Изобретението на парни машини беше повратна точка в човешката история. Някъде в началото на 17-18 век неефективният ръчен труд, водните колела и вятърните мелници започват да се заменят с напълно нови и уникални механизми - парни машини. Благодарение на тях станаха възможни техническите и индустриалните революции и целият прогрес на човечеството.
Но кой е изобретил парната машина? На кого човечеството дължи това? И кога беше? Ще се опитаме да намерим отговори на всички тези въпроси.
Още преди нашата ера
Историята на създаването на парна машина започва през първите векове пр.н.е. Hero of Alexandria описва механизъм, който започва да работи едва когато е изложен на пара. Устройството представляваше топка, върху която бяха фиксирани дюзи. Парата излиза тангенциално от дюзите, като по този начин кара двигателя да се върти. Това беше първото устройство, захранвано от двойка.
Създателят на парната машина (по-точно на турбината) е Таги-ал-Дином (арабски философ, инженер и астроном). Изобретението му става широко известно вЕгипет през 16 век. Механизмът беше подреден по следния начин: потоците от пара се насочваха директно към механизма с остриета и когато димът падаше, лопатките се въртяха. Нещо подобно е предложено през 1629 г. от италианския инженер Джовани Бранка. Основният недостатък на всички тези изобретения беше твърде голямото потребление на пара, което от своя страна изискваше огромно количество енергия и не беше препоръчително. Развитието е спряно, тъй като тогавашните научни и технически познания на човечеството не са достатъчни. Освен това изобщо нямаше нужда от подобни изобретения.
Разработки
До 17-ти век създаването на парна машина е било невъзможно. Но веднага щом летвата за нивото на човешкото развитие се издигна, веднага се появиха първите копия и изобретения. Макар че тогава никой не ги приемаше сериозно. Така например през 1663 г. английски учен публикува в пресата чернова на своето изобретение, което инсталира в замъка Раглан. Устройството му служело за вдигане на вода по стените на кулите. Въпреки това, както всичко ново и непознато, този проект беше приет със съмнение и нямаше спонсори за по-нататъшното му развитие.
Историята на създаването на парна машина започва с изобретяването на парно-атмосферен двигател. През 1681 г. френският учен Дени Папен изобретява устройство, което изпомпва вода от мините. Първоначално като движеща сила е използван барут, а след това е заменен с водна пара. Така се ражда парната машина. Огромен принос за подобряването му имат учени от Англия Томас Нюкомън и Томас Северен. Руският самоук изобретател Иван Ползунов също оказа неоценима помощ.
Неуспешен опит на Папин
Пароатмосферната машина, далеч от съвършената по онова време, привлече специално внимание в корабостроителната индустрия. Последните си спестявания Д. Папин изразходва за закупуване на малък съд, на който започва да монтира водоподемна пароатмосферна машина собствено производство. Механизмът на действие е, че падайки от високо, водата започва да върти колелата.
Изобретателят провежда своите тестове през 1707 г. на река Фулда. Много хора се събраха, за да видят чудо: кораб, движещ се по реката без платна и гребла. По време на тестовете обаче се случи бедствие: двигателят избухна и няколко души загинаха. Властите се ядосали на нещастния изобретател и му забранили всякаква работа и проекти. Корабът е конфискуван и унищожен, а няколко години по-късно самият Папин умира.
Грешка
Пароходът на Papen имаше следния принцип на работа. На дъното на цилиндъра беше необходимо да се излее малко количество вода. Под самия цилиндър се намираше мангал, който служи за загряване на течността. Когато водата започна да кипи, получената пара, разширявайки се, повдигна буталото. Въздухът се изхвърля от пространството над буталото през специално оборудван клапан. След като водата заври и парата започна да пада, беше необходимо да извадите мангала, да затворите вентила за отстраняване на въздуха и да охладите стените на цилиндъра с хладна вода. Благодарение на такива действия парата, която беше в цилиндъра, се кондензира, образува се под буталоторазреждане и поради силата на атмосферното налягане буталото отново се връща на първоначалното си място. При движението му надолу беше извършена полезна работа. Ефективността на парната машина на Папен обаче е отрицателна. Двигателят на парахода беше изключително неикономичен. И най-важното беше, че беше твърде сложно и неудобно за използване. Следователно изобретението на Папен няма бъдеще от самото начало.
Последователи
Историята на създаването на парната машина обаче не свършва дотук. Следващият, вече много по-успешен от Папен, беше английският учен Томас Нюкомен. Дълго изучава работата на своите предшественици, като се фокусира върху слабостите. И като взе най-доброто от тяхната работа, той създаде свой собствен апарат през 1712 г. Новата парна машина (показана снимка) е проектирана по следния начин: използван е цилиндър, който е във вертикално положение, както и бутало. Този Newcomen взе от произведенията на Папин. В друг котел обаче вече се е образувала пара. Цялата кожа беше фиксирана около буталото, което значително увеличи херметичността вътре в парния цилиндър. Тази машина също беше пара-атмосферна (водата се издига от мината с помощта на атмосферно налягане). Основните недостатъци на изобретението бяха неговата обемност и неефективност: машината "изяде" огромно количество въглища. Това обаче донесе много повече ползи от изобретението на Папен. Затова се използва в подземия и мини в продължение на почти петдесет години. Използван е за изпомпване на подземни води, както и за изсушаване на кораби. Томас Нюкомен се опита да преобразува колата сиза да може да се използва за трафик. Всичките му опити обаче се провалиха.
Следващият учен, който се обяви, беше Д. Хъл от Англия. През 1736 г. той представя на света своето изобретение: парна атмосферна машина, която има гребни колела като двигател. Неговото развитие е по-успешно от това на Папин. Веднага бяха освободени няколко такива кораба. Използвани са главно за теглене на шлепове, кораби и други плавателни съдове. Въпреки това, надеждността на парната атмосферна машина не вдъхва доверие и корабите бяха оборудвани с платна като основен двигател.
И въпреки че Хъл имаше по-голям късмет от Папен, неговите изобретения постепенно загубиха актуалност и бяха изоставени. И все пак, парно-атмосферните машини от онова време имаха много специфични недостатъци.
Историята на парната машина в Русия
Следващият пробив се случи в Руската империя. През 1766 г. в металургичен завод в Барнаул е създаден първият парен двигател, който доставя въздух на топилните пещи с помощта на специални духалки. Негов създател е Иван Иванович Ползунов, който дори получава офицерско звание за заслуги към родината. Изобретателят представи на началниците си чертежи и планове за "пожарна машина", способна да захранва меховете.
Въпреки това съдбата изигра жестока шега с Ползунов: седем години след приемането на неговия проект и сглобяването на колата той се разболява и умира от консумация - само седмица преди да започнат тестовете мудвигател. Въпреки това инструкциите му бяха достатъчни, за да стартира двигателя.
И така, на 7 август 1766 г. парната машина на Ползунов е пусната и подложена на натоварване. Въпреки това през ноември същата година той се развали. Причината се оказа твърде тънки стени на котела, непредназначени за зареждане. Освен това изобретателят пише в инструкциите си, че този котел може да се използва само по време на тестване. Производството на нов котел лесно би се изплатило, тъй като ефективността на парната машина на Ползунов беше положителна. За 1023 часа работа с негова помощ бяха разтопени над 14 паунда сребро!
Но въпреки това никой не започна да ремонтира механизма. Парната машина на Ползунов събира прах повече от 15 години в склад, докато светът на индустрията не стои на едно място и се развива. И след това беше напълно разглобен за части. Очевидно в този момент Русия все още не е пораснала до парни машини.
Изискванията на времето
Междувременно животът не стои на едно място. И човечеството непрекъснато мислеше за създаване на механизъм, който да позволи да не зависи от капризната природа, а да контролира самата съдба. Всички искаха да изоставят платното възможно най-скоро. Следователно въпросът за създаване на парен механизъм постоянно висеше във въздуха. През 1753 г. в Париж се провежда състезание между занаятчии, учени и изобретатели. Академията на науките обяви награда на тези, които могат да създадат механизъм, който да замени силата на вятъра. Но въпреки факта, че такива умове като L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix и други участваха в състезанието, никой не направи разумно предложение.
Годините минаваха. И индустриалната революцияобхващаха все повече страни. Превъзходството и лидерството сред другите сили неизменно отиваха в Англия. До края на осемнадесети век именно Великобритания става създател на мащабна индустрия, благодарение на което печели титлата на световен монопол в тази индустрия. Въпросът за механичния двигател всеки ден ставаше все по-актуален. И такъв двигател беше създаден.
Първата в света парна машина
1784 отбеляза повратна точка в индустриалната революция за Англия и света. И човекът, отговорен за това, беше английският механик Джеймс Уат. Парната машина, която той създаде, беше най-голямото откритие на века.
Джеймс Уат изучава чертежите, структурата и принципите на работа на парно-атмосферните машини от няколко години. И на базата на всичко това той заключи, че за ефективността на двигателя е необходимо да се изравнят температурите на водата в цилиндъра и парата, която влиза в механизма. Основният недостатък на парно-атмосферните машини беше постоянната необходимост от охлаждане на цилиндъра с вода. Беше скъпо и неудобно.
Новата парна машина е проектирана по различен начин. И така, цилиндърът беше затворен в специална парна риза. Така Уат постигна своето постоянно нагрято състояние. Изобретателят създава специален съд, потопен в студена вода (кондензатор). Към него беше прикрепен цилиндър с тръба. Когато парата се изчерпва в цилиндъра, тя влиза в кондензатора през тръба и там се превръща обратно във вода. Докато работи върху подобряването на своята машина, Уатсъздаде вакуум в кондензатора. Така цялата пара, идваща от цилиндъра, се кондензира в него. Благодарение на тази иновация процесът на разширяване на пара беше значително увеличен, което от своя страна направи възможно извличането на много повече енергия от същото количество пара. Това беше коронното постижение.
Създателят на парната машина също промени принципа на подаване на въздух. Сега парата първо падна под буталото, като по този начин го повдигна и след това се събра над буталото, спускайки го. Така и двата хода на буталото в механизма станаха работещи, което дори не беше възможно преди. А потреблението на въглища на конска сила беше четири пъти по-малко от съответно за парно-атмосферните машини, което се опитваше да постигне Джеймс Уат. Парната машина много бързо завладя първо Великобритания, а след това и целия свят.
Шарлот Дъндас
След като целият свят беше изумен от изобретението на Джеймс Уат, започна широкото използване на парни машини. И така, през 1802 г. в Англия се появява първият кораб за двойка - лодката Charlotte Dundas. Негов създател е Уилям Симингтън. Лодката е била използвана като теглене на шлепове по канала. Ролята на двигател на кораба се изпълняваше от гребло, монтирано на кърмата. Лодката премина успешно тестовете за първи път: теглеше две огромни баржи на 18 мили за шест часа. В същото време попътният вятър силно му пречеше. Но той го направи.
И все пак беше спряно, защото се страхуваха, че поради силните вълни, които се създаваха под гребното колело, бреговете на канала ще бъдат отмити. Между другото, наШарлот беше тествана от човек, когото целият свят днес смята за създател на първия параход.
Първият параход в света
Английският корабостроител Робърт Фултън мечтаеше за кораб, задвижван с пара от младостта си. И сега мечтата му се сбъдна. В крайна сметка изобретяването на парни машини беше нов тласък в корабостроенето. Заедно с пратеника на Америка Р. Ливингстън, който поема материалната страна на въпроса, Фултън се заема с проекта за кораб с парен двигател. Това беше сложно изобретение, основано на идеята за гребло. По стените на кораба са опънати в редица плочи, имитиращи много гребла. В същото време плочите от време на време се намесваха една в друга и се чупеха. Днес лесно можем да кажем, че същият ефект може да се постигне само с три или четири плочки. Но от гледна точка на науката и технологиите от онова време, беше нереалистично да се види това. Следователно корабостроителите имаха много по-трудно време.
През 1803 г. изобретението на Фултън е представено на света. Параходът се движеше бавно и равномерно по река Сена, поразявайки умовете и въображението на много учени и фигури в Париж. Наполеоновото правителство обаче отхвърли проекта и недоволните корабостроители бяха принудени да търсят късмета си в Америка.
И през август 1807 г. първата в света параходна лодка, наречена Claremont, в която участваше най-мощната парен двигател (представена е снимка), тръгва по залива Хъдсън. Тогава мнозина просто не вярваха в успеха.
Клермон потегли на първото си пътуване без товар и без пътници. Никой не искаше да отидепътуване на борда на огнедишащ кораб. Но вече на връщане се появи първият пътник - местен фермер, който плати шест долара за билет. Той стана първият пътник в историята на корабната компания. Фултън беше толкова развълнуван, че даде на смелчака доживотна свобода на всичките си изобретения.
