сломался. Пришлось послать за лошадьми, чтобы оттащить машину в гараж. Очутившись под градом насмешек, граф отказался от своего намерения катать царя».
Паровая машина сохранилась в первозданном виде.
Фото: Андрей Саакян
К слову, Фредерикс катал царя на Gardner-Serpollet Type D, и не исключено, что найденный в прошлом году паровик мог принадлежать и министру императорского двора. Пока что история экземпляра номер 140 окружена тайной и раскрыть ее помогут архивы предприятия Серполле, которые сохранились во Франции. Сама фирма Gardner-Serpollet прекратила существование в 1907 году со смертью Леона Серполле. Можно сказать, что с его смертью остановилось и развитие паровых автомобилей.
Чудом сохранившийся в нашей стране Gardner-Serpollet Type D демонстрируется в галерее ресторана La Colline на Рублевке.
Фото: Андрей Саакян
Обнаружение очередного Gardner-Serpollet — целое событие, и найденный в Ленинградской области экземпляр Type D не стал исключением. Паровик выкупили у прежних владельцев, привезли в Москву, отмыли и отчистили. Вряд ли «Гарднер-Серполле» ожидает реставрация: найденные в таком состоянии олдтаймеры-барнфайнды стараются сохранить том виде, в котором нашли. Сейчас паровой автомобиль экспонируется в галерее ресторана La Colline на Рублевке — кроме блюд французской кухни посетителям предлагают познакомиться и с техническими артефактами прошлого. Такие вот изыски.
