 |
|
Винайдення та розвиток парової машини
Парова машина була винайдена в XVIII ст., коли основний недолік гідросилових установок — залежність від місця розташування джерел гідравлічної енергії, що був несуттєвим при будівництві зернових млинів, почав сильно перешкоджати розвитку металургійних підприємств, головним чином через неможливість застосувати водяні колеса для відкачування води з копалень, віддалених від джерел водної енергії. Можливість перевезення палива зробила тепловий двигун незалежним від місця розташування джерела енергії і дозволила вирішувати задачу водовідливу у копальнях, в результаті чого паросилові насосні установки першими з'явилися саме там.
Парова машина Томаса Севері
Перша спроба поставити пару на службу людині була зроблена в Англії в 1698 році: машина Т. Севері призначалася для осушення шахт і перекачування води. Сам винахідник назвав її «вогневою машиною» (fire engine) і «другом шахтарів» (miner's friend)[1][2] Для одержання пари, що приводили машину в дію, був потрібний вогонь. Але винахід Т. Севері ще не був двигуном у повному розумінні цього слова, оскільки крім декількох клапанів, що відкривалися і закривалися вручну, у ньому не було інших механізмів.
Машина Т. Севері працювала наступним чином: спочатку герметичний резервуар наповнявся парою, потім зовнішня поверхня резервуара охолоджувалася холодною водою, від чого пара конденсувалася, і в резервуарі створювався частковий вакуум. У результаті цього вода із дна шахти засмоктувалася в резервуар через забірну трубу і після впуску чергової порції пари викидалася назовні через випускну трубу. Потім цикл повторювався. Таким способом воду можна було засмоктувати з глибини меншої за 10 метрів, оскільки в дійсності її виштовхував атмосферний тиск.
Парова машина Дені Папена
Перша вдала парова машина з поршнем була побудована французом Дені Папеном (фр. Denis Papin), чиє ім'я частіше асоціюється з винаходом автоклава.
У 1674 році Д. Папен побудував пороховий двигун, принцип дії якого ґрунтувався на запаленні в циліндрі пороху і переміщенні поршня усередині циліндра під впливом порохових газів. Коли надлишок газів виходив з циліндра через спеціальний клапан, а газ, що залишився, охолоджувався, у циліндрі створювався частковий вакуум, і поршень повертався у вихідне положення під дією атмосферного тиску.
Машина була не дуже вдалою, але вона навела Д. Папена на думку замінити порох водою. І у 1698 році він побудував парову машину (як і англієць Т. Севері). Вода нагрівалася усередині вертикального циліндра з поршнем усередині, і пара, що утворилася, штовхала поршень нагору. Коли пара прохолоджувалася і конденсувалася, поршень опускався вниз під дією атмосферного тиску. Таким чином, за допомогою системи блоків парова машина Д. Папена могла приводити в рух різні механізми, наприклад насоси.
Парова машина Томаса Ньюкомена
Почувши про парову машину Д. Папена, Томас Ньюкомен, що часто бував на шахтах у Вест Кантрі (південно-західний регіон Англії), де він працював ковалем, і краще ніж будь-хто розумів необхідність продуктивних насосів для запобігання затопленню шахт. Він об'єднав зусилля з водопровідником і лудильником Дж. Коулі у спробі побудувати досконалішу модель.
Їх перша парова машина була встановлена на вугільній шахті в Стаффордширі у 1712 році. Як і в машині Д. Папена, поршень переміщався у вертикальному циліндрі, але в цілому машина Т. Ньюкомена була виготовлена якісніше.