Invenția motoarelor cu abur a reprezentat un punct de cotitură în istoria omenirii. Undeva, la începutul secolelor XVII-XVIII, munca manuală ineficientă, roțile de apă și morile de vânt au început să fie înlocuite cu mecanisme complet noi și unice - mașini cu abur. Datorită lor, revoluțiile tehnice și industriale și întregul progres al omenirii au devenit posibile.
Dar cine a inventat motorul cu abur? Cui îi datorează omenirea asta? Și când a fost? Vom încerca să găsim răspunsuri la toate aceste întrebări.
Chiar înainte de epoca noastră
Istoria creării unui motor cu abur începe în primele secole î. Hr. Hero of Alexandria a descris un mecanism care a început să funcționeze abia când a fost expus la abur. Dispozitivul era o minge pe care erau fixate duze. Aburul a ieșit tangențial din duze, făcând astfel motorul să se rotească. A fost primul dispozitiv alimentat de un cuplu.
Creatorul motorului cu abur (mai precis, turbina) este Tagi-al-Dinome (filozof, inginer și astronom arab). Invenția sa a devenit cunoscută pe scară largă înEgiptul în secolul al XVI-lea. Mecanismul era aranjat astfel: fluxurile de abur erau direcționate direct către mecanismul cu lame, iar când fumul cădea, paletele se roteau. Ceva similar a fost propus în 1629 de către inginerul italian Giovanni Branca. Principalul dezavantaj al tuturor acestor invenții a fost consumul prea mare de abur, care, la rândul său, necesita o cantitate uriașă de energie și nu era recomandabil. Dezvoltarea a fost suspendată, deoarece cunoștințele științifice și tehnice ale omenirii de atunci nu erau suficiente. În plus, nu era deloc nevoie de astfel de invenții.
Dezvoltări
Până în secolul al XVII-lea, crearea unei mașini cu abur a fost imposibilă. Dar, de îndată ce ștacheta pentru nivelul de dezvoltare umană a crescut, primele copii și invenții au apărut imediat. Deși nimeni nu i-a luat în serios în acel moment. Așa, de exemplu, în 1663, un om de știință englez a publicat în presă un proiect al invenției sale, pe care l-a instalat în Castelul Raglan. Dispozitivul lui servea la ridicarea apei pe zidurile turnurilor. Cu toate acestea, ca tot ce este nou și necunoscut, acest proiect a fost acceptat cu îndoială și nu au existat sponsori pentru dezvoltarea lui ulterioară.
Istoria creării unui motor cu abur începe cu inventarea unui motor cu vapori atmosferici. În 1681, omul de știință francez Denis Papin a inventat un dispozitiv care pompa apa din mine. La început, praful de pușcă a fost folosit ca forță motrice, iar apoi a fost înlocuit cu vapori de apă. Așa s-a născut motorul cu abur. O contribuție uriașă la îmbunătățirea sa a fost adusă de oamenii de știință din Anglia, Thomas Newcomen și Thomas Severen. Inventatorul rus autodidact Ivan Polzunov a oferit și el o asistență neprețuită.
Încercarea eșuată a lui Papin
Mașina cu abur-atmosferă, departe de a fi perfectă la acea vreme, a atras o atenție deosebită în industria construcțiilor navale. D. Papin și-a cheltuit ultimele economii pentru achiziționarea unui vas mic, pe care a început să instaleze o mașină de ridicare a apei cu abur și atmosferă de producție proprie. Mecanismul de acțiune a fost că, căzând de la înălțime, apa a început să rotească roțile.
Inventatorul și-a efectuat testele în 1707 pe râul Fulda. Mulți oameni s-au adunat să privească un miracol: o corabie care se deplasează de-a lungul râului fără pânze și vâsle. Cu toate acestea, în timpul testelor, s-a produs un dezastru: motorul a explodat și mai multe persoane au murit. Autoritățile s-au supărat pe nefericitul inventator și i-au interzis orice lucrare și proiecte. Nava a fost confiscată și distrusă, iar câțiva ani mai târziu Papin însuși a murit.
Eroare
Aparatul cu aburi al lui Papen avea următorul principiu de funcționare. În partea de jos a cilindrului a fost necesar să turnați o cantitate mică de apă. Sub cilindrul însuși era amplasat un brazier, care servea la încălzirea lichidului. Când apa a început să fiarbă, aburul rezultat, extinzându-se, a ridicat pistonul. Aerul era expulzat din spațiul de deasupra pistonului printr-o supapă special echipată. După ce apa a fiert și aburul a început să cadă, a fost necesar să scoateți brazierul, să închideți robinetul pentru a elimina aerul și să răciți pereții cilindrului cu apă rece. Datorită unor astfel de acțiuni, aburul care se afla în cilindru s-a condensat, s-a format sub piston.rarefacție și, datorită forței presiunii atmosferice, pistonul a revenit din nou la locul inițial. În timpul mișcării sale în jos, s-a făcut o muncă utilă. Cu toate acestea, eficiența motorului cu abur al lui Papen a fost negativă. Motorul vaporului era extrem de neeconomic. Și cel mai important, a fost prea complicat și incomod de utilizat. Prin urmare, invenția lui Papen nu a avut viitor încă de la început.
de urmăritori
Cu toate acestea, istoria creării motorului cu abur nu s-a încheiat aici. Următorul, deja mult mai de succes decât Papen, a fost savantul englez Thomas Newcomen. A studiat mult timp munca predecesorilor săi, concentrându-se pe punctele slabe. Și luând tot ce este mai bun din munca lor, și-a creat propriul aparat în 1712. Noul motor cu abur (foto prezentată) a fost proiectat astfel: a fost folosit un cilindru, care se afla în poziție verticală, precum și un piston. Acest Newcomen a luat din lucrările lui Papin. Cu toate acestea, aburul s-a format deja într-un alt cazan. Întreaga piele a fost fixată în jurul pistonului, ceea ce a crescut semnificativ etanșeitatea în interiorul cilindrului de abur. Această mașină era și abur-atmosferică (apa se ridica din mină folosind presiunea atmosferică). Principalele dezavantaje ale invenției au fost volumul și ineficiența acesteia: mașina „mânca” o cantitate uriașă de cărbune. Cu toate acestea, a adus mult mai multe beneficii decât invenția lui Papen. Prin urmare, a fost folosit în temnițe și mine de aproape cincizeci de ani. A fost folosit pentru pomparea apelor subterane, precum și pentru uscarea navelor. Thomas Newcomen a încercat să-și transforme mașinaastfel încât să poată fi folosit pentru trafic. Cu toate acestea, toate încercările lui au eșuat.
Următorul om de știință care s-a anunțat a fost D. Hull din Anglia. În 1736, el și-a prezentat lumii invenția: o mașină cu abur și atmosferă, care avea ca motor roți cu zbaturi. Dezvoltarea lui a fost mai reușită decât cea a lui Papin. Imediat, mai multe astfel de nave au fost eliberate. Erau folosite în principal pentru a tracta barje, nave și alte nave. Cu toate acestea, fiabilitatea mașinii cu abur și atmosferă nu a inspirat încredere, iar navele erau echipate cu pânze ca motor principal.
Și deși Hull a fost mai norocos decât Papin, invențiile sale și-au pierdut treptat relevanța și au fost abandonate. Cu toate acestea, mașinile cu abur și atmosferă din acea vreme aveau multe deficiențe specifice.
Istoria motorului cu abur din Rusia
Următoarea descoperire a avut loc în Imperiul Rus. În 1766, la o fabrică metalurgică din Barnaul a fost creată prima mașină cu abur, care a furnizat aer cuptoarelor de topire folosind burdufuri speciale de suflare. Creatorul său a fost Ivan Ivanovici Polzunov, căruia i s-a acordat chiar un grad de ofițer pentru serviciile aduse patriei sale. Inventatorul le-a prezentat superiorilor săi planuri și planuri pentru o „mașină de foc” capabilă să alimenteze burduf.
Totuși, soarta i-a jucat o glumă crudă cu Polzunov: la șapte ani după ce proiectul său a fost acceptat și mașina a fost asamblată, s-a îmbolnăvit și a murit de consum - cu doar o săptămână înainte de începerea testelor.motor. Cu toate acestea, instrucțiunile lui au fost suficiente pentru a porni motorul.
Așadar, la 7 august 1766, motorul cu abur al lui Polzunov a fost lansat și pus sub sarcină. Cu toate acestea, în noiembrie același an, s-a stricat. Motivul s-a dovedit a fi pereții prea subțiri ai cazanului, nedestinați încărcării. Mai mult, inventatorul a scris în instrucțiunile sale că acest cazan poate fi folosit doar în timpul testării. Fabricarea unui nou cazan ar fi plătit cu ușurință, deoarece eficiența motorului cu abur al lui Polzunov a fost pozitivă. Pentru 1023 de ore de muncă, cu ajutorul acestuia au fost topite peste 14 kilograme de argint!
Dar, în ciuda acestui fapt, nimeni nu a început să repare mecanismul. Motorul cu abur al lui Polzunov aduna praf de mai bine de 15 ani într-un depozit, în timp ce lumea industriei nu a stat pe loc și s-a dezvoltat. Și apoi a fost complet demontat pentru piese. Se pare că, în acel moment, Rusia nu ajunsese încă la motoare cu abur.
Cerințele vremurilor
Între timp, viața nu a stat pe loc. Și omenirea s-a gândit constant să creeze un mecanism care să permită să nu depind de natura capricioasă, ci să controleze soarta însăși. Toată lumea dorea să abandoneze vela cât mai curând posibil. Prin urmare, problema creării unui mecanism cu abur era în mod constant în aer. În 1753, la Paris a fost lansată o competiție între meșteșugari, oameni de știință și inventatori. Academia de Științe a anunțat un premiu pentru cei care pot crea un mecanism care poate înlocui puterea vântului. Dar, în ciuda faptului că astfel de minți precum L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix și alții au participat la competiție, nimeni nu a făcut o propunere sensibilă.
Au trecut anii. Și revoluția industrialăa acoperit din ce în ce mai multe țări. Superioritatea și conducerea printre alte puteri au mers invariabil în Anglia. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, Marea Britanie a devenit creatorul unei industrie la scară largă, datorită căreia a câștigat titlul de monopol mondial în această industrie. Întrebarea unui motor mecanic în fiecare zi a devenit din ce în ce mai relevantă. Și un astfel de motor a fost creat.
Primul motor cu abur din lume
1784 a marcat un punct de cotitură în Revoluția Industrială pentru Anglia și lume. Iar persoana responsabilă pentru asta a fost mecanicul englez James Watt. Motorul cu abur creat de el a fost cea mai mare descoperire a secolului.
James Watt studiază de câțiva ani desenele, structura și principiile de funcționare ale mașinilor cu abur atmosferic. Și pe baza tuturor acestor lucruri, a concluzionat că, pentru eficiența motorului, este necesară egalizarea temperaturilor apei din cilindru și a aburului care intră în mecanism. Principalul dezavantaj al mașinilor cu abur-atmosferă a fost nevoia constantă de a răci cilindrul cu apă. A fost costisitor și incomod.
Noul motor cu abur a fost proiectat diferit. Deci, cilindrul a fost închis într-o manta specială de abur. Astfel, Watt și-a atins starea de încălzire constantă. Inventatorul a creat un vas special scufundat în apă rece (condensator). Un cilindru a fost atașat de el cu o țeavă. Când aburul s-a epuizat în cilindru, a intrat în condensator printr-o țeavă și s-a transformat din nou în apă acolo. În timp ce lucra la îmbunătățirea mașinii sale, Watta creat un vid în condensator. Astfel, tot aburul care venea din cilindru s-a condensat în acesta. Datorită acestei inovații, procesul de expansiune a aburului a fost mult crescut, ceea ce a făcut posibilă extragerea mult mai multă energie din aceeași cantitate de abur. A fost realizările supreme.
Creatorul motorului cu abur a schimbat și principiul alimentării cu aer. Acum aburul a căzut mai întâi sub piston, ridicându-l astfel, apoi s-a colectat deasupra pistonului, coborându-l. Astfel, ambele curse ale pistonului din mecanism au devenit funcționale, ceea ce nici înainte nu era posibil. Iar consumul de cărbune pe cal putere a fost de patru ori mai mic decât, respectiv, pentru mașinile cu abur și atmosferă, ceea ce încerca James Watt să obțină. Motorul cu abur a cucerit foarte repede mai întâi Marea Britanie, apoi întreaga lume.
Charlotte Dundas
După ce întreaga lume a fost uimită de invenția lui James Watt, a început utilizarea pe scară largă a motoarelor cu abur. Așadar, în 1802, în Anglia a apărut prima navă pentru un cuplu - barca Charlotte Dundas. Creatorul său este William Symington. Barca a fost folosită ca șlepuri de remorcare de-a lungul canalului. Rolul motorului de pe navă era jucat de o roată cu zbaturi montată pe pupa. Barca a trecut cu succes testele prima dată: a remorcat două barje uriașe de 18 mile în șase ore. În același timp, vântul în contra l-a interferat foarte mult. Dar a făcut-o.
Și totuși a fost pus în așteptare, pentru că se temeau că din cauza valurilor puternice care s-au creat sub roata cu zbaturi, malurile canalului vor fi spălate. Apropo, peCharlotte a fost testată de un bărbat pe care întreaga lume îl consideră astăzi creatorul primei nave cu aburi.
Prima navă cu aburi din lume
Constructorul de corabie englez Robert Fulton a visat încă din tinerețe la o navă alimentată cu abur. Și acum visul lui s-a împlinit. La urma urmei, inventarea motoarelor cu abur a fost un nou impuls în construcțiile navale. Împreună cu trimisul din America, R. Livingston, care a preluat partea materială a problemei, Fulton a preluat proiectul unei nave cu motor cu abur. A fost o invenție complexă bazată pe ideea unui motor de vâsle. De-a lungul lateralelor navei se întindeau în rând plăci care imiteau o mulțime de vâsle. În același timp, plăcile din când în când se interferau între ele și se rupeau. Astăzi putem spune cu ușurință că același efect ar putea fi obținut cu doar trei sau patru plăci. Dar din punctul de vedere al științei și tehnologiei de atunci, era nerealist să vedem asta. Prin urmare, constructorilor naval le-a fost mult mai greu.
În 1803, invenția lui Fulton a fost introdusă în lume. Nava cu abur s-a deplasat încet și uniform de-a lungul Senei, lovind mințile și imaginația multor oameni de știință și personalități din Paris. Cu toate acestea, guvernul napoleonian a respins proiectul, iar constructorii de nave nemulțumiți au fost nevoiți să-și caute avere în America.
Și în august 1807, primul vapor cu aburi din lume numit Claremont, în care era implicat cel mai puternic motor cu abur (este prezentată fotografia), a mers de-a lungul Golfului Hudson. Mulți pur și simplu nu credeau în succes.
Clermont-ul a pornit în călătoria sa inaugurală fără marfă și fără pasageri. Nimeni nu a vrut să meargăcălătorie la bordul unei nave care suflă foc. Dar deja pe drumul de întoarcere a apărut primul pasager - un fermier local care a plătit șase dolari pentru un bilet. A devenit primul pasager din istoria companiei de transport maritim. Fulton a fost atât de mișcat încât i-a oferit temerașului o viață gratuită cu toate invențiile sale.
