Паровая машина стала первым механическим двигателем, для которого нашлось широкое практическое применение. Первые поршневые паровые машины начали вначале применяться на фабричном производстве, а позднее их смогли соединить с колёсами и получить самодвижущиеся машины:
История изобретения паровой машины
Основной принцип действия любой паровой машины заключается в том, что энергия горячего пара преобразуется в механическую энергию, которая может быть:
А полученная механическая энергия может уже использоваться для полезных целей. Принцип работы паровой машины был понятен ещё древним грекам, но в тёмные века люди о нём прочно забыли. Вновь интерес к этой проблеме возродился только в 17-м веке. Итальянец Джованни Бранка в 1629 году предложил модель собственной паровой турбины. Но из-за недопустимо больших потерь энергии эта первая паровая машина в мире практического применения не нашла.
Паровая машина Дени Папена
Этот француз – медик по образованию, переехал в 1675 году в Англию, где отметился целым рядом изобретений. Так, им изобретён «папенов котёл» – прообраз современной пароварки. Папен смог заметить взаимосвязь между ростом давления и температуры кипения жидкости. Он смог соорудить герметичный котёл, где поддерживалось повышенное давление. В результате этого вода в нём закипала при повышенной температуре, а продукты стало возможно готовить при температуре выше 100 градусов, что ускоряло процесс приготовления пищи.
Накануне переезда в Туманный Альбион Папен изобрёл пороховой двигатель. Сгорающий в цилиндре порох толкал поршень. Образовавшиеся пороховые газы удалялись через клапан, а оставшиеся остывали, благодаря чему в цилиндре возникало лёгкое разрежение, и давление атмосферы возвращало на место поршень.
По подобному же принципу Папен создал в 1698 году аналогичный двигатель, но уже на воде. Это фактически была первая паровая машина.
Несмотря на то, что сама идея сулила немалые выгоды, своему автору она дивидендов не принесла. Дело в том, что несколько раньше Сейвери (английский механик) запатентовал свой паровой насос, что было на тот момент единственным способом применения для паровой машины. Так вышло, что изобретатель первой паровой машины Дени Папен умер в 1714 году в Лондоне, будучи бедным и одиноким.
Машина Томаса Ньюкомена
Больших барышей смог добиться этот предприимчивый англичанин. Ему было 35 лет, когда создавалась машина Папена. Ньюкомен тщательно изучил наследие Папена и Сейвери и отметил недостатки обеих моделей, а сильные идеи взял на вооружение. Сотрудничая со специалистом по водопроводам и стеклу Д. Калли, Ньюкомен создал к 1712 году первую свою модель, продолжив историю создания паровых машин. Её принципиальная работа выглядела так:
- в конструкции был вертикальный цилиндр с поршнем (от Папена);
- пар генерировался в отдельном котле, который действовал по принципу изобретения Сэйвери;
- герметичность паровому цилиндру обеспечивала обтягивающая поршень кожа.
Нагнетая давление, устройство Ньюкомена поднимало из шахт воду. Но оно было очень громоздкое и чрезвычайно прожорливое на уголь. Но эти недостатки не помешали полувековой эксплуатации данного изобретения на шахтах. Благодаря нему стало возможно реанимировать ранее заброшенные из-за подтопления грунтовой водой шахты. Но поскольку его машина была компиляцией ранних изобретений, то Ньюкомен патента на неё получить не смог.
Машина Уатта
Решающий шаг смог сделать британец Джеймс Уатт, благодаря усилиям которого появилась достаточно мощная и компактная первая поршневая паровая машина. Будучи механиком университета Глазго, Уатт в 1763 году взялся за починку паровой машины Ньюкомена. В процессе ремонта он придумал способ сокращения её прожорливости – её цилиндр нужно было поддерживать в нагретом состоянии.
Но требовалось решить ещё проблему конденсации пара. Решение он уловил, проходя мимо прачечных, из-под крышек котлов которых валили пар. Он сообразил, что пар является газом, который и следует запустить в цилиндр с пониженным давлением. Он добился герметичности системы поршень-цилиндр путём обмотки первого промасленной пеньковой верёвкой, после чего стал возможным отказ от атмосферного давления – заметный шаг вперёд.
В 1769 году Уатт запатентовал паровую машину, в которой температура пара и важнейших деталей была одинаковой.
Видео о первой паровой машине Джеймса Уатта
Но в жизни Уатту везло меньше, и патент ему пришлось заложить за долги. Через 3 года он познакомился с богатым промышленником Мэттью Болтоном, который выкупил для Уатта его патенты. Под его опекой Уатт вернулся к работе. Уже в 1773 году новая модель Уатта на испытаниях продемонстрировала гораздо меньшее потребление угля, чем требовали её предшественники. А ещё через год Англия начала промышленный выпуск машин Уатта. В 1781 году Уатт запатентовал паровую машину, которая приводила в действие промышленные станки. Ещё чуть позднее эти же технологии стали использоваться для движения пароходов и поездов, что станет подлинной технической революцией.
Паровая машина Ползунова
Нам не менее дорог Иван Ползунов – русский изобретатель первой паровой машины, которая была способна приводить в действие многие рабочие механизмы. Причём, сделал он это изобретение раньше Уайта – в 1763 году, работая на алтайских горнорудных заводах. Он ознакомил со своим проектом начальника заводов, а тот получил из столицы добро на сборку агрегата. Ползунову приказали построить большую машину.
Эта работа заняла 21 месяц, но когда она была почти готова, болевший чахоткой изобретатель умер, не дожив нескольких дней до её первых испытаний. Паровая машина Ползунова могла работать беспрерывно и в автоматическом режиме. Это было доказано в результате испытаний, проведённых в 1766 году учениками Ползунова. А через месяц машина уже начала трудиться, не только окупив все затраты на своё создание, но и принеся владельцам прибыль.
Как Вы считаете, кого можно назвать первым изобретателем паровой машины? Расскажите об этом в комментариях.
Захотелось показать вам немного фотографий старых паровых машин. Но перед этим немного предыстории. Первый паровой транспорт появился в 18 веке. А первые попытки использования энергии пара начались еще раньше. Британец Томас Ньюкомен сконструировал машину с цилиндром и поршнем внутри, который двигался под паровым давлением. А сам пар создавался в отдельном котле. Было в этой конструкции Ньюкомена только два небольших минуса: внушительные размеры и большое потребление угля, поэтому использовать его как транспортное средство не было возможности. Это устройство применялось только для откачивания грунтовых вод.
Первый личный паровой автотранспорт.
Создателем первого личного парового автотранспорта считается французский инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году он создал трехколесную повозку — “малую телегу Кюньо”. Недостатком телеги Кюньо был низкий запас хода. Так как повозка была оснащена не вечным двигателем и без дозаправки могла проехать всего лишь около километра, затем экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения костра под котлом для увеличения давления. Весь этот процесс занимал столько же времени сколько и сама поездка. А максимальная скорость, которую набирала паровая телега была 4-4,5 километра в час. Но несмотря на такой черепаший ход высшим военным чинам Франции того времени телега понравилась. Наверное из-за огромной грузоподъемности: телега могла перевезти около двух тонн груза. Кюньо получил 20 тысяч франков на разработку и усовершенствование модели.
Телега Кюньо в разрезе
Благодаря этим инвестициям в 1770 году Кюньо представляет “телегу второго поколения”. Конструкция остается той же, но скорость уже в разы больше, около 5-7 км в час. Но главное усовершенствование заключалось в новой топке, которую не надо было разжигать каждые 15 минут.
Телега Кюньо
Во время первой презентации перед военными чинами произошел инцидент: у телеги заклинило переднее колесо и она протаранила стену ближайшего дома. По результатам аварии были сделаны выводы, что конструкция телеги обладает приличным запасом прочности, так как из-за удара пострадал только котел.
Но после этой демонстрации работа над машиной была прекращена, так как покровительствующие инженеру военные начальники попали в немилость властей и финансовая поддержка прекратилась. Как ни странно, хоть телега и не вышла в тираж, но до наших дней она сохранилась.
Первый личный паровой автотранспорт — телега Кюньо в музее
Паровой велосипед.
Сильвестр Говард Роупер в 1867 первый использовал двигатель внешнего сгорания на двухколесном транспорте. Так появился первый паровой велосипед Роупера, по сути первый мотоцикл. Двухцилиндровый паровой двигатель был размещен под сиденьем велосипеда весь механизм крепился к раме с помощью двух пружин. Пар выходил из трубы прямо за седлом, а вода поступала в котел из резервуара который являлся частью сиденья. Как ни странно, но управление ускорением осуществлялось так же как и на современных мотоциклах — с помощью ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. Ну а при повороте ручки на себя активировались тормоза.
Велосипед Роупера
Паровой велосипед восхищал и заинтересовывал людей на различных выставках, тогда как в обычной жизни пешеходы пугались изобретения Сильвестра. В дальнейшем Роупер изобрел и модифицировал еще несколько вариантов паровых велосипедов. На одном из таких велосипедов талантливый инженер и погиб, катаясь по велотреку в американском Кембридже, получил не совместимую с жизнью травму головы.
Паровой велосипед
Паровой общественный транспорт.
В 1833 году Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину не только для себя, но и приносящую пользу людям. Его омнибус под названием Enterprise, принадлежащий компании London and Paddington Steam Carriage Co, курсировал от Лондонской стены до района Паддингтон. Паровое устройство омнибуса состояло из большого двухцилиндрового парового двигателя, который раскручивался до ста оборотов в минуту. В двигатель подавался пар из бойлера под давлением в 6,1 бар.
Омнибус Хэнкока
Максимальную скорость омнибус мог развить до 32 км в час. Запаса хода у него хватало от 16 до 32 километров. Добиться преодоления такого огромного, по тем временам, расстояния позволяли дополнительные резервуары с водой расположенные под пассажирскими сиденьями. Для управления омнибусом нужно было три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй за наличие воды в бройлере, а третий за поддержание в этих самих бройлерах нужной температуры и за включение ручного тормоза для контролирования скорости при спусках с холмов.
Омнибус Enterprise
За рулем омнибуса был сам изобретатель Хэнкок. Из-за плохих дорог у инженера от ударов об руль ужасно болели руки. И для того, что бы не держаться постоянно за руль изобретатель придумал специальное устройство: на полу находилась педалька, при нажатии на которую руль фиксировался в одном положении. К такому метод Хэнкок прибегал на прямых участках дороги. Омнибус прекратил ездить по маршруту в 1840 году из-за все тех же плохих дорог и большой конкуренции со стороны извозчиков, которые использовали для перевозки людей лошадиную тягу.
Паровой омнибус доживший до наших дней
Паровые автомобили братьев Доблов.
Талантливые инженеры американского происхождения начали разрабатывать свои паровые автомашины еще в студенческие годы в собственной мастерской в 1910 году.
Братья Абнер и Джон Доблы
Сначала они создали Model A, а затем Modal B. Modal B была усовершенствована уникальным конденсатором для отработанного пара, выполненного в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды увеличился до1500 км, тогда как прежде на этом количестве жидкости можно было проехать всего лишь 150 км. Такая машина заинтересовала инвесторов и благодаря им братья Доблы учредили компанию General Engineering.
Model A Model B.
В рамках этой компании им удалось усовершенствовать систему зажигания, что бы владельцу автомобиля не пришлось вручную разводить огонь под бройлером. Этим занимался Джон Добл, он хорошо разбирался в электронике. Он придумал систему электрического зажигания: керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой. После этого был установлен компрессор, который подавал горящую смесь в камеру сгорания, нагревающую воду в котле. И все это происходило от одного нажатия кнопки на приборной панели. До достижения нужно температуры уходило 90 секунд, после чего можно было отправляться в путь. Для сравнения: у аналогичных машин до изобретения Доблов на осуществление аналогичного процесса уходило от 10 до 30 минут. Машина со всеми новшествами и инновациями была представлена в 1917 году на автосалоне в Нью-Йорке.
Усовершенствованная модель Model B.
Автомобиль с такими большими преимуществами заинтересовал многих и за три месяца после премьеры братья собрали пять с половиной тысяч предварительных заказов. Но Первая мировая война оставила братьев без железа и выпуск машин был отложен. Да и между братьями на тот момент возник конфликт. Джон считал, что получает меньше внимания, чем его брат, потому что во всех публикациях в прессе главным конструктором написан был Абнер, а о Джоне практически ничего не упоминалось. Братья разругались, а в феврале 1921 года Джон умер в возрасте 28 лет от рака лимфатических узлов.
После смерти Джона к Абнеру присоединились двое других братьев — Билл и Уорен. Была учреждена фирма Doble Steam Motors где появился новый автомобиль Model E. Эта модель была доработана парогенератором и новым четырехцилиндровым мотором: два цилиндра высокого давления получали пар первыми, а два цилиндра низкого давления забирали из пара оставшуюся энергию и отправляли ее в конденсатор.
Model E-20
Зимой 1924 года братья Доблы привезли свое изобретение в Нью-Йорк. И устроили испытания на глазах у специалистов. Всю ночь перед испытаниями машина провела в холодном гараже, после чего еще час на морозе на улице. Но не смотря на это после активации двигатель сразу же завелся и через 23 секунды можно было ехать. Максимальную скорость, которую мог развить автомобиль Model E составляла 160 км в час, а до 120 км в час он разгонялся за 10 секунд. Но к сожалению сложные технические решения, лучшие составляющие (например электрика от Bosch), роскошная отделка салона (кожа, дерево, слоновая кость) подняли стоимость машины до огромных по тем временам 18 тысяч долларов. Такие машины могли позволить себе только очень богатые люди, поэтому один из самых величайших паровых автомобилей в истории человечества был выпущен тиражом всего лишь 50 экземпляров, после чего в 1931 году компания Doble Steam Motors перестала существовать.
Запредельная скорость на пару.
Задолго до разработок братьев Доблов, создали свой гоночный болид братья Стенли. К 1906 году они создали болид под названием Stanley Rocket. Для поездки на этом гоночном автомобиле был выбран гонщик Фред Марриотт, а местом на котором было решено набирать рекордную скорость был флоридский пляж, расположенный недалеко от Дайтон-бич. С первой же попытки Марриотт набрал на “Ракете” братьев Стенли рекордную скорость- 205,4 км в час, на тот момент быстрее не ездил еще никто!
Stanley Rocket
Спустя год братья конструкторы и их бесстрашный пилот решили преодолеть на паровом автомобиле рубеж в 300 км в час. Для такой запредельной скорости давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар. “Ракета” с Марриоттом на борту набрала скорость более 240 км в час, когда подскочила на кочке и развалилась на части. Фред получил серьезные травмы, но тем не менее пообещал снова гоняться. Но братья Стенли и-за аварии отказались от экспериментов со скоростью, а Марриотта так больше ни в какие гонки никто не взял. Из- за того, что развитие паровых двигателей прекратилось и им на смену пришли бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, рекорд братьев Стенли и гонщика Марриотта продержался более ста лет.
“Ракета” с Марриоттом на борту
Только 26 августа 2009 года на паровом автомобиле Inspiration под управлением Чарльза Барнетта Третьего был побит рекорд. Современный гоночный болид был похож на истребитель и приводился в движение двумя турбинами, которые вращались за счет пара, подаваемого под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров. Мощность парового автомобиля составляла 360 лошадиных сил — этого хватило, что бы развить скорость 225,6 км в час на американской базе “Эдвардс” в Калифорнии.
Inspiration и Чарльз Барнетт Третий
Про российские и советские разработки паровых машин я расскажу вам в отдельной статье, а сейчас вернемся к тому из-за чего это статья была написана. В самом начале я написала, что хочу показать вам немного современных фотографий паровых машин которые дожили до наших дней. В Европе паровые машины продержались до начала Второй мировой войны, затем их вытеснили бензиновые и дизельные собратья.
Многие энтузиасты в Англии сохранили и поддерживают в хорошем состоянии паровые ретро машины и даже устраивают фестивали, где все эти машины выставляются на всеобщее обозрение. Все эти экземпляры до сих пор работают, а некоторые из них даже используются в качестве туристических автобусов.
Туристический паровой автобус
Sentinel Typhoo
Автобус «Sentinel» 1931 года
Этот «Old Glory»сделана из другого старого парового грузовичка «Sentinel DG-6»
Автомобиль также относится к тому виду изобретений, которые появились задолго до начала их широкого применения. Ещё в начале 20 века большинство людей и грузов передвигались на лошадях, а ведь появился первый автомобиль ещё в 18 веке! В этом посте — о истории парового автомобиля, а также фото и видео паровых машин.
Что интересно, первые паровые двигатели и даже прототип двигателя внутреннего сгорания появились ещё в 17 веке. Но никто не пытался приспособить их для того, чтобы создать средство передвижения, точнее, не пошёл дальше проектов и небольших моделей. Первым, кто смог построить настоящее транспортное средство с двигателем, был француз Никола Жозеф Кюньо. Сначала он пытался построить машину самостоятельно, но на это не хватало денег. Наконец, ему повезло — одно из прошений заинтересовало военного министра, и Кюньо были выделены средства. Проектирование и постройка машины заняла 5 лет. В 1769 году Кюньо представил готовый протопип повозки, движимой действием пара. Машина была довольно массивной, весила более 2 тонн и развивала скорость всего 3-4 км/ч. Кроме того, запаса пара хватало всего на 12 минут, после чего под котлом нужно было вновь разводить костёр.
первый автомобиль в мире — паровая машина Кюньо
В следующем году прошли испытания. К сожалению, конструкция машины была не очень удачной, изобретатель решил, что ведущим должно быть переднее колесо, и к нему прикрепил котёл, в результате чего машина была очень плохо управляемой, для того, чтобы ею рулить, нужно было 2 человека. Это сыграло роковую роль — на испытаниях машина врезалась в кирпичную стену, разрушив её, а паровой котёл взорвался. Военное министерство не стало слушать объяснений изобретателя и забраковало проект.
А на этом видео вы можете посмотреть реконструкцию машины Кюньо в действии:
Следующий шаг сделали англичане. Что интересно, Джеймс Уатт, который получил патент на паровой двигатель, сам не стал строить паровые автомобили и другим запрещал. Запрет был снят лишь в 1800 году, когда действие патента закончилось. И уже в 1801 г. Ричард Тревитик представил первый паровой автомобиль, который он назвал «Пыхтящий дьявол». Вскоре он приспособил машину для пассажирских перевозок. В неё помещалось 9 пассажиров, а скорость машины была 13 км/ч — довольно много по тем временам. Машина Тревитика начала возить пассажиров вЛондоне, но однажды перевернулась. Тогда Тревитик переключился с паровых автомобилей на паровозы.
самоходная машина Тревитика (реконструкция)
На этом видео реконструкция первой машины Тревитика:
Но у Тревитика нашлось множество последователей и вскоре разнообразные паровые машины стали колесить по дорогам Англии. Вот, например, паровой омнибус «Ентерпрайз», сконструированный Вальтером Хэнкоком в 1830 году.
Максимальная скорость омнибуса составляла 32 км/ч, запас хода до 32 км. Для управления им были необходимы три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй – за наличие воды в бойлере, а третий – за поддержание в бойлерах оптимальной температуры.
Но в Англии нашлось и множество противников прогресса. Владельцам конных экипажей не нравились паровые автомобили, со стороны которых они видели конкуренцию, и в 1856 г. под их давлением английский парламент принял закон, согласно которому паровой автомобиль мог передвигаться со скоростью не свыше 6 км/ч, а впереди паровой повозки должен был ехать всадник с красным флагом, предупреждающий окружающих об опасности. Этот закон значительно повредил развитию автомобилестроения в Англии.
В России новые веяния также с трудом пробивали себе дорогу. В 1834 г. в России прошли испытания первого паровоза, построенного братьями Черепановыми, а в 1836 году Василий Петрович Гурьев, инженер путей сообщения, выпустил книгу, в которой подробно описывал свой проект развития транспорта. В ней он доказывал необходимость постройки специальных дорог и использования на них «сухопутных пароходов», т. е. паровых автомобилей. К сожалению, проекты Гурьева так и не были воплощены в жизнь. Остались не реализованными и проекты самоходного транспорта, такие, как «быстрокат» Янкевича и сухопутные поезда Маевского. Да и уже построенные машины не находили поддержки у правительства и российских капиталистов. Так, в 80-е годы 19 в. русский изобретатель Фёдор Блинов построил паровой гусеничный трактор. Этот трактор успешно прошёл все испытания, получал награды на выставках, но денег на серийное производство тракторов изобретатель так и не нашёл.
гусеничный трактор Блинова (модель)
В Европе же изобретатели находили способы приспособить паровой двигатель для всё новых и новых целей. Например, в 1867 г. Сильвестр Роупер поставил его на велосипед, создав аналог современного мотоцикла. К сожалению, мотоциклетный шлем он не изобрёл и однажды разбился, катаясь на своём изобретении.
паровой велосипед Роупера
Видео с паровым велосипедом (реконструкция):
Ну и напоследок разные фото паровых автомобилей 19го и начала 20 в.
Паровой трактор Хорнсби, был построен в 1910 г. в единственном экземпляре для перевозки угля на Аляске.
Паровой автомобиль «Ракета» братьев Стэнли, мог разгоняться более, чем до 200 км/ч
Видео с выставки паровых тракторов:
Источник: