Zgodovina izuma parnih strojev. Ustvarjanje parnega stroja

Možnosti uporabe pare so bile znane že na začetku našega obdobja. To potrjuje naprava Geronovsky eolipil, ki jo je ustvaril grški mehanik Heron of Alexandria. Starodavni izum lahko pripišemo parni turbini, katere krogla se je vrtela zaradi moči curkov vodne pare.

Prilagoditev pare za motor je postala možna v XVII. Stoletju. Ta izum se dolgo ni uporabljal, vendar je pomembno prispeval k razvoju človeštva. Poleg tega je zgodovina izuma parnih strojev zelo vznemirljiva.

Koncept

Parni stroj je sestavljen iz zunanjega toplotnega motorja, ki zaradi energije vodne pare ustvarja mehansko gibanje bata, ki nato vrti gred. Moč parnega stroja se običajno meri v vatih.

Zgodovina izuma

Zgodovina izuma parnih strojev je povezana z znanjem stare grške civilizacije. Dolgo časa nihče ni uporabil del tega obdobja. V XVI. Stoletju je bil skušan ustvariti parno turbino. Turški fizik in inženir Takiyuddin ash-Shami je delal v Egiptu.

Zanimanje za ta problem se je ponovno pojavilo v XVII. Stoletju. Leta 1629 je Giovanni Branca predlagal svojo različico parne turbine. Vendar je izum izgubil veliko energije. Nadaljnji razvoj je zahteval ustrezne gospodarske pogoje, ki se bodo pojavili pozneje.

Prvi, ki je izumil parni stroj, je Denis Papen. Izum je bil cilinder z batom, ki se dviguje zaradi pare in se spušča zaradi kondenzacije. Isto načelo delovanja je imelo naprave Severyja in Newcomena (1705). Oprema, ki se uporablja za črpanje vode iz delovanja pri pridobivanju mineralov.

Napravo je Watt končno izboljšal leta 1769.

Izumi Denis Papen

Denis Papen je bil zdravnik. Rojen v Franciji, leta 1675 se je preselil v Anglijo. Znan je po številnih iznajdbah. Eden od njih je lonec na pritisk, ki se je imenoval "Papen kotel".

Uspelo mu je prepoznati odnos med obema pojavoma, in sicer vrelišče tekočine (vode) in nastajajočega tlaka. Zaradi tega je ustvaril zapečaten kotel, v katerem se je povečal tlak, zaradi česar se je voda začela vreti kasneje kot običajno, temperatura obdelave pa se je povečala. Tako se je hitrost kuhanja povečala.

Leta 1674 je medicinski izumitelj ustvaril prašni motor. Njegova naloga je bila, da ko se je prah vžgal, se je bat premaknil v valj. V valju je nastal šibek vakuum in atmosferski tlak je vrnil bat na njegovo mesto. Plinski elementi, ki so nastali pri tem postopku, so izstopili skozi ventil, ostalo pa se je ohladilo.

Do leta 1698 je Papen uspel ustvariti agregat na istem principu, ne da bi delal na smodniku, ampak na vodi. Tako je nastal prvi parni stroj. Kljub znatnemu napredku, ki bi ga ta ideja lahko vodila, izumitelju ni prinesla pomembnih koristi. Razlog za to je dejstvo, da je prej različni mehanik, Seyver, že patentiral parno črpalko in še ni izumil nobene druge uporabe za takšne enote.

Denis Papen je umrl v Londonu leta 1714. Kljub temu, da je izumil prvi parni stroj, je ta svet zapustil v potrebnosti in samoti.

Izumi Thomasa Newcomena

Bolj uspešen v smislu dividend je bil Anglež Newcomen. Ko je Papen ustvaril avto, je bil Thomas star 35 let. Skrbno je preučil delo Saverija in Papena in je lahko razumel pomanjkljivosti obeh struktur. Od njih je vzel vse najboljše ideje.

Že leta 1712 je v sodelovanju s svetovalcem za steklo in vodne delavnice Johnom Calliejem ustvaril svoj prvi model. Tako se je nadaljevala zgodovina izuma parnih strojev.

Ustvarjeni model lahko na kratko pojasnite na naslednji način:

• Zasnova je v sebi združila navpični valj in bat, kot v Papenu.
• Nastanek pare je potekal v ločenem kotlu, ki je deloval po principu stroja Saveri.
• Tesnost v parnem valju je dosegla koža, ki je bila prekrita z batom.

Enota Newcomen je dvignila vodo iz rudnikov z atmosferskim tlakom. Stroj se je razlikoval po svoji trdni velikosti in je potreboval veliko količino premoga za delovanje. Kljub tem pomanjkljivostim je bil model Newcomen v rudnikih uporabljen že pol stoletja. Dovolila je celo, da ponovno odpre rudnike, ki so bili zapuščeni zaradi poplavljanja s podtalnico.

Leta 1722 je Newcomenova ideja dokazala svojo učinkovitost s črpanjem vode z ladje v Kronstadtu v samo dveh tednih. Sistem z mlin na veter lahko to naredim v enem letu.

Ker je bil avto ustvarjen na osnovi zgodnjih različic, angleški mehanik ni mogel dobiti patenta za to. Oblikovalci so skušali izum uporabiti za gibanje vozila, vendar ga ni uspelo. Istočasno se zgodovina izuma parnih strojev ni ustavila.

Wattov izum

Prvi, ki je izumil opremo, je kompaktne velikosti, vendar dovolj močan, James Watt. Parni stroj je bil prvi te vrste. Mehanik z Univerze v Glasgowu je leta 1763 začel popravljati parno enoto Newcomen. Kot rezultat popravila je razumel, kako zmanjšati porabo goriva. Za to je bilo potrebno jeklenko ohranjati v stalno segretem stanju. Vendar pa Wattov parni stroj ni mogel biti pripravljen, dokler se ne reši problem kondenzacije pare.

Odločitev je prišla takrat, ko je mehanik hodil mimo pralnic in opazil, da so pod pokrovi kotlov izhajali pare. Spoznal je, da je para plin in da se mora premikati v valju z zmanjšanim tlakom.

Po doseganju tesnosti v parnem cilindru z uporabo konopljine vrvi, namočene v olju, je Watt uspel opustiti atmosferski tlak. To je bil velik korak naprej.

Leta 1769 je mehanik prejel patent, v katerem je navedeno, da bo temperatura motorja v parnem stroju vedno enaka temperaturi pare. Vendar pa zadeve nesrečnega izumitelja niso šle tako dobro kot pričakovano. Bil je prisiljen vložiti patent za dolgove.

Leta 1772 se je srečal z Matthewom Boltonom, ki je bil bogat industrijalec. Kupil je in se vrnil Wattu s svojimi patenti. Izumitelj se je vrnil na delo, podprt s strani Boltona. Leta 1773 je Wattov parni stroj opravil preizkus in pokazal, da porabi premog manj kot njegovi kolegi. Leto kasneje se je v Angliji začel izpust njegovih avtomobilov.

Leta 1781 je izumitelj uspel patentirati svojo naslednjo stvaritev - parni stroj za pogon industrijskih strojev. Čez nekaj časa bodo vse te tehnologije omogočile premikanje vlakov in parnih plovil s pomočjo pare. To bo popolnoma spremenilo življenje osebe.

Eden od ljudi, ki so spremenili življenje mnogih, je bil James Watt, katerega parni stroj je pospešil tehnični napredek.

Izum Polzunova

Projekt prvega parnega stroja, ki bi lahko aktiviral različne delovne mehanizme, je nastal leta 1763. Razvil jo je ruski mehanik I.Polzunov, ki je delal na rudarskih obratih v Altaju.

Vodja tovarne je bil seznanjen s projektom in dobil odobritev za izdelavo naprave iz Sankt Peterburga. Parni stroj Polzunova je bil priznan, delo na njegovi izdelavi pa je bilo dodeljeno avtorju projekta. Slednji je želel najprej sestaviti model v miniaturi, da bi odkril in odpravil morebitne pomanjkljivosti, ki niso vidne na papirju. Vendar mu je bilo ukazano, da začne graditi velik, močan stroj.

Polzunov je dobil pomočnike, od katerih sta bila dva nagnjena k mehaniki, dva pa sta opravila pomožno delo. Vzpostavitev parnega stroja je trajala eno leto in devet mesecev. Ko je bil Polzunov parni stroj skoraj pripravljen, je zbolel s porabo. Ustvarjalec je umrl nekaj dni pred prvimi testi.

Vsa dejanja v avtomobilu so bila avtomatska, lahko je delala neprekinjeno. To je bilo dokazano leta 1766, ko so študenti Polzunova izvedli zadnje teste. Mesec dni kasneje je oprema začela obratovati.

Avto ni samo izplačal porabljenega denarja, temveč je tudi prinesel dobiček svojim lastnikom. Do jeseni je lonec iztekel in delo se je ustavilo. Enoto je bilo mogoče popraviti, vendar tovarniški šefi niso bili zainteresirani. Avto je bil zapuščen in desetletje kasneje razstavljen zaradi neuporabnosti.

Načelo delovanja

Za delovanje celotnega sistema je potreben parni kotel. Nastala para se razširi in pritisne na bat, kar povzroči gibanje mehanskih delov.

Načelo delovanja je najbolje raziskati na spodnji sliki.

Če ne boste barvali podrobnosti, potem je delo parnega motorja pretvorba energije pare v mehansko gibanje bat.

Koeficient učinkovitosti

Učinkovitost parnega stroja je določena z razmerjem uporabnosti mehansko delo glede na porabljeno toploto, ki jo vsebuje gorivo. Energija, ki se sprosti v okolje kot toplota, se ne upošteva.

Učinkovitost parnega stroja se meri v odstotkih. Praktična učinkovitost bo 1-8%. V prisotnosti kondenzatorja in razširitve pretočnega dela se lahko indikator poveča na 25%.

Koristi

Glavna prednost parne opreme je, da kotla lahko uporablja katerikoli vir toplote, tako premog kot uran, kot gorivo. To se bistveno razlikuje od motorja z notranjim zgorevanjem. Glede na vrsto slednjega je potrebna določena vrsta goriva.

Zgodovina izuma parnih strojev je pokazala prednosti, ki so še danes opazne, saj se jedrska energija lahko uporablja za parni analog. Samo po sebi jedrski reaktor ne morejo pretvoriti svoje energije v mehansko delo, vendar lahko oddaja veliko količino toplote. Nato se uporablja za oblikovanje pare, ki bo dala avto v gibanje. Sončno energijo lahko uporabimo na enak način.

Lokomotive, ki delajo na paru, se dobro kažejo na visoki nadmorski višini. Učinkovitost njihovega dela ne trpi zaradi zmanjšanega atmosferskega tlaka v gorah. Lokomotive se še vedno uporabljajo v gorah Latinske Amerike.

Avstrija in Švica uporabljata nove različice lokomotiv za suho paro. Izkazujejo visoko učinkovitost zaradi številnih izboljšav. Ne zahtevajo vzdrževanja in porabe frakcij lahkega olja kot goriva. Po ekonomskih kazalnikih so primerljivi s sodobnimi električnimi lokomotivi. Hkrati so lokomotive veliko lažje od dizelskih in električnih. To je velika prednost v gorskih razmerah.

Slabosti

Slabosti so predvsem nizka učinkovitost. K temu dodajte še okorno obliko in nizko hitrost. To je postalo še posebej opazno po videzu motorja z notranjim zgorevanjem.

Uporaba

Kdo je izumil parni stroj je že znan. Še vedno je treba ugotoviti, kje so bili uporabljeni. Do sredine 20. stoletja so se v industriji uporabljali parni stroji. Uporabljali so se tudi za železniški in parni transport.

Rastline, ki so jih izkoriščale parni stroji :

• sladkor;
• ujemanje;
• papirnice;
• tekstil;
• živilskih podjetij (v nekaterih primerih).

Parni turbine spadajo tudi v to opremo. Proizvajalci električne energije z njihovo pomočjo še vedno delujejo. Približno 80% svetovne električne energije se proizvaja s parnimi turbinami.

Naenkrat so nastali različni načini prevoza, ki delujejo na parnem stroju. Nekateri se niso ukvarjali zaradi nerešenih problemov, drugi pa še danes delajo.

Vozila s parnim strojem: t

• avtomobil;
• traktor;
• bager;
• letalo;
• lokomotiva;
• ladje;
• vlačilec

Takšna je zgodovina izuma parnih strojev. Na kratko si lahko ogledate dober primer dirkalnega avtomobila Serpolla, ki je nastal leta 1902. Postavljen je bil svetovni rekord za hitrost, ki je znašala 120 km na uro na kopnem. Zato so bili parni avtomobili konkurenčni glede električnih in bencinskih koles.

Tako je bilo v ZDA leta 1900 proizvedenih največ parnih strojev. Srečali so se na cesti do tridesetih let dvajsetega stoletja.

Večina tega prevoza je postala nepriljubljena po videzu motorja z notranjim zgorevanjem, katerega učinkovitost je veliko večja. Ti stroji so bili bolj ekonomični, lahki in hitri.

Steampunk kot duh obdobja parnih strojev

Ko že govorimo o parnih strojih, želim omeniti popularno smer - steampunk. Izraz sestavljata dve angleški besedi - "pari" in "protest". Steampunk je vrsta znanstvene fantastike, ki pripoveduje o drugi polovici XIX. Stoletja v viktorijanski Angliji. To obdobje v zgodovini se pogosto imenuje starost para.

Vsa dela imajo eno značilnost - pripovedujejo o življenju druge polovice XIX. Stoletja, slog pripovedi spominja na roman Herberta Wellsa »Časovni stroj«. Parcele opisujejo krajino mesta, javne zgradbe, opremo. Posebno mesto imajo zračne ladje, stari avtomobili, domišljijski izumi. Vsi kovinski deli so bili pritrjeni z zakovicami, saj varjenje še ni bilo.

Izraz "steampunk" se je pojavil leta 1987. Njegova priljubljenost je povezana s prihodom romana "Machine Difference". Napisal ga je leta 1990 William Gibson in Bruce Sterling.

V začetku XXI. Stoletja je v tej smeri izšlo več znanih filmov:

• "Time Machine";
• League of Outstanding Gentlemen;
• "Van Helsing."

Med predhodniki steampunk-a sodijo dela Julesa Verna in Gregoryja Adamova. Občasno se zanimanje za to področje kaže v vseh sferah življenja, od filma do športne obleke.