Рейтинг фильтров для воды

Мы протестировали и выбрали лучшее очистное оборудование и бытовые фильтры

История первой паровой машины, изобретенной Дени Папеном

История развития паровых машин насчитывает множество типов и разновидностей, создателями которых являлись выдающиеся умы разных эпох. Одним из таких изобретателей был француз Дени Папен.

Рассмотрим факты из жизни Дени Папена, историю изобретения первой паровой машины, ее особенности и вклад в развитие этого направления в механике.

Главные факты об изобретателе

Дени Папен родился во Франции 22 августа 1647 года, получил образование врача, которым впоследствии так и не стал. Переломным моментом в его судьбе стала работа помощником у знаменитого, на тот момент, голландского физика Гюйгенса. Именно с этого времени Дени стал изучать физику и начались его первые открытия.

Физик известен следующими изобретениями:

  1. foto48467-2Написал книгу «Новые опыты с пустотой». Книга была написана в 1674 и посвящена опытам и разработкам воздействия вакуума на живые организмы и растения.
  2. Изобретение варочного котла, предка современной пароварки. Изобретение было сделано в 1679 году.
  3. В ходе изучения влияния формирования давления газов, создал усовершенствованный пороховой двигатель.
  4. В 1690 году представил первый поршневой паровой двигатель.

В жизни изобретателя было еще много интересных фактов, таких как: изобретение центробежных насосов, плавильных печей, повозок на паровой тяге. Папен поразил многих в 1707 году, когда смог проплыть по реке Везеру на первом катере с паровым двигателем.


Кто подсказал идею конструкции?

Разработку первой паровой машины помог осуществить физик Готфрид Лейбниц. Он также изучал действие пара и в ходе совместных переписок подсказал многие критерии конструкции нового двигателя.

Первый двигатель был сконструирован на основе разработок Сэйвери, который сделал насос, работающий на пару, но за счет создания вакуума. Вакуум создавался за счет разницы давления и температуры охлажденного и горячего пара.

Когда была изобретена?

1690 стал годом создания первой паровой машины конструкции Дени Папена. Именно им была использована конструкция гильзы и поршня. В своей разработке изобретатель использовал такие технические новшества как: клапан вывода избыточного давления, систему повторного использования пара и свойства пара к конденсации.

Как разрабатывалось изобретение?

foto48467-3Изобретение паровой машины началось с момента работы будущего изобретателя с физиком Гюйгенсом.

Именно в это время Папен начал изучать влияние газов и вакуума на различные среды с их дальнейшим практическим использованием.

Первой разработкой стал клапан для емкости с вакуумом. Клапан позволял регулировать уровень воздуха в емкости. Впоследствии этот клапан, но усовершенствованный подвесным грузом, стал использоваться в паровой машине для поднятия воды из шахт.

Практическое применение давления пара ученым было найдено в паровом котле. Он смог создать полностью герметичный котел, в котором кипела вода, а лишнее давление пара стравливалось через специальный клапан. При этом давление регулировалось за счет утяжеления клапана.

Еще одним шагом стало открытие зависимости скорости кипения воды от величины давления. Паровой котел был сделан максимально герметично, а клапан с грузом позволял увеличивать давление пара для увеличения скорости парообразования.

Варочный котел позволил изобретателю начать изыскания в области формирования давления при образовании пара. Он стал изучать давление и его влияние на предметы, что привело к созданию порохового парового двигателя.

Эта разработка уже имела герметичную гильзу с поршнем. Поршень в гильзе поднимался за счет пороховых газов, которые возникали в результате воспламенения пороха в нижней части гильзы.


Папен смог создать систему отвода газов: одна часть выводилась в атмосферу, другая переводилась к верхней части гильзы. За счет разницы в температуре, газы конденсировались, и поршень под силой тяжести атмосферного давления опускался на дно гильзы.

Недостатком этого устройства стала большая взрывоопасность и необходимость частой смены пороховых зарядов. Такой двигатель нельзя было использовать для откачки воды из подземных шахт.

В 1690 году физик решил заменить порох на воду. Двигатель работал примерно по принципу порохового, но позволял вырабатывать больше энергии для поднятия поршня.

После создания первого поршневого парового двигателя Папен выпустил вторую машину, где использовал принцип парообразования в отдельном котле. Это устройство должно было использоваться для откачки воды, но патент на его изобретение физик получить не смог, его опередил Сэйвери.

Фото

foto48467-4

foto48467-5

Принцип работы и схема

Первая паровая машина Папена представляла собой простой, одноцилиндровый, вакуумный двигатель, работающий на энергии пара.

Устройство состояло из:

  • металлической гильзы, которая также была котлом машины и емкостью для воды;
  • поршня со штоком;
  • клапана давления в камере — клапан снижал давление, и переводил пар за головку поршня;
  • стопора.

Принцип работы устройства заключался в следующем:

  1. Нижняя часть гильзы наполнялась водой. При этом поршень находился в нижнем положение.
  2. Гильза устанавливалась на печь.
  3. Вода закипала, пар расширялся и созданным давлением толкал поршень вверх.
  4. Избыток пара выводился в атмосферу, некоторая его часть попадала за поршень, через клапан, а поднятый поршень фиксировался стопором.

Для того, чтобы поршень вернулся в исходное положение, требовалось охладить гильзу, дождаться конденсации остатков пара в верхней части гильзы. Только после этого поршень под тяжестью атмосферного давления и собственного веса опускался вниз.

Для того чтобы машина работала в постоянном режиме, требовалось управлять рукояткой стопора и постоянно охлаждать верхнюю часть гильзы.

Особенности

К особенностям первой паровой машины можно отнести:

  1. foto48467-6Это был первый поршневой двигатель, использующий принцип сжатия/разжатия и преобразования энергии пара в механическое движение.
  2. В изобретении использовалась первая наработка системы парораспределения и повторного применения отработанного пара.
  3. Применялся клапан, который переводил отработанный пар на конденсацию.

Также особенностью являлся шток, который мог служить в качестве привода. Изобретатель оснастил свою машину стопором фиксации поршня. Он использовался в качестве прерывателя работы двигателя, так как охлаждение проводилось через снятие гильзы с огня.


Экологичность устройства

Что касается экологичности, то машина была намного безопаснее первой разработки, для которой использовалась энергия взрыва пороха. Пар производился из чистой воды и не создавал вредных выбросов в экологию.

Также не было и конденсата, который выводился через клапан, обратно в нижнюю часть гильзы. Данное устройство могло работать в паре с насосом для откачки воды из шахт.

Значение

Двигатель Папена не был внедрен в промышленность тех времен, но стал основой для разработок других изобретателей:

  1. Томас Ньюкомен на основе машины Папена изобрел двигатель для насосной станции. За эталон он взял всю специфику работы предыдущего устройства, но с некоторыми доработками. Основой стал котел, который был отделен от общей схемы.

    Теперь охлаждение и возврат поршня осуществлялся только конденсатом. Не было необходимости снимать котел с печи. Также отдельный котел позволил увеличить объем используемой воды и повысить температуру огня.

  2. Следующей поршневой машиной стал двигатель Уайта. Изобретатель смог отказаться от использования атмосферного давления и негерметичного поршня. За основу работоспособности устройства были взяты разработки Папена в области работы с давлением пара.
Первые паровые машины стали прорывом. Они разрабатывались, в основном, для работы насосов в шахтах и подачи воды на промышленные предприятия того времени. Ученый смог задать курс на создание вакуумных поршневых двигателей, сделав огромный вклад в изучение парового давления.

Заключение

Первый паровой двигатель не смог найти себе достойного применения в технике. Но он стал эталонным в ходе дальнейших разработок в этом направлении. Дени Папену удалось наделить обычный ручной насос энергией пара и сделать его настоящим двигателем.

А какова Ваша оценка данной статье?
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...