История паровых машин

    История паровых машин началась еще в первом веке до нашей эры, одним из великих ученых древней Греции, Героном Александрийским был написан трактат «Пневматика». В нем описывались машины использовавшие энергию тепла. Наиболее интересными для нас, были две тепловые машины.

Эолипил - шар «Эола», вращался вокруг своей  оси под действием выходящего из него пара. Фактически это был  прообраз будущих паровых турбин.

Еще одним  замечательным устройством Герона Александрийского был привод дверей храма, открывающихся под действием огня зажженного на алтаре. При детальном разборе в этой сложной системе механизмов мы можем увидеть первый паровой насос.

Все тепловые машины созданные Героном Александрийским использовались лишь в качестве игрушек. Они не были востребованы в свое время.

  Настоящая история паровых машин начинается лишь в 17 веке. Одним из первых, кто создал действующий прообраз паровой машины, был Дени Папен. Паровая машина Папена, была фактически лишь набросками, моделью. Он так и не сумел создать настоящую паровую машину, которая могла бы использоваться на производстве. Но его труды не были забыты на тысячелетия как труды Герона. Все его идеи нашли применение в следующем поколении паровых машин.

Если  точно установить, кто первым в истории техники создал паровую машину очень сложно, то вот кто первым запатентовал и применил на практике свою паровую машину известно достоверно. В 1698 году, Англичанин Томас Севери, зарегистрировал первый патент на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня…». Как видите описание патента очень расплывчато. В действительности, им был создан первый паровой насос. Единственное что он мог делать, поднимать воду. При этом КПД насоса был крайне низким, потребление угля было просто огромно. Поэтому основное применение насос получил на угольных шахтах. Им откачивали грунтовые воды.

В 1712 году, мир увидел паровую машину Томаса Ньюкомена. Паровая машина Ньюкомена вобрала в себя лучшие идеи из паровой машины Папена и парового насоса Севери. В ней для совершения движения применялся паровой цилиндр с поршнем как в паровой машине Папена. При этом пар получали отдельно, в паровом котле, как в паровом насосе Севери.

Несмотря  на серьезный прорыв в создании паровых  машин, свое основное распространение  машина Ньюкомена получила только как  привод для водяных насосов. Главные  недостатки, паровой машины Ньюкомена  заключались в ее огромных размерах и большом потреблении угля. Попытки применить ее для привода пароходов не увенчались успехом.

Более 50 лет паровая машина Ньюкомена  оставалась неизменной. В 1763 году, Джеймсу  Уатту, работавшему механиком в  университете Глазго, предлагают починить паровую машину Ньюкомена. В процессе работы с машиной Ньюкомена, Уатт приходит к мысли, что неплохо бы ее усовершенствовать.

Во-первых, Уатт решает, что паровой цилиндр  надо держать постоянно горячим. Так можно будет сократить  расход угля. Для этого он создает  конденсатор для охлаждения пара. Следующее, что он делает, изменяет принцип работы парового цилиндра. Если в паровой машине Ньюкомена рабочий ход машина свершала под действием атмосферного давления, то в паровой машине Уатта, поршень свершал рабочий ход под действием давления пара. Благодаря этому можно было увеличить давление в цилиндре и уменьшить размер паровой машины.

В 1773 году, Уатт, строит свою первую действующую паровую  машину. А в 1774 году, совместно с  промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин. Дела шли успешно и Болтон, просит Уатта создать паровую машину для своего нового листопрокатного завода.

В 1884 году, Уатт создает первую универсальную паровую машину. Ее основное назначение – привод промышленных станков. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам. Ее начинают применять на заводах, устанавливать на пароходы, создавать поезда.

Именно паровая машина Уатта совершила технологический прорыв в технике. Она открыла новую эпоху в истории техники – эпоху паровых машин.

Многие называют Джеймса Уатта, первым создателем паровой  машины. Но мы ведь с вами знаем, какова была истинная история паровой машины.

  На  основе интернационального труда названных  и многих иных изобретателей и  исследователей удалось создать  на рубеже XVII--XVIII в. первые промышленные установки, в которых за счет тепловой энергии получали механическую. Однако эти установки были пригодны исключительно для подъема воды. В лучшем случае при помощи их можно было накачать воду в какой-либо резервуар, а затем пускать ее на Прадедовское водяное колесо, которое и приводило в действие заводский механизм. Это были всего лишь, как их справедливо называли, огнедействующие насосы.  

  Для дальнейшего движения по пути технического прогресса необходимо было создать  новую машину, способную за счет превращения тепловой энергии в  механическую непосредственно приводить в действие любой заводской механизм.

  Проект  первой в мире паровой машины, способной  приводить в действие любые рабочие  механизмы, предложил 25 апреля 1763 года русский изобретатель И.И. Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая.

Биографическая  справка великого инженера

Ползунов  Иван Иванович (1728 - 1766)

(1728, Екатеринбург  — 27 мая 1766, Барнаул) — русский  изобретатель, создатель первой  в России паровой машины и  первого в мире двухцилиндрового  двигателя.

  Он  родился в 1728 г. в Екатеринбурге. Его отец был солдатом Екатеринбургской роты. Он учился 6 лет в словесной и арифметической школах при Екатеринбургском металлургическом заводе.

  В 1742 г. Ползунову пришлось преждевременно и притом навсегда покинуть школу. Его заставили прервать учебу и пойти на Екатеринбургский завод, где он получил должность гиттеншрейбера, то есть плавильного писаря. Работа эта не только техническая, так как юноша узнавал, сколько и какой руды, угля, флюсов нужно для плавки в той или иной печи, знакомится, хотя и теоретически с режимом плавки. В библиотеке он знакомится с трудами М. В. Ломоносова, а также изучает устройство паровых машин

  Водяное колесо -- ведущий двигатель тогда  во всем мире -- здесь было основным. А применение водяного колеса привязывало завод к плотине, ставило производство в зависимость от времени года и по целому ряду статей ограничивало развитие его. Это было, как впоследствии выразился Ползунов, доподлинное "водяное руководство".

  В 1748 г. он приехал на Алтай для работы на Колывано-Воскресенских заводах. "Водяное руководство" он увидел и здесь. Приходилось учиться у плавильной печи, в руднике, перенимая опыт и знания у практиков, ведь ни вузов, ни техникумов, ни даже школ на Алтае в ту пору не было, как не было технической литературы на русском языке. Кроме изучения различных горных работ Ползунов именно здесь впервые проявил себя как изобретатель. Он принял участие в постройке близ плотины новой лесопилки. Пильная мельница была первым заводским сооружением, возведенным под руководством И.И.Ползунова. Ползунов сумел сам, в свободное от занятий время, овладеть передовой наукой и техникой того времена. Он стал знатоком практики и теории технических дел. Он все время стремился улучшать поручаемые ему дела, ввел много новшеств, изобретений. 

  В алтайской глуши к шестидесятым годам XVIII в. сформировался замечательный  человек Изобретатель и конструктор, технолог ц машиностроитель, строитель  пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, знаток руд и строительных материалов, опытный горняк и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких опытов и искусник в приборостроении, педагог и график -- таким был этот выдающийся представитель русской технической мысли. Своим трудом он сам накопил обширные познания, познакомился с передовой русской и зарубежной литературой, стал человеком широкого кругозора и великих революционных дерзаний, твердо стоящим на почве действительности.

  Он  видел, что народу живется плохо, и задумал, если ее при жизни своей, то хотя бы в будущем облегчить народный труд: "Облегчить труд по нас грядущим".

  Он  рассуждал так: для того чтобы  народу легче жилось, страна должна стать возможно более богатой, а  для этого необходимо иметь возможно больше заводов, фабрик и мануфактур. Развитие же производства упиралось тогда в слабость техники, прежде всего в то, что основным двигателем являлось старое водяное колесо, привязывавшее заводы к рекам, да притом не ко всем, а только к немногим, удобным для использования их водяных сил ограниченными техническими приемами того времени.

  Казалось, что нет выхода из этого тупика. Но выход был найден. Ползунов решил: необходимо создать новую технику. В век, когда во всем мире господствовало водяное колесо, он задумал "водяное  руководство пресечь", освободить производство от рабской зависимости от старого водяного двигателя.

  В годы, когда в России и за рубежом  применялись немудреные, в основном деревянные машины, срубленные топором, он сказал:

  "Вся  машина должна быть сделана  из металла".

  Он  понял, что необходимо все производство -- "заводы, фабрики, мануфактуры" -- перевести на новую техническую основу, а такой новой основой он считал особенную машину, еще не бывшую нигде во всем мире. Он поставил перед собой задачу создать  "огненную машину, способную по воле нашей, что будет потребно исправлять".  
 
 

Изобретение паровой машины 

Строительство паровой машины

  И.И. Ползунов предлагал построить вначале  небольшую машину. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки.

Для выполнения работ, по расчетам Ползунова, необходимо было 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных  рабочих, которых он намеревался  пригласить с Уральских заводов. Канцелярия распорядилась по-своему: было разрешено взять всего троих, причем учеников. Постройка установки (полностью железной, в доме высотой более 20 м), начатая в январе 1764 на Барнаульском заводе, протекала в трудных условиях. Ползунову приходилось одновременно выступать в роли проектировщика, конструктора, технолога, строителя и воспитателя кадров. 

В помощь Ползунову были выделены  несколько  рабочих. Основными помощниками Ползунова считались юные ученики, особенно Дмитрий Лезвин и Иван Черницын.

  Строитель преодолел все трудности. Он изготовил специальный инструмент для строительства. Он создал специальные станки для того, чтобы выполнять "машинную на водяных колесах... токарную работу".

  Первый  русский теплотехник, он стал одним  из пионеров мирового машиностроения.

  Творец  первой двухцилиндровой паровой  заводской машины, он решил при ее постройке очень иного частных, но очень важных технических задач. Он изобрел оригинальное крановое паро- и водораспределение, основанное на возвратно-вращательных движениях, осуществляемых при помощи зубчатых передач. Самое создание парораспределения для двухцилиндрового двигателя представляло собою новое изобретение.

  Он  изобрел прибор для автоматического  питания котла, балансирный передаточный механизм для двухцилиндрового двигателя, аккумулятор дутья--воздушный ларь, шарнирные цепи для передаточного механизма.  
 

  Он  изобрел способ питания парового котла исключительно подогретой водой.

  Кроме того, пришлось решить массу частных  задач, связанных с тем, что ему  надо было впервые осуществить постройку  огромной паровой машины для заводских нужд, ни одна из деталей которой ранее не изготовлялась в стране.

  Все задачи были решены и притом блестяще.

  20 мая 1765 г. было уже готово  сто десять частей установки,  не считая котла с его арматурой  и гарнитурой. Отдельные части  весили более ста семидесяти пудов. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Паровые цилиндры имели в высоту 2,8 метра.

  На  исходе 1765 г. теплосиловая установка  Ползунова была закончена. На берегу заводского пруда возвышалось машинное здание высотой более 18 метров. Машина была готова, но постройка воздуходувной установки, для работы которой предназначили машину, всего лить начата. К постройке плавильных печей еще не приступали по вине начальства.