Wynalezienie silników parowych było punktem zwrotnym w historii ludzkości. Gdzieś na przełomie XVII i XVIII wieku nieefektywną pracę ręczną, koła wodne i wiatraki zaczęto zastępować zupełnie nowymi i unikalnymi mechanizmami – silnikami parowymi. To dzięki nim możliwa stała się rewolucja techniczna i przemysłowa oraz cały postęp ludzkości.
Ale kto wynalazł silnik parowy? Komu ludzkość to zawdzięcza? A kiedy to było? Postaramy się znaleźć odpowiedzi na wszystkie te pytania.
Jeszcze przed naszą erą
Historia powstania silnika parowego zaczyna się w pierwszych wiekach p.n.e. Hero of Alexandria opisał mechanizm, który zaczął działać dopiero wtedy, gdy został wystawiony na działanie pary. Urządzenie było kulą, na której zamocowano dysze. Para wydobywała się stycznie z dysz, powodując w ten sposób obrót silnika. Było to pierwsze urządzenie zasilane przez parę.
Twórcą silnika parowego (a dokładniej turbiny) jest Tagi-al-Dinome (arabski filozof, inżynier i astronom). Jego wynalazek stał się szeroko znany wEgipt w XVI wieku. Mechanizm ułożono w następujący sposób: strumienie pary kierowane były bezpośrednio do mechanizmu z łopatkami, a gdy dym opadał, łopatki obracały się. Coś podobnego zaproponował w 1629 roku włoski inżynier Giovanni Branca. Główną wadą wszystkich tych wynalazków było zbyt duże zużycie pary, co z kolei wymagało ogromnej ilości energii i było niewskazane. Rozwój został wstrzymany, gdyż ówczesna naukowa i techniczna wiedza ludzkości nie wystarczała. Ponadto w ogóle nie było potrzeby na takie wynalazki.
Rozwój
Do XVII wieku stworzenie maszyny parowej było niemożliwe. Ale gdy tylko podniosła się poprzeczka dla poziomu rozwoju człowieka, natychmiast pojawiły się pierwsze kopie i wynalazki. Chociaż nikt wtedy nie traktował ich poważnie. Tak więc na przykład w 1663 roku angielski naukowiec opublikował w prasie projekt swojego wynalazku, który zainstalował w zamku Raglan. Jego urządzenie służyło do podnoszenia wody na ścianach wież. Jednak jak wszystko nowe i nieznane, projekt ten został przyjęty z wątpliwościami i nie było sponsorów na jego dalszy rozwój.
Historia powstania silnika parowego zaczyna się od wynalezienia silnika parowo-atmosferycznego. W 1681 roku francuski naukowiec Denis Papin wynalazł urządzenie do wypompowywania wody z kopalni. Początkowo jako siłę napędową użyto prochu, a następnie zastąpiono go parą wodną. Tak narodził się silnik parowy. Ogromny wkład w jego ulepszenie wnieśli naukowcy z Anglii Thomas Newcomen i Thomas Severen. Nieocenioną pomoc udzielił również rosyjski wynalazca samouk Iwan Polzunow.
Nieudana próba Papina
Maszyna parowo-atmosferyczna, daleka od doskonałości w tamtych czasach, przyciągnęła szczególną uwagę w przemyśle stoczniowym. Ostatnie oszczędności D. Papin wydał na zakup małego statku, na którym zaczął montować maszynę parowo-atmosferyczną do podnoszenia wody własnej produkcji. Mechanizm działania polegał na tym, że spadając z wysokości, woda zaczęła kręcić kołami.
Wynalazca przeprowadził testy w 1707 roku na rzece Fulda. Wiele osób zebrało się, aby spojrzeć na cud: statek płynący po rzece bez żagli i wioseł. Jednak podczas testów doszło do katastrofy: eksplodował silnik i zginęło kilka osób. Władze rozzłościły się na nieszczęsnego wynalazcę i zabroniły mu wszelkich prac i projektów. Statek został skonfiskowany i zniszczony, a kilka lat później zmarł sam Papin.
Błąd
Parowiec Papena miał następującą zasadę działania. Na dno cylindra trzeba było wlać niewielką ilość wody. Pod samym cylindrem znajdował się kocioł, który służył do podgrzewania cieczy. Gdy woda zaczęła się gotować, powstała para, rozszerzając się, podniosła tłok. Powietrze zostało wyrzucone z przestrzeni nad tłokiem przez specjalnie wyposażony zawór. Gdy woda się zagotowała i zaczęła opadać para, trzeba było wyjąć kociołek, zamknąć zawór, aby usunąć powietrze i schłodzić ściany cylindra zimną wodą. Dzięki takim działaniom para znajdująca się w cylindrze skondensowała się pod tłokiemrozrzedzenie, a dzięki sile ciśnienia atmosferycznego tłok ponownie wrócił na swoje pierwotne miejsce. Podczas ruchu w dół wykonano pożyteczną pracę. Jednak sprawność silnika parowego Papena była ujemna. Silnik parowca był wyjątkowo nieekonomiczny. A co najważniejsze, był zbyt skomplikowany i niewygodny w użyciu. Dlatego wynalazek Papena od samego początku nie miał przyszłości.
Obserwatorzy
Jednak historia powstania silnika parowego na tym się nie skończyła. Następnym, już znacznie bardziej udanym niż Papen, był angielski naukowiec Thomas Newcomen. Przez długi czas studiował twórczość swoich poprzedników, skupiając się na słabościach. I czerpiąc z ich pracy to, co najlepsze, w 1712 r. stworzył własną aparaturę. Nowy silnik parowy (na zdjęciu) został zaprojektowany w następujący sposób: zastosowano cylinder, który znajdował się w pozycji pionowej, a także tłok. Ten Nowicjusz zaczerpnął z dzieł Papina. Jednak para utworzyła się już w innym kotle. Całą powłokę mocowano wokół tłoka, co znacznie zwiększyło szczelność wewnątrz cylindra parowego. Maszyna ta była również parowo-atmosferyczna (woda wydobywała się z kopalni pod ciśnieniem atmosferycznym). Głównymi wadami wynalazku były jego masywność i nieefektywność: maszyna „zjadła” ogromną ilość węgla. Przyniosło to jednak znacznie więcej korzyści niż wynalezienie Papena. Dlatego od prawie pięćdziesięciu lat jest używany w lochach i kopalniach. Służył do wypompowywania wód gruntowych, a także do osuszania statków. Thomas Newcomen próbował przerobić swój samochódaby mógł być używany do ruchu. Jednak wszystkie jego próby nie powiodły się.
Następnym naukowcem, który się ogłosił, był D. Hull z Anglii. W 1736 roku zaprezentował światu swój wynalazek: maszynę parowo-atmosferyczną, której napędem były koła łopatkowe. Jego rozwój był bardziej pomyślny niż Papin. Natychmiast zwolniono kilka takich statków. Były używane głównie do holowania barek, statków i innych jednostek pływających. Jednak niezawodność maszyny parowo-atmosferycznej nie budziła zaufania, a statki były wyposażone w żagle jako główny napęd.
I chociaż Hull miał więcej szczęścia niż Papin, jego wynalazki stopniowo traciły na znaczeniu i zostały porzucone. Jednak ówczesne maszyny parowo-atmosferyczne miały wiele konkretnych niedociągnięć.
Historia silnika parowego w Rosji
Następny przełom nastąpił w Imperium Rosyjskim. W 1766 r. w zakładzie metalurgicznym w Barnauł powstał pierwszy silnik parowy, który za pomocą specjalnych mieszków dostarczał powietrze do pieców do topienia. Jej twórcą był Iwan Iwanowicz Polzunow, który za zasługi dla ojczyzny otrzymał nawet stopień oficerski. Wynalazca przedstawił swoim przełożonym plany i plany „maszyny ogniowej” zdolnej do zasilania miecha.
Jednak los zażartował z Polzunovem: siedem lat po zaakceptowaniu jego projektu i złożeniu samochodu, zachorował i zmarł z powodu konsumpcji - zaledwie tydzień przed rozpoczęciem testówsilnik. Jednak jego instrukcje wystarczyły, aby uruchomić silnik.
Tak więc, 7 sierpnia 1766, parowóz Polzunowa został uruchomiony i obciążony. Jednak w listopadzie tego samego roku zepsuł się. Powodem okazały się zbyt cienkie ścianki kotła, nieprzeznaczone do załadunku. Co więcej, wynalazca napisał w swoich instrukcjach, że ten kocioł może być używany tylko podczas testów. Wyprodukowanie nowego kotła łatwo by się opłaciło, bo sprawność silnika parowego Polzunowa była dodatnia. Przez 1023 godziny pracy z jego pomocą wytopiono ponad 14 funtów srebra!
Ale pomimo tego nikt nie zaczął naprawiać mechanizmu. Parowóz Polzunowa przez ponad 15 lat kurzył się w magazynie, podczas gdy świat przemysłu nie stał w miejscu i rozwijał się. A potem został całkowicie rozebrany na części. Najwyraźniej w tamtym momencie Rosja nie dorosła jeszcze do silników parowych.
Wymagania czasów
Tymczasem życie nie stało w miejscu. A ludzkość nieustannie myślała o stworzeniu mechanizmu, który pozwoli nie polegać na kapryśnej naturze, ale kontrolować sam los. Wszyscy chcieli jak najszybciej porzucić żagiel. Dlatego kwestia stworzenia mechanizmu parowego stale wisiała w powietrzu. W 1753 r. w Paryżu ogłoszono konkurs wśród rzemieślników, naukowców i wynalazców. Akademia Nauk ogłosiła nagrodę dla tych, którzy potrafią stworzyć mechanizm, który zastąpi siłę wiatru. Ale pomimo tego, że w konkursie brały udział takie umysły jak L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i inni, nikt nie złożył sensownej propozycji.
Minęły lata. I rewolucja przemysłowaobejmował coraz więcej krajów. Wyższość i przywództwo wśród innych mocarstw niezmiennie szło do Anglii. Pod koniec XVIII wieku to właśnie Wielka Brytania stała się twórcą wielkiego przemysłu, dzięki czemu zdobyła tytuł światowego monopolisty w tej branży. Kwestia silnika mechanicznego z każdym dniem stawała się coraz bardziej aktualna. I taki silnik powstał.
Pierwszy na świecie silnik parowy
1784 wyznaczył punkt zwrotny w rewolucji przemysłowej dla Anglii i świata. A osobą odpowiedzialną za to był angielski mechanik James Watt. Stworzony przez niego silnik parowy był największym odkryciem stulecia.
James Watt od kilku lat bada rysunki, budowę i zasady działania maszyn parowo-atmosferycznych. I na podstawie tego wszystkiego doszedł do wniosku, że dla sprawności silnika konieczne jest wyrównanie temperatur wody w cylindrze i pary, która dostaje się do mechanizmu. Główną wadą maszyn parowo-atmosferycznych była ciągła potrzeba chłodzenia cylindra wodą. Było to kosztowne i niewygodne.
Nowy silnik parowy został zaprojektowany inaczej. Tak więc cylinder był zamknięty w specjalnym płaszczu parowym. W ten sposób Watt osiągnął swój stały stan rozgrzania. Wynalazca stworzył specjalne naczynie zanurzone w zimnej wodzie (skraplacz). Do niego przymocowano cylinder za pomocą rury. Kiedy para została wypuszczona w cylindrze, dostała się do skraplacza przez rurę i tam zamieniła się z powrotem w wodę. Pracując nad ulepszeniem swojej maszyny, Wattstworzył próżnię w kondensatorze. W ten sposób skondensowała się w nim cała para wydobywająca się z cylindra. Dzięki tej innowacji znacznie przyspieszono proces rozprężania pary, co z kolei umożliwiło wydobycie znacznie większej ilości energii z tej samej ilości pary. To było koronne osiągnięcie.
Twórca silnika parowego zmienił również zasadę dopływu powietrza. Teraz para najpierw wpadła pod tłok, podnosząc go, a następnie zbierała się nad tłokiem, opuszczając go. W ten sposób zaczęły działać oba skoki tłoka w mechanizmie, co wcześniej nie było nawet możliwe. A zużycie węgla na 1 KM było czterokrotnie mniejsze niż odpowiednio w przypadku maszyn parowo-atmosferycznych, co starał się osiągnąć James Watt. Lokomotywa parowa bardzo szybko podbiła najpierw Wielką Brytanię, a potem cały świat.
Charlotte Dundas
Po tym, jak cały świat był zdumiony wynalazkiem Jamesa Watta, rozpoczęło się powszechne stosowanie silników parowych. Tak więc w 1802 r. W Anglii pojawił się pierwszy statek dla pary - łódź Charlotte Dundas. Jej twórcą jest William Symington. Łódź służyła do holowania barek wzdłuż kanału. Rolę manipulatora na statku pełniło koło łopatkowe zamontowane na rufie. Łódź za pierwszym razem pomyślnie przeszła testy: holowała dwie ogromne barki 18 mil w sześć godzin. Jednocześnie bardzo przeszkadzał mu wiatr w twarz. Ale on to zrobił.
A jednak został wstrzymany, ponieważ obawiali się, że z powodu silnych fal, które powstały pod kołem wiosłowym, brzegi kanału zostaną wymyte. Przy okazji, włączCharlotte została przetestowana przez człowieka, którego cały świat dziś uważa za twórcę pierwszego parowca.
Pierwszy parowiec na świecie
Angielski stoczniowiec Robert Fulton od młodości marzył o parowym statku. A teraz jego marzenie się spełniło. W końcu wynalazek silników parowych był nowym impulsem w przemyśle stoczniowym. Wraz z posłem z Ameryki R. Livingstonem, który przejął rzeczową stronę sprawy, Fulton podjął się projektu statku z silnikiem parowym. Był to złożony wynalazek oparty na pomyśle wiosła. Wzdłuż boków statku ciągnęły się w rzędzie płyty imitujące wiele wioseł. W tym samym czasie płyty od czasu do czasu przeszkadzały sobie nawzajem i pękały. Dziś śmiało możemy powiedzieć, że ten sam efekt można było osiągnąć przy pomocy zaledwie trzech lub czterech płytek. Ale z punktu widzenia ówczesnej nauki i technologii było to nierealne. W związku z tym stoczniowcy mieli znacznie trudniejszy czas.
W 1803 roku wynalazek Fultona został przedstawiony światu. Parowiec poruszał się powoli i równomiernie wzdłuż Sekwany, uderzając w umysły i wyobraźnię wielu naukowców i osobistości w Paryżu. Jednak rząd napoleoński odrzucił projekt, a niezadowoleni stoczniowcy zostali zmuszeni do szukania szczęścia w Ameryce.
W sierpniu 1807 roku wzdłuż Zatoki Hudsona przepłynął pierwszy na świecie parowiec o nazwie Claremont, w którym brał udział najpotężniejszy silnik parowy (na zdjęciu). Wielu wtedy po prostu nie wierzyło w sukces.
Clermont wyruszył w swój dziewiczy rejs bez ładunku i pasażerów. Nikt nie chciał iść dopodróżować na pokładzie statku ziejącego ogniem. Ale już w drodze powrotnej pojawił się pierwszy pasażer – miejscowy rolnik, który za bilet zapłacił sześć dolarów. Został pierwszym pasażerem w historii firmy żeglugowej. Fulton był tak poruszony, że dał śmiałkowi dożywotnią przejażdżkę na wszystkich swoich wynalazkach.
