Паровая машина ньюкомена кратко
Обновлено: 04.07.2024
[2] Friedrich Klemm, A History of Western Technology (Cambridge, Mass: MIT Press, 1964), 212.
[5] W. L. Hildburgh, “Aeolipiles as Fire-blowers,” Archaeologia 94 (1951), 27-55.
[6] Samuel Morland, “The Principles of the New Force of Fire” (1683).
[7] David C. A. Agnew, Protestant Exiles from France, Chiefly in the Reign of Louis XIV, Volume 1 (1886), 151-153.
[8] [Reference to 2004 article on Papin and Hero]
[9] Alfred Auguste Ernouf, Denis Papin, Sa Vie et Son Oeuvre (1874), 76-68.
[10] Ernouf, 131-33,
[11] James Greener, “Newcomen and his Great Work,” The Journal of the Trevithick Society (2015), 67.
[13] John Dalton, “A Descriptive Poem: Addressed to Two Ladies,Aat Their Return From Viewing the Mines Near Whitehaven.”
[14] Erasmus Darwin, Economy of Vegetation, Canto I: lines 254 – 263.
[15] Работа Гринера “Newcomen and his Great Work” посвящена доказательству того, что в Корнуолле существовали предшественники машины Ньюкомена
[16] Richard L. Hills, Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine (Cambridge: Cambridge University Press, 1989), 30.
[17] Arthur Young, A Six Weeks Tour through the South Counties of England and Wales (1771), 184-185.
1705 год Великобритания,
Принцип действия пароатмосферной поршневой машины Ньюкомена заключался в следующем: внутри цилиндра двигался поршень, связанный с одним концом балансира. Другой конец балансира соединялся со штангами водоотливного насоса. Пар поступал в цилиндр из котла при открытом кране и поднимал поршень, который уравновешивался весом насосной штанги и добавочного груза. При достижении поршнем верхнего положения кран закрывался. Пар конденсировался вначале благодаря охлаждению цилиндра водой извне, а в более поздних образцах вследствие впрыскивания в цилиндр холодной воды из резервуара через кран. Движение поршня вниз обеспечивалось атмосферным давлением; при этом поднимались насосные штанги и вода откачивалась. Охлаждающая вода и сконденсировавшийся пар удалялись из цилиндра по трубе - излишний пар выпускался из котла через предохранительный клапан. Затем цилиндр с котлом снова сообщались, и пар помогал противовесу вернуть поршень в исходное положение. В этой конструкции паровой двигатель был органически соединен с насосом.
Первая машина Ньюкомена была построена и пущена в работу по откачке воды из рудника в 1712 г. Ее мощность составляла 8 л. с., она обеспечивала подъем воды с глубины 80 м. Так как рабочий цилиндр оставался одновременно и конденсатором, т. е. нагрев и охлаждение цилиндра чередовались, то для работы паросиловой установки Ньюкомена все еще требовалось чрезвычайно большое количество топлива: около 25 кг угля в час на 1 л. с. И тем не менее это был настоящий успех: новая машина позволяла разрабатывать копи на глубину вдвое большую, чем раньше.
Ньюкомен стал изготовлять машины в компании с Севери (Севери своим патентом закрепил за собой любые возможности использования водяного пара, и Ньюкомен и Коули не смогли получить патента на свое изобретение).
В дальнейшем конструкция совершенствовалась: ручное открывание и закрывание кранов было заменено автоматическим. В 1718 г. англичанин Генри Бейтон построил машину с автоматическим регулированием и предохранительным клапаном для котла.
Уже в 20-е годы XVIII в. машины Ньюкомена работали во многих странах Европы: в Англии, Австрии, Бельгии, Франции, Венгрии, Швеции; в Англии они широко использовались на корнуэлльских оловянных рудниках, в Ньюкаслском угольном бассейне и других местах. Их применяли не только на рудниках, но и в системе водоснабжения и в гидротехнических сооружениях. Лондонская машина 1720 г., предназначенная для снабжения города водой Темзы, имела объем котла около 17 куб. м, а цилиндр - диаметром более 80 см и высотой 3 м.
В 1722 г. шесть машин Ньюкомена были установлены на рудниках Банской Штявницы в Словакии.
В 1728 г. шведский ученый механик М. Тривальд построил пароат-мосферную машину, подобную ньюкоменовской, предварительно рассчитав экономичность парового привода по сравнению с конным. Попытка Тривальда теоретически обосновать экономичность паровых машин была в то время одним из немногих случаев обращения ученых к проблеме теплового двигателя. В течение всего XVIII и первых десятилетий XIX в. физики не интересовались паровой машиной.
Отсутствие необходимых знаний о физических свойствах рабочего тела приводило к неверным толкованиям и ошибочным конструктивным решениям. Так, Тривальд заблуждался относительно того, что в воде будто бы содержится неисчислимое количество воздуха, который, по его мнению, и являлся рабочим агентом машины. Это заблуждение привело к тому, что самая большая его машина, построенная для откачивания воды из Даннеморских рудников (Швеция), оказалась неработоспособной из-за заниженного объема парогенератора.
В России машины Ньюкомена появились довольно поздно. Это объясняется особенностями русской техники XVIII в.: железоделательные заводы на Урале пользовались водяными колесами, копи, на которых была бы необходима откачка воды с большой глубины, отсутствовали, текстильное производство носило ремесленный характер и не нуждалось в двигателе. Первая пароатмосферная машина Ньюкомена была установлена в 1777 г. в Кронштадте для откачки воды из дока.
Важные усовершенствования в пароатмосферную машину в начале 70-х годов XVIII в. внес инженер Джон Смитон, рассчитав правильное соотношение между размерами частей машины, а также создав более целесообразную форму ее деталей.
Многие машины Ньюкомена долгое время находились в эксплуатации даже после изобретения более совершенного двигателя Уатта, особенно там, где имелся в изобилии низкосортный уголь. Последняя машина Ньюкомена на угольных копях Англии была демонтирована лишь в 1934 г.
Но, несмотря на продолжительную службу машины Ньюкомена, ее применение никакого промышленного переворота не совершило. Ее введение не решало вопроса полностью - машина не была универсальной. Прерывистый характер работы и невозможность действия двигателя вне связи с насосом определяли ее использование только для подъема воды. Об этих машинах не без основания говорили, что для их изготовления нужен железный рудник (конструкция оставалась громоздкой), а для обслуживания - угольная копь.
Вместе с тем предшествующий опыт с пароатмосферными машинами подготовил значительный материал для последующих изобретателей. Перед ними возникло много конкретных вопросов, главным из которых было создание нового экономичного двигателя.
Недалеко от города Модбери, где проводил свои первые опыты с паровым насосом Севери, в то время жил в маленьком портовом городке Дартмуте хороший кузнец и слесарь Томас Ньюкомен. Он выполнял заказы местных жителей в маленькой кузнице, стоявшей на краю города. Ныокомен не состоял членом Лондонского Королевского общества, не издавал ученых книг. Он так мало привлекал к себе внимания, что нигде не сохранились сведения о его жизни. Когда же выяснилось, что это был замечательный мастер, сделавший крупное изобретение, не удалось не только восстановить факты его биографии, не было найдено даже место, где он захоронен.
Паровая машина Томаса Ньюкомена
Вблизи Дартмута находилось немало рудников. Почти наверняка Ньюкомену, занимавшемуся ремонтом разных устройств, приходилось иметь дело с машинами Севери, установленными в шахтах. Еще чаще он возился с рудничными насосами. В движение они приводились за счет рабочих рук. Тяжелый ручной труд не мог не производить угнетающего впечатления. Поэтому, когда Ньюкомен познакомился с паровым цилиндром Папена, производившего те же самые однообразные движения вверх-вниз, ему пришла в голову мысль заменить мускульную силу рабочего машиной Папена.
Ньюкомен взял к себе в помощники водопроводчика Коули, и вместе принялись за дело. В новой машине Ньюкомен использовал те разумные наработки и идеи, которые были сделаны до него. За основу он взял цилиндр с поршнем Папена, но пар в его машине для подъема поршня получался в отдельном котле, как у Севери.
Работала паровая машина Томаса Ньюкомена следующим образом. В паровом котле все время образовывался пар. В определенный момент открывался кран, пар под давлением впускался в цилиндры и поднимал поршень вверх. Поршень через цепь и балансир (качающийся рычаг) был связан со штангой водяного насоса, которая при ходе поршня вверх опускалась вниз. Пар заполнял всю полость цилиндра. Затем вручную открывался другой кран, через который в цилиндр впрыскивалась холодная вода. Пар конденсировался, и в цилиндре создавалось разряжение. Под действием атмосферного давления поршень опускался и тянул за собой цепь балансира. Штанга водяного насоса шла при этом вверх, и насос откачивал очередную порцию воды. Далее все повторялось сначала.
Машина Ньюкомена работала с перерывами, а потому не могла приводить в действие промышленные машины и механизмы, которые требовали для своей работы непрерывного движения. Но это и не было целью Ньюкомена Он хотел сделать насос, которым можно было откачивать воду из глубоких шахт. И это ему удалось.
Изобретателем новой паровой машины стал кузнец Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen). В 1705 г. он совместно с лудильщиком Джоном Коули (John Cowley) построил паровой насос. Совершенствование устройства продолжалась по 1712 г. Следует отметить, что очень многие механические изобретения на заре Промышленной революции были сделаны кузнецами (Ньюкомен, Модсли, Нэсмит, Брамах и др.), поскольку в то время они были единственными специалистами, способными изготовить детали необходимого качества.
Паровая машина Ньюкомена и Коули была сходной по основной идее с прибором Папена (у машины Сэйвери отсутствовал поршень и пар давил непосредственно на воду). Основной проблемой первых паровых машин было неплотное прилегание поршня к цилиндру, поскольку технологии того времени не могли обеспечить необходимую точность изготовления деталей. Для решения этой проблемы над поршнем наливался тонкий слой воды (водяной затвор).
Томас Ньюкомен и его паровой насос
Сделанное в 1712 г. случайное наблюдение позволило ускорить сгущение пара путём впрыскивания воды внутрь цилиндра. В машине Ньюкомена впервые появляется коромысло (балансир) для передачи движения от поршня к насосу. При этом сама машина не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными.
Мистер Томас Ньюкомен, эсквайр и его паровой насос (действующий), Black Country Museum
Устранением непосредственного давления пара на воду достигалось существенное преимущество над машиной Сэйвери, что позволяло поднимать воду на любую высоту. Но расход топлива оставался значительным, хотя и существенно меньшим прежнего. Двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, и именно с ним принято связывать начало промышленной революции в Великобритании. Ньюкомен не смог получить патент на своё изобретение, так как паровой водоподъёмник был ранее запатентован Сэйвери. Тем не менее, данное обстоятельство не помешало плодотворному сотрудничеству двух изобретателей.
Читайте также: