Кто и когда создал универсальную паровую машину?

Что это значит?

Универсальной паровой машиной называется устройство, которое может использоваться в качестве привода для механизмов, различных по своему типу и назначению.

Первые машины, работающие на пару, создавались для конкретного устройства. Они работали приводами для шахтных насосов и не могли применяться для другого оборудования. Также проблемой этих устройств был маленький КПД и ненадежность конструкции.

Попытки установки первых паровых двигателей на транспорт не увенчались успехом из-за их малой производительности и мощности.

Устройство и принцип работы

Универсальная паровая машина была создана на основе двигателя Ньюкомена, но имела ряд существенных доработок. Она состояла из:

1. Котла- парообразователя. Котел располагался отдельно от машины.

   Представлял собой металлическую емкость высокой прочности с топкой, емкостью для воды и системой отвода пара.

2. Поршня — распределителя пара. Он выполнял роль распределителя и конденсатора.
3. Основного рабочего поршня. Распределительный и основной поршни отличались диаметром. Основной был больше, так как в него нагнетался пар высокого давления.
4. Двух поршневых штоков. Каждый крепился к задним стенкам поршней.
5. Двух гильз разного диаметра.
6. Центральной тяги. Она скрепляла два штока.
7. Основная тяга. Соединяла шток основного поршня с маховым колесом. Соединение выполнялось через кривошип.
8. Маховое колесо с набором шестерен. Колесо было с планетарным механизмом для балансировки вращения.
9. Регулятор оборотов и давления. Посредством троса регулятор соединялся с основным каналом впрыска пара. Регулировка производилась смещением золотникового поршня.
10. Система трубок для впрыска и отвода пара.

Работала машина следующим образом:

• в герметичном котле образовывался пар;
• через главный впускной трубопровод пар поступал в гильзу распределителя;
• высокое давление пара сдвигало поршень, при этом открывался канал подачи пара в основной цилиндр;
• пар сдвигал основной поршень, при этом центральная тяга смещала поршень-распределитель в верхнее положение;
• смещенный поршень открывал канал впрыска пара в основную гильзу для смещения поршня из нижнего, в верхнее положение.

Таким образом осуществлялась работа двигателя. Впрыск в основной цилиндр выполнялся поочередно в верхнюю и нижнюю часть. Так создавалось обратно-поступательное движение. Образование вращательного движения выполнялось посредством смещения ведомой тяги, соединенной через кривошип с маховым колесом.

В машине использовался принцип повторного использования пара. Большая его часть отводилась в конденсатор, и лишь малая доля выводилась в атмосферу.

Кто изобрел?

Изобретателем первой универсальной паровой машины считается шотландский инженер Джеймс Уатт. Именно он получил в 1769 году патент на изобретенный двигатель со сбалансированной температурой пара и самого двигателя.

Первый же работающий образец машины появился уже в 1776 году. Изобретатель потратил 7 лет на модернизацию, доработку и создание совершенно новых для того времени деталей.

ТОП-5 фактов о создателе

Джеймс Уатт (1736-1819) был одним из ведущих изобретателей того времени. Научный мир помнит этого человека благодаря нескольким весомым изобретениям и открытиям:

1. Создал первый копировальный пресс.
2. Стал создателем нескольких измерительных приборов: манометр давления, стеклянный индикатор уровня воды в котлах, вакуумный манометр.
3. Изобрел и применил планетарный принцип передачи вращательных движений механизмов.
4. Ввел в использование метод расчета механической мощности и единицу измерения Ватт.
5. Самостоятельно разработал методику выплавки и состав сплава поршней и гильз для паровых машин.

Джеймс Уатт внес в историю промышленного развития большой вклад. Многие его изобретения и открытия используются до сих пор.

История изобретения

История создания универсального парового двигателя началась с машины Ньюкомена. Именно эта машина была единственной на тот момент действующей моделью и использовалась в качестве шахтного насоса.

На момент производства собственного прототипа, инженер внес множество собственных доработок:

1. Установил зависимость температуры цилиндра от общей потребляемой энергии на разогрев и окончательный КПД двигателя.
2. В 1769 году самостоятельно разработал и ввел в действие отдельный конденсатор для отработанного пара.
3. Совместно с владельцем сталелитейного завода разработал принцип литья поршней и гильз с сохранением геометрической точности и размерных параметров.
4. В 1782 году изобрел первый прототип машины двойного действия. Она также использовалась в качестве привода насоса.

Дальнейшими изысканиями стала область превращения поступательного движения во вращательное, но по принципу универсальности для любого оборудования того времени. В 1779 году изобретатель разработал кривошип, элемент, позволяющий сбалансировать поступательное движение поршней и использовать его для преобразования во вращение.

Последней существенной доработкой машины стала планетарная передача. Это усовершенствование помогло сделать машину максимально эффективной, управляемой, универсальной.

Промышленное производство паровых машин Уатта началось в 1774 году. Производство двигателей было налажено на литейном заводе Мэтью Болтона. Для осуществления производительного процесса, пришлось оснастить прокатные станки своими паровыми машинами. Это был первый, на тот момент, завод с моторизированным оборудованием.

При чем паровые машины для станков были специально разработаны для эффективной работы прокатного оборудования. Завод Болтона проработал 25 лет, все это время функционируя на машинах нового типа. Так Уатт закрепил эффективность и надежность своего изобретения.

Видео по теме статьи

Об универсальной паровой машине Дж.Уатта расскажет видео:

Заключение

Универсальная машина Уатта внесла огромный вклад в развитие промышленности 18 века. Изобретатель смог внедрить в двигатель совершенно новые, но эффективные доработки. Наиболее ценным стало повышение рабочего КПД двигателя, снижение затрат на горючее и возможность широкого применения.