Что изобрели джеймс уатт и иван иванович ползунов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания: значение, принцип действия, изобретение и развитие. Создание двигателя; паровая машина Ползунова с возвратно-поступательным движением поршня. Универсальная паровая машина двойного действия Д. Уатта.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	21.04.2012
Размер файла	18,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МОУ Чурапчинская улусная гимназия

История изобретения паровых машин

Работа ученика 8 мат. класса

1. Создание двигателя

2. Паровая машина Ползунова

3. Джеймс Уатт. Универсальная паровая машина двойного действия

С древнейших времен люди нуждались в двигательной силе, или в двигателях, которые бы приводили в действие приспособления для подачи воды на поля, вращали жернова, моловшие зерно, и т.д. В странах Древнего Востока, в Древнем Египте, Индии для этой цели использовали животных и рабов.

На смену живым двигателям пришло водяное колесо. В средние века водяные колеса приводили в действие прядильные и ткацкие станки.

В XV11 в. персы изобрели ветряную мельницу. С появлением таких мельниц началась история ветряных двигателей, использовавшихся для того, чтобы молоть зерно, качать воду.

Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до ХV11в. оставались единственными типами двигателей. В конце ХV11-начале ХV111 в. во Франции, Англии, Швеции и других странах делались неоднократные попытки использовать энергию пара - создать паровой двигатель.

1. Создание двигателя

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.

Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина.

Идея парового двигателя была отчасти подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который был известен еще во времена античности. Принцип его работы был очень прост: при подъеме поршня вверх вода засасывалась в цилиндр через клапан в его дне. Боковой клапан, соединявший цилиндр с водоподъемной трубой, в это время был закрыт, так как вода из трубы также стремилась войти внутрь цилиндра и тем самым закрывала этот клапан. При опускании поршня он начинал давить на воду в цилиндре, благодаря чему закрывался нижний клапан и открывался боковой. В это время вода из цилиндра подавалась вверх по водоподъемной трубе. В поршневом насосе работа, получаемая извне, расходовалась на продвижение жидкости через цилиндр насоса.

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.

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.

Первая удачная паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном, в 1698 году он построил паровую машину. 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.

паровой машина ползунов уатт

2. Паровая машина Ползунова

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.

Маятник был соединен зубчатыми колесами с механизмом, управляющим кранами, которые осуществляли попеременный пуск пара и холодной воды в цилиндры. Когда, например, в цилиндр В подавался пар и поршень b поднимался, то в цилиндр A впрыскивалась холодная вода и поршень а опускался. Таким образом, машина Ползунова работала непрерывно и все действия в ней проходили автоматически.

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". Так созданный в 1763 г. русским механиком И.И. Ползуновым паровой двигатель не получил распространения.

3. Джеймс Уатт. Универсальная паровая машина двойного действия

Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт. Первую вполне работоспособную универсальную паровую машину запатентовал в 1784 г. С небольшими усовершенствованиями она более ста лет оставалась единственным промышленным двигателем: приводила в движение станки и паровозы, пароходы и даже первые автомобили. Основная часть машины - чугунный цилиндр, в котором ходит поршень. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм - золотниковая коробка, сообщающаяся с паровым котлом. Кроме котла коробка соединена еще с конденсатором и с цилиндром посредством двух окон. В коробке находится золотник - стержень с двумя клапанами, своеобразный переключатель, ведающий попеременной подачей пара то с одной, то с другой стороны поршня. Для повышения КПД машины применил специальное устройство - конденсатор, охлаждаемый водой сосуд, в котором пар конденсировался, т.е. превращался в воду.

Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. 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.

Благодаря различным усовершенствованиям к началу ХХ в. были построены паровые машины мощностью 15 МВт, развивающие до 1000 об/мин. При этом кпд таких машин удалось поднять более чем в 60 раз по сравнению с машиной Уатта.

Громоздкие, тяжелые и неэкономичные паровые машины в наше время полностью вытеснены паровыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

Любая машина и технологический процесс ее изготовления непрерывно совершенствуются. Изобретатели и рационализаторы, работающие на производстве, создают новые машины, оборудование, приборы и вносят много различных предложений по усовершенствованию действующих машин и оборудования.

Водяные колеса и ветряные двигатели вплоть до ХV11в. оставались единственными типами двигателей. В конце ХV11-начале ХV111 в. во Франции, Англии, Швеции и других странах делались неоднократные попытки использовать энергию пара – создать паровой двигатель.

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.

Первая удачная паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном , в 1698 году он построил паровую машину. 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.

2.Паровая машина Ползунова

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. 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.

Маятник был соединен зубчатыми колесами с механизмом, управляющим кранами , которые осуществляли попеременный пуск пара и холодной воды в цилиндры. Когда, например, в цилиндр В подавался пар и поршень b поднимался, то в цилиндр A впрыскивалась холодная вода и поршень а опускался. Таким образом машина Ползунова работала непрерывно и все действия в ней проходили автоматически.

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". Так созданный в 1763г. русским механиком И.И.Ползуновым паровой двигатель не получил распространения.

3.Джеймс Уатт. Универсальная паровая машина двойного действия

Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт . Первую вполне работоспособную универсальную паровую машину запатентовал в 1784г. С небольшими усовершенствованиями она более ста лет оставалась единственным промышленным двигателем: приводила в движение станки и паровозы, пароходы и даже первые автомобили.
Основная часть машины- чугунный цилиндр, в котором ходит поршень. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм - золотниковая коробка, сообщающаяся с паровым котлом. Кроме котла коробка соединена еще с конденсатором и с цилиндром посредством двух окон. В коробке находится золотник – стержень с двумя клапанами, своеобразный переключатель, ведающий попеременной подачей пара то с одной, то с другой стороны поршня. Для повышения КПД машины применил специальное устройство - конденсатор, охлаждаемый водой сосуд, в котором пар конденсировался, т.е. превращался в воду.

Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции.
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.

Севери и до него

В машине Севери не было цилиндра как такового. Он представлял собой систему из двух сообщающихся резервуаров. В первом — котле — находилась вода, которую нагревали до состояния кипения, после чего пар выпускали во второй резервуар — насос. Затем туда же заливали холодную воду, пар мгновенно конденсировался, и внутри резервуара образовывалось пониженное давление. Интересно, что если бы Севери додумался до концепции цилиндра, он мог бы построить полноценный двигатель: насосный резервуар забирал бы воздух из камеры и тянул на себя цилиндр. Но Севери так далеко не зашел: его машина всасывала воду в освободившееся от пара пространство и выпускала ее с другой стороны.

Безусловно, насос Севери представлял собой крайне примитивное устройство с исключительно низким КПД и огромными теплопотерями. Тем не менее его уверенно можно назвать первой в истории работоспособной паровой машиной. К 1702 году было построено несколько полноразмерных насосов, некоторые из них успешно использовались в городских системах подачи воды в Лондоне, так как в любом случае были функциональнее и мощнее ручной силы. Впрочем, в шахтах двигатель так и не заработал, попытка применить его для откачки большого количества воды в 1705 году завершилась взрывом.

Интересно, что прообразы паровых машин были и до Севери. Известнейший пример — это эолипил, паровая турбина Герона Александрийского. Герон описал ее аж в I веке нашей эры. Его система представляла собой вращающийся на оси шар с двумя выпускными трубками, ведущими в разные стороны. Шар наполняли водой, и, когда его нагревали, вырывающийся из трубок пар вращал шар, — по сути, это была реактивная турбина.

Затем британский историк Вильям Мальмсберийский (1090–1143) описал так называемый орган Гербертуса — установленный в одной из церквей Реймса музыкальный инструмент, движение воздуха внутри которого происходило за счет подаваемого снизу пара. Затем Леонардо да Винчи описал паровую пушку. Затем, в 1551-м, османский ученый Такиюддин аш-Шами разработал примитивную паровую турбину, аналогичную системе Герона. Схожие системы создали в XVII веке итальянец Джованни Бранка и англичанин Джон Уилкинс.

Наиболее приблизился к Севери в 1606 году гениальный испанский механик Херонимо де Айянс-и-Бомон. За свою жизнь он получил 48 королевских привилегий на различные системы, в основном связанные с водой, — от водолазного костюма до оригинальной конструкции плотины. В том числе он придумал паровой насос для откачки воды из шахт — за 92 года до Севери! Айянс-и-Бомон работал управляющим всеми испанскими шахтами Южной Америки (то есть под его началом было как минимум 550 шахт) и создал множество технических усовершенствований шахтерского дела. Его смерть в 1613 году помешала построить полноценный двигатель, изобретение осталось лишь в виде патента.

Схема парового двигателя И. И. Ползунова

Последним упомяну знаменитого французского математика Дени Папена. В 1680 он создал паровой насос с цилиндром и подал заявку на патент. По сути, Папен построил полноценный одноцилиндровый паровой двигатель. Модель работала, но проблемой было то, что Папен не догадался производить пар в отдельном котле, а нагревал непосредственно цилиндр. Это приводило к большим потерям и крайне низкой эффективности машины. Зато француз первым применил предохранительный клапан. Впоследствии, познакомившись с работами Севери, Папен понял свою ошибку и создал несколько новых систем, усовершенствовав насос Севери. Впрочем, из-за неправильного подхода, имевшего место в самом начале, Дени Папена нельзя назвать первым.

Так или иначе, паровой насос усилиями целого ряда ученых и механиков появился на свет. Теперь дело было за двигателем. И да, до рождения Ивана Ивановича Ползунова оставалось еще 30 лет.

Номер второй — Ньюкомен

Достижением Севери был не столько факт постройки парового насоса, сколько то, что машина стала применяться в реальном деле, в промышленности, а не осталась лишь лабораторной игрушкой. Следующей значимой фигурой в этой области стал еще один англичанин — Томас Ньюкомен.

Проблем было две: юридическая и техническая. Первая состояла в формулировке патента Севери — расплывчатой и всеобъемлющей, а также в том, что срок действия документа заканчивался аж в 1733 году. Поэтому Ньюкомен, будучи хорошо знакомым с Севери, уговорил его разрешить строить подобные машины под своим патентом, то есть, по сути, они работали вместе. Техническая же проблема по-прежнему заключалась в низком КПД и чудовищных потерях.

Тем не менее насос Ньюкомена был значительно совершеннее машины Севери и потому широко разошелся по Англии и за ее пределами. На момент его создания до рождения Ивана Ивановича Ползунова оставалось еще 14 лет.

Уатт или Ползунов?

На самом деле людей, которые в разное время и в разных странах совершенствовали систему Ньюкомена и строили на ее основе различные паровые машины, было много. Перечислять их всех я просто замучаюсь, в конце концов, это же не книга по истории применения пара! В данный момент нас интересуют всего два человека: Джеймс Уатт и Иван Ползунов.

Джеймс Уатт родился в 1736 году в Гриноке (Шотландия) в достаточно обеспеченной семье средней руки судовладельца и городского бейли (нечто вроде шерифа, не буду углубляться в систему шотландских правовых норм). Учился он сперва на дому, затем в Гринокской грамматической школе, в возрасте 18 лет отправился в Лондон, где изучил механику и кузнечное дело, планируя стать мастером по приборостроению, — к этому занятию был склонен и его отец. Затем Уатт пытался открыть собственное дело в Глазго. Из-за отсутствия членства в гильдии ремесленников у него возникли проблемы, но дело спас Университет Глазго, взявший Уатта на работу мастером по научным и измерительным инструментам. Именно в университете молодой механик впервые столкнулся с паровой машиной Ньюкомена. Это произошло в 1759 году. Примерно тогда же он наконец основал свою компанию по производству различных инструментов и достаточно быстро разбогател.

Схема парового двигателя Boulton&Watt, 1784

Иван Ползунов родился несколько раньше британского коллеги, в 1728 году, в Екатеринбурге в семье военного и получил схожее в принципе образование. Сперва он учился в горнозаводской школе при Екатеринбургском металлургическом заводе — градообразующем предприятии, как бы сейчас сказали. Сам город, напомню, был основан в 1723-м как раз для обслуживания нового завода. Затем Ползунов поступил на рабочее обучение и попал к самому Никите Бахареву — главному механику уральских заводов, знаменитому мастеру и конструктору различных станков и приспособлений. Пожалуй, лучшего технического образования в России на тот момент представить было невозможно.

В 1747 года Ползунов начал работать на Барнаульском медеплавильном заводе. Сперва был мастером, затем смотрителем плавильных печей, организатором различных производств и т. д. Начальство относилось к нему очень хорошо, его считали универсальным специалистом и организатором, он выполнял всевозможные задачи, порой далекие от техники (к примеру, в 1758 году возглавил караван с грузом в 24 килограмма золота и 3400 килограммов серебра, идущий в Петербург).

Там, в столице, Ползунов впервые в жизни увидел паровую машину, о которой много читал (он уже давно выписывал технические книги, какие только мог достать, вместе с чертежами и пояснениями). Это был насос системы Севери, установленный по приказу Петра I в Петергофе в 1717 году для перекачки воды в фонтанах.

Обратите внимание: до этого момента биографии Ползунова и Уатта практически параллельны. Оба они успешны в своих отраслях, оба — талантливые инженеры и механики, оба практически одновременно заинтересовались паровыми машинами.

Не в той стране

К сожалению, единственной вещью, которая помешала Ползунову, стала его родина. Он появился в нужный момент, но не в том месте, и ничего к этому добавить не получается.

В 1763 году Иван Иванович Ползунов закончил разработку парового двигателя собственной конструкции. Он опирался на работы Севери, Ньюкомена и других, но нашел ряд способов усовершенствовать систему. Как и у Ньюкомена, машина была пароатмосферной, то есть пар поднимал поршень, но опускался последний под действием атмосферного давления. Однако, в отличие от предшественников, Ползунов придумал двухцилиндровую схему, которая позволяла машине работать непрерывно. Пока пар поднимал один цилиндр, опускался второй — в результате работа получалась абсолютно равномерной. Эта, казалось бы, простая идея была применена Ползуновым впервые в истории науки и техники.

Проекту Ползунова очень повезло. Через посредство Ивана Андреевича Шлаттера, знаменитого инженера и президента Берг-коллегии — центрального органа горнорудной промышленности России, чертежи и описание попали непосредственно на стол Екатерине II. И, что еще более удивительно, они ее впечатлили (скорее всего, тут тоже не обошлось без Шлаттера). Ползунов получил карт-бланш: немалую по тем временам сумму в 400 рублей и право найма любых сотрудников для строительства опытного образца.

За два года, с 1764-го по 1766-й, Ползунов построил свою машину — первый в истории двухцилиндровый двигатель. Правда, изобретатель так и не ушел от идеи возвратно-поступательного движения, не догадался перевести его во вращательное. Поршни по очереди качали большое коромысло, от которого работал насос. Кроме того, по современным реконструкциям не всегда можно точно оценить размеры системы Ползунова. Так вот, высоту она имела около 12 метров, а цилиндры были трехметровые.

Джеймс Уатт в это время думал. Сперва он, как ранее Ньюкомен, попытался скрестить системы Папена и Севери, а затем, в 1763 году, в рамках своей работы в Университете Глазго, получил задание отремонтировать действующий макет насоса Ньюкомена. В процессе ремонта он придумал, как устранить ряд недостатков машины — и с этого момента целиком посвятил себя пару.

Почти двадцать лет разработок привели к тому, что в 1782 году Джеймс Уатт запатентовал систему, которая стала основой всей промышленной революции, — первую паровую машину двойного действия. Напомню, что до сих пор все двигатели были исключительно пароатмосферными: пар двигал поршень только в одном направлении, вверх. Существовали и горизонтальные цилиндры — в них обратный ход поршня обеспечивался маховиком, то есть полезным оставался все равно лишь один ход. Уатт же запатентовал систему, при которой пар двигал поршень в обоих направлениях. Это, во-первых, очень сильно увеличило мощность и эффективность, а во-вторых, сделало паровые машины легче и позволило их масштабировать. Ползунов сделал свое устройство таким огромным в том числе для того, чтобы добиться высокой мощности, потому что под действием атмосферного давления ход поршня напрямую зависел от его массы.

Именно паровые машины двойного действия сделали XIX век эпохой технического прогресса: они работали (а кое-где работают и до сих пор) на кораблях, паровозах, производствах. Уатт действительно толкнул мир вперед.

Если бы Ползунов прожил долгую жизнь, он бы наверняка пришел к тем же выводам, что и Уатт, и именно из нашей страны паровой двигатель шагнул бы в мир. Если бы Россия тех времен не варилась в собственном соку и не относилась к изобретателям, как к диковинным шутам, то у Ползунова появились бы последователи и закончили бы его работу. А так его творение, если и не опередившее свое время, то как минимум шедшее с ним в ногу, осталось лишь бесполезной игрушкой, канувшей в реку истории. В Европе о разработках Ползунова узнали поздно, когда по железным дорогам уже вовсю колесили поезда, оснащенные компактными двигателями Уатта.

Построенный в 1825 году макет машины Ползунова хранится в Алтайском государственном краеведческом музее и работает до сих пор. Но история, к сожалению, не знает сослагательного наклонения.

Сегодня исполняется 290 лет со дня рождения инженера, изобретателя, создателя первой двухцилиндровой паровой машины Ивана Ивановича Ползунова.

Иван Ползунов родился в 1728 году в Екатеринбурге в семье отставного солдата. Начальное образование получил в арифметической школе, после ее окончания стал учеником механика на одном из заводов Урала. К 20-ти годам Иван Иванович – уже специалист горнозаводского дела, и его перевели на заводы Алтайского края. П ри Барнаульском медеплавильном заводе он получил должность гиттеншрейбера – механика-теоретика, в обязанность которого входило следить за работой плавильных печей и составлять ежедневные производственные отчеты. Для нужд завода Ползунов сконструировал и собрал вододействующую лесопильную установку. С нее и начиналась его конструкторско-изобретательская деятельность.

Ответственный и целеустремленный, не имея возможности получить образование по специальности, Ползунов был вынужден заниматься самообразованием. Постоянное чтение литературы по минералогии и металлургии дало свои результаты. Вскоре его назначили на руководящую должность на заводе. С того времени Ползунов стремился облегчить труд своих коллег и подчиненных. Но его дальнейшие оригинальные проекты не были претворены в жизнь и годами пылились в архивах.

Модель паровой машины

Макет паровой машины.
Хранится в Алтайском краеведческом музее

Проект отправили Екатерине II. Посмотрев заявление на изобретение, императрица отдала распоряжение наградить Ползунова деньгами и повышением в чине на две ступени. Благодаря ее поддержке, Иван Иванович Ползунов сконструировал новый паровой двигатель с огромной мощностью. Это дало возможность не применять водяные колеса в производственной деятельности заводов. Чтобы проделать такую работу, Ползунову приходилось постоянно находиться в состоянии сосредоточенности и напряжения, что сказалось на его здоровье. Всего за неделю до пробного запуска своего изобретения, 27 мая 1766 г. Иван Иванович умер от чахотки. Машину все-таки запустили, и она прослужила почти три месяца, за этот период принесла огромный финансовый доход. После поломки двигатель не стали ремонтировать, а еще через пару лет машина окончательно сломалась и была разобрана на запасные части. Имя изобретателя было позабыто на два столетия. Лишь в 1974 году о нем вспомнили, когда шотландец Джеймс Уатт сконструировал новый вариант двигателя. Изобретение Уатта получило широкое распространение, но все же первая паровая машина была создана талантливым изобретателем-самоучкой Иваном Ивановичем Ползуновым.

Памятник И.И. Ползунову в Барнауле, на заднем плане Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова.

1. Виргинский, В.С. Иван Иванович Ползунов. 1729-1766. - Москва, 1989. - В библиотеках №№ 8, 12, 14, 15, 22.

3. Клиентов, А. Е. Российская наука. Ученые и изобретатели. - Москва, 2005 - В ЦБ им. А.С. Пушкина, в библиотеках №№. 1, 2, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20, 21, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 31, 32.

6. Репин, Л. Б. Открыватели: Отечества Российского сыны. - Москва, 1989. - В ЦБ им. А.С. Пушкина, в библиотеках №№ 1, 8, 14, 23, 26.

Данная работа рассказывает об истории изобретения паровых машин. Является дополнительным материалом для уроков физики в 8 классе по теме "Паровые машины".От изобретения Герона до использования паровых машин на современных теплоэлектростанциях. Рассказ сопровождается иллюстрациями.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №1

пгт Славянка Хасанского муниципального района

Реферат по физике

на тему:

МБОУ СОШ № 1 пгт Славянка

Руководитель учитель физики

Нечаева Елена Владимировна

В нашем мире технологии и изобретения развиваются быстро. Мы имеем мгновенный доступ к информации со всего земного шара. Достижения современной медицины обезвредили опасные болезни. Можно очень далеко уехать в течение нескольких часов и даже попасть в космос. Все это возможно благодаря изобретениям и желанию людей.

Но у многих из современных изобретений было скромное начало. Открытия древности, ставшие источником современных изобретений. Отчего изобретение становится действительно важным?

Важные изобретения элегантны и их воздействие огромно. Они не просто решают отдельно взятую проблему, они открывают возможность реализации многих идей. Они открывают новые возможности.

Паровой двигатель открыл новый этап в развитии транспорта. Говорят, что изобретатель 18 века Джеймс Уатт открыл его, когда смотрел, как поднимается крышка над кипящим чайником.

Паровая машина - тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина— любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Первая паровая машина построена в XVIIв. Папеном и представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Окончательные усовершенствования в паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла)— от кизяка до урана. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает, а, наоборот, возрастает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки и Китая, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM)1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию . Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными тепловозами и электровозами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

Первая паровая машина Папена (1690)

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Первая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т.Севери. Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-м столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала только как демонстрационная модель: для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив, таким образом, путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

В 1781 году Джеймс Уатт запатентовал паровую машину, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от парового насоса Ньюкомена). Двигатель Уатта, мощностью десять лошадиных сил, стало возможным, при наличии каменного угля и воды, установить и использовать в любом месте для любой цели. С двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Паровые машины разделяются:

1.по способу действия пара на машины с расширением и без него, причем первые считаются наиболее экономичными

2.по используемому пару

3.низкого давления (до 12 кг/см²)

4.среднего давления (до 60 кг/см²)

5.высокого давления (свыше 60 кг/см²)

6.по числу оборотов вала

7.тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных пароходах)

9. по давлению выпускаемого пара

10. конденсационные (давление в конденсаторе 0,1—0,2 атмосфер)

Вакуумные машины

Двигатель Ньюкомена

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, вращающегося вокруг своей середины. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла, которое под действием насоса возвращает поршень к верхней части цилиндра силой гравитации. Так происходит обратный ход. Давление пара низкое и не может противодействовать движению поршня.

Версия паровой машины, созданная Уаттом

Паровые машины двойного действия

Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало появление машин двойного действия. В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, но обратно он возвращался или под действием гравитации, или за счёт момента инерции вращающегося маховика, соединённого с паровой машиной.

В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения. Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода.Поршень такой паровой машины соединён со скользящим штоком, выходящим из цилиндра. К этому штоку крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип маховика. Система парораспределения приводится в действие другим кривошипным механизмом. Механизм парораспределения может иметь функцию реверса для того, чтобы можно было менять направление вращения маховика машины.

Паровая машина двойного действия примерно вдвое мощнее обычной паровой машины, и кроме того, может работать с намного более лёгким маховиком. Это уменьшает вес и стоимость машин.

Большинство возвратно-поступательных паровых машин использует именно этот принцип работы, что хорошо видно на примере паровозов. Когда такая машина имеет два или более цилиндров, кривошипы устанавливаются со сдвигом в 90 градусов для того, чтобы гарантировать возможность запуска машины при любом положении поршней в цилиндрах. Некоторые колёсные пароходы имели одноцилиндровую паровую машину двойного действия, и на них приходилось следить, чтобы колесо не останавливалось в мёртвой точке, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.

Вы все, конечно, знаете Герона?

Читайте также: