19 января 1736 года родился выдающийся шотландский инженер, изобретатель-механик Джеймс Уатт, труды которого положили начало промышленной революции сначала в Англии, а затем и во всем мире. Мы решили рассказать о пяти изобретениях Уатта.
Паровая машина
В полном смысле этого слова Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в I веке н.э. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским инженером XVI века, который предложил метод вращения вертела силой потока пара, направляемого на лопасти, закрепленные по ободу колеса. Джеймс Уатт изобрел универсальную паровую машину, усовершенствовав паровую машину Ньюкомена, которую во времена Уатта использовали для откачки воды из угольных шахт. Первым таким значительным новшеством стала изолированная камера для конденсации: Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Позднее он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году изобрел машину двойного действия, которая позволила увеличить производительность паровой машины в четыре раза, что дало 75% экономию в себестоимости угля. В дополнение к другим различным усовершенствованиям паровой машин Уатт также изобрел центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, манометр и дроссельный клапан.
Видео
Паровой молот
Помимо паровой машины и усовершенствований для нее, Уатт также изобрел паровой молот. Патент на него изобретатель получил в 1784 году, сразу после получения патента на паровую машину. Это приспособление оснащалось маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из молотов Уатта весил 54,5 килограмм и поднимался на высоту 8 дюймов (203 миллиметра). Затем Уатт построил рычажный паровой молот с весом падающих частей около 380 килограмм, производивший 300 ударов в минуту. Паровой молот был одной из важнейших машин своего времен и господствовал в машиностроении на протяжении 90 лет.
Копировальный пресс
В 1780 году Уатт изобрел и запатентовал портативный копировальный пресс, который состоял из коробки, в которой были отделения для карандашей, ручки, линейки и бумаги, а также специальный отсек для копировальной бумаги. В металлизированной коробке был запас краски и воды на 24 листа копирования. Для зажима листа оригинала использовалась металлическая крышка. До начала работы копировальные листы 12 часов выдерживались в специальном составе. Фактическое копирование производилось поворотом ручки аппарата, вращавшей два латунных валика, расположенных в нижней части корпуса. Оригинал документа помещался на копировальную пластину между подъемными крышками. Его прижимали к влажной копировальной бумаге для получения оттиска, и, таким образом, на копировальных листах получалась зеркальная копия документа, которая после 24 часов сушки была готова к использованию. Компания, основанная Уаттом, выпускала подобные машины до конца XIX века, ее использовали в своей работе такие известные люди, как Бенджамин Франклин, Джордж Вашингтон и Томас Джефферсон.
В преклонных годах изобретатель также трудился над машиной для копирования скульптурных произведений, эйдографом — механическим приспособлением, позволяющим с высокой точностью копировать барельефы, медальоны, статуи и прочие вещи самой сложной формы.
Видео
Параллелограмм Уатта
Механизм, изобретенный Уаттом в 1784 году для придания поршню паровой машины прямолинейного движения. Параллелограмм состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага, который закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. За счет поворота вертикального рычага компенсируется неравномерность движения в поворотах. В наши дни используется на задней оси в некоторых автомобильных подвесках.
Измерение мощности
В качестве измерения мощности Уатт предложил использовать понятие «лошадиная сила». Эта единица измерения использовалась при большинстве расчетов до 1882 года, пока Британская ассоциация инженеров решила назвать единицу мощности именем Уатта — Ватт. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения.
Ватт (обозначение: Вт, W ) - в системе СИ единица измерения мощности. Единица названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта (Ватта), создателя универсальной паровой машины.
Ватт как единица измерения мощности был впервые принят на Втором Конгрессе Британской Научной ассоциации в 1889 году. До этого при большинстве расчётов использовались введённые Джеймсом Уаттом лошадиные силы, а также фут-фунты в минуту. На XIX Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 году ватт был включён в Систему Интернациональную.
В звукотехнике слово «Ватт» сразу ассоциируется с мощность акустической системы и выходной мощность усилителя, но не только. Высокая мощность не есть главным показателем в электроакустике, но есть очень важным параметром.
Джеймс Уатт (англ. James Watt; 19 января 1736, Гринок, Шотландия - 19 августа 1819, Хандсворт, Бирмингем, Англия) - выдающийся шотландский инженер, изобретатель-механик. Член Эдинбургского королевского общества (1784), Лондонского королевского общества (1785), Парижской академии наук (1814). Создатель универсальной паровой машины двойного действия. Изобретение им парового двигателя положили начало индустриальной революции. Его именем названа единица мощности - Ватт.
Джеймс имел от рождения хрупкое здоровье. Мать научила его читать, а письму и арифметике его научил папа. Хотя он начал было учиться в средней школе Гринока, слабое его здоровье, и постоянные недомогания положили этому конец. Большую часть года он был ограничен стенами своей комнаты, где учился самостоятельно. Друг его отца увидев однажды, что мальчик рисует на очаге мелом какие-то линии и углы, спросил: «Зачем Вы разрешаете ребёнку тратить впустую время; почему бы не послать его в школу?» Джеймс Уатт-старший ответил: «Не судите его слишком быстро; прежде разберитесь, чем он занят». Оказалось, что он искал решение задачи Эвклида.
Будучи подростком, он увлекался астрономией, химическими опытами, научился всё делать своими руками, за что получил от окружающих звание «мастера на все руки».
В 18 лет отправляется для получения специальности в Глазго. Для обучения на мастера по слесарному делу отец в 1754 году отправил Уатта в Лондон. Освоив за год семилетнюю программу, Уатт возвратился в Шотландию и получил место мастера-изготовителя точных и оптических инструментов в Университете Глазго.
В университете Уатт познакомился с химиком Джозефом Блэком. Эта встреча способствовала разработке ряда новых химических приборов, необходимых в дальнейших исследованиях Блэка.
В 1763 году к Джеймсу Уатту, обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена (имелась в виду «огневая машина», изобретённая английским инженером Томасом Ньюкоменом), который на самом деле никогда нормально не работал. Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд эксприментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования. Первым значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрёл машину двойного действия. Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре и более раз. Кроме того, сама машина стала легко управляемой. Паровую машину стали применять на заводах и фабриках в качестве привода, что привело к резкому повышению производительности труда.
Финансовые трудности вынудили Уатта уже в зрелом возрасте проводить геодезические изыскания, работать на строительстве каналов, сооружать порты и пристани. Денежное положение Уатта выровнялось после того, как он вступил в деловые отношения с бирмингемским промышленником Мэтью Болтоном. В это время Уатту поступает предложение от Российской академии наук работать в России. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Намерение Уатта уехать в Россию вызвало переполох. Поэт Эразм Дарвин написал: «О Боже, как я был напуган, когда услышал, что русский медведь зацепил Вас своей громадной лапой и тянет в Россию! Умоляю не ездить, если только это возможно… Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь». Болтон, понимая какую выгоду может принести изобретения Уатта, сделал всё возможное, чтобы Уатт остался на родине.
В 1785 году Уатт запатентовал изобретение новой топки котла, и в этом же году одна из машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу 24 лошадей. Машина сохранилась до наших дней.
Уатт был разносторонне одарён, легко изучал языки, много читал. Вальтер Скотт в предисловии к одному из своих романов выражает удивление разнородности познаний Уатта, которого он знал в последние годы его жизни.
Скончался в возрасте 83 лет и был похоронен в приходской церкви в Хэндсворте. Вскорости в Вестминстерском аббатстве был воздвигнут памятник Уатту, выполненный талантливым скульптором Уантри.
Ватт, Джеймс
или Уатт (Watt ) - знаменитый усовершенствователь паровой машины. Родился в Гриноке в г., † в . Отец его был механик, строивший и починявший разнообразные инструменты и машины от музыкальных (органы) до кранов, служивших для подымания тяжестей. В. с детства был окружен инструментами, любил в них всматриваться, делал для себя игрушки , а потом различные модели. Родители его, принимая во внимание слабое здоровье маленького Джеймса, не принуждали его учиться и предоставляли ему много свободы в выборе занятий. Ватт в начальном училище не отличался успехами, но в гимназии шел лучше, хотя болезненный организм и там препятствовал непрерывности его занятий. Во всяком случае, математические занятия в школе и примеры отца не остались без влияния на развитие в юном В. склонности к механике . Вообще же он любил очень многое и, между прочим - занятие естественными науками и медициной , так что сам в юные годы не мог определить, в чем состояло его истинное призвание. Ватт нередко бывал в Глазго у дяди, университетского проф., и там свел знакомство со многими учеными и образованными людьми. Он никогда не проходил никаких специальных курсов, но много читал, размышлял и сам образовал себя и сделался многосторонне знающим человеком.
Отец Ватта, несмотря на свое трудолюбие, был весьма небогатый человек и, зная, что его двум сыновьям придется существовать своим личным трудом, приучал одного к коммерческому делу, а занятиям Джеймса решился дать техническое направление, совершенно соответствовавшее его склонностям, как это впоследствии блистательно подтвердилось. Сначала молодой Ватт учился ремеслу механика в Глазго , а потом в Лондоне, где в течение одного года выучился приготовлению чертежных и астрономических инструментов (секстантов и др.), требовавших очень тщательной работы. Потом В. переселился в Глазго, где его пристроили в качестве механика при Университете. Сначала материальные дела его шли очень туго, но, в конце г. вступив в компанию с Крейгом, Ватт стал получать уже довольно много заказов, а в , приобрев женитьбой право гражданства в Глазго, он открыл мастерскую в самом городе, на что ранее, по правилам тогдашних цехов, он не имел права.
В то время механики еще не разделялись по специальностям, так что В. приходилось, подобно его отцу, заниматься приготовлением самых разнообразных механизмов, а в том числе и музыкальных инструментов. И в этой новой для него технике он умел выказать свои способности, хотя вовсе не имел музыкального слуха. Когда же недоставало заказов этого рода, В. занимался нивелировками и планами различных городских сооружений. Деятельность его в области механики паровых машин началась в г., когда ему поручено было исправление модели так называемой огневой, или атмосферической, машины Ньюкомена, принадлежавшей Университету Глазго. Эта машина приводилась в движение также паром, который приподнимал поршень в цилиндре до самого верха, после чего под поршень выбрызгивалась вода, которая обращала большую часть пара в воду, и тогда атмосферное давление гнало поршень вниз (см. Паровые машины , история их). Такого рода попеременное движение происходило с большим грохотом и чрезвычайно неравномерно. Ватт занялся порученною ему моделью, вдумывался в причины, по которым она действовала неправильно и даже нередко совсем останавливалась; систематически производил опыты с нею и паровичком и нашел, наконец, средство не только сообщить ей более правильное движение, но и существенно изменить ее устройство. Измеряя объемное количество пара , переходящего из котла под поршень , Ватт нашел, что оно во много раз превосходит объем цилиндра под поршнем, потому что первые входящие количества пара обращаются в воду до тех пор, пока не нагреется цилиндр; когда же, наконец, пар поднимал поршень, то для образования пустоты под ним, то есть для уничтожения пара, надо было вбрызгивать туда огромное количество воды, причем цилиндр опять сильно охлаждался. Если же вбрызгивалось мало воды, то она, обращая часть пара в жидкое состояние, сама нагревалась до кипения. В. здесь встретился с явлениями так называемой скрытой теплоты , в то время только что объясненными Блеком , о чем Ватт узнал только впоследствии из переписки с ним.
Паровая машина Ватта и Больтона 1784 г.
Делая систематические опыты над упругостью паров воды при различных температурах, над объемом паров, образовавшихся из определенного объема воды, над нагревательною способностью пара, когда он обращается в воду, В. додумался до нового принципа устройства паровых машин. Преобразование, сделанные В. в машине Ньюкомена и дальнейшие постоянные ее улучшения до такой степени существенны, что В. нередко называют изобретателем паровых машин. Два года употребил В. на эти предварительные ученые опыты и, наконец, в г. подал прошение о выдаче ему привилегии на способы уменьшения потребления пара и, вследствие того, топлива в огневых машинах. Привилегия была дана В. в начале г. на 14 лет. Но трудности практического осуществления идей В. как в механическом отношении, так по недостатку денежных средств и по множеству побочных обстоятельств были таковы, что спустя 6 лет после того машина еще не была выработана. К счастью, нашлись люди, понявшие всю великость изобретений В. и, несмотря на многих противников, выхлопотали ему исключительное пользование его изобретением еще на 25 лет, начиная с г. Известность Ватта в то время была так велика, что в г. русское правительство сделало В. предложение переселиться в Россию . Он отклонил это предложение, желая заняться окончательным осуществлением своего предприятия, что даже в Англии было весьма трудно, так как и там было мало хороших работников, и сначала не было хороших механизмов для вытачивания металлических цилиндров, что составляло необходимое условие для правильного движения поршня. Если бы В. не нашел в лице Больтона предприимчивого заводчика, капиталиста и друга, то неизвестно, когда паровая машина в новом ее виде появилась бы на свете. Больтон , отдав свои заботы и капитал на это дело, одно время был близок к разорению, но не унывал и не расставался с Ваттом. С года, то есть через 14 лет после выдачи В. первой привилегии, их дела пошли лучше, а вскоре потом и совсем поправились. В г., когда кончился второй срок привилегии, В. вступил в 65-й год жизни. Тогда он и Больтон передали дела своим сыновьям, а сами на отдыхе отдались другим занятиям. Ватт устроил машину для копирования статуй и занимался этим делом, как развлечением для себя.
Жизнь Ватта вообще заслуживает изучения, а статья Словаря не может вполне очертить ее, поэтому следует указать на некоторые его биографии. На русском языке можно отметить хороший биографический очерк А. В. Каменского, составляющий одну из книжек биографической библиотеки Ф. Павленкова. На французском языке есть удивительно тепло и умно написанная биография В. в «Oeuvres Complètes de François Arago». См., кроме того, указание источников в упомянутой книжке г. Каменского.
В статье воспроизведен материал из Большого энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона .См. также
- Ватт ,
Желающим более подробно узнать о жизни и деятельности Джеймса Уатта, мы предлагаем этот небольшой биографический очерк с кратким экскурсом в историю создания паровых двигателей.
УАТТ,
ДЖЕЙМС (Watt, James, 1736-1819), шотландский инженер и
изобретатель. Родился 19 января 1736 г. в Гриноке,
близ Глазго (Шотландия), в семье купца. Из-за
слабого здоровья Уатт формально мало учился, но
очень многое изучил самостоятельно. Уже
подростком он увлекался астрономией,
химическими опытами, научился всё делать своими
руками, и даже заслужил от окружающих звание
«мастера на все руки».
В 1755 г. Уатт уехал в
Лондон учиться на механика и мастера по
изготовлению математических и астрономических
инструментов. Освоив за год семилетнюю программу
обучения, Уатт возвратился в Шотландию и получил
место механика в университете Глазго. Заодно он
открыл и свою собственную ремонтную мастерскую.
В университете Уатт познакомился с великим шотландским химиком Джозефом
Блэком
(Joseph Black, 1728-1799), открывшим углекислый
газ в 1754 г. Эта встреча способствовала разработке
ряда новых химических приборов, необходимых в
дальнейших исследованиях Блэка, например,
ледяного калориметра. В это время Джозеф Блэк
занимался проблемой определения теплоты
парообразования, а Уатт принимал участие в
обеспечении технической стороны экспериментов.
В 1763 г. к нему, как к механику университета,
обратились с просьбой отремонтировать
университетскую модель паровой машины
Т.Ньюкомена.
Здесь следует
сделать небольшое отступление в историю
создания паровых машин. Когда-то нас учили в
школе, воспитывая «великодержавный шовинизм»,
что паровую машину изобрел русский крепостной
механик Иван Ползунов, а не какой-то там Джеймс
Уатт, о роли которого в создании паровых машин
иногда можно было прочитать в «неправильных» с
патриотической точки зрения книжках. Но на самом
деле изобретателем паровой машины является не
Иван Ползунов, и не Джеймс Уатт, а английский
инженер Томас Ньюкомен
(Thomas Newcomen, 1663-1729).
Более того, первая попытка поставить пар на
службу человеку была предпринята в Англии ещё в
1698 г. военным инженером Томасом Сэйвери
(Thomas
Savery, 1650?-1715). Он создал паровой водоподъёмник,
предназначавшийся для осушения шахт и
перекачивания воды, и ставший прототипом паровой
машины.
Машина Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода, например, со дна шахты засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу через выпускную трубу. Затем цикл повторялся, но воду можно было поднимать только с глубины менее 10,36 м, поскольку в действительности её выталкивало атмосферное давление.
 |
Принцип
работы парового |
Сам
изобретатель назвал водоподъёмник «огневой
машиной» и широко разрекламировал её как «друга
шахтеров». Для получения пара, приводившего
машину в действие, требовался огонь, но
изобретение Сэйвери еще не было двигателем в
полном смысле этого слова, поскольку кроме
нескольких клапанов, открывавшихся и
закрывавшихся вручную, в нем не имелось
подвижных частей.
В машине Томаса Сэйвери рабочий цилиндр был
отделён от котла и для быстрой конденсации пара
обливался снаружи холодной водой, что было не
совсем удобным для эксплуатации. Однако среди
паровых машин того времени была и более удачная
«огневая машина» французского изобретателя Дени
Папена
(Denis Papin, 1647-1712 ?), объединявшая в одном
устройстве котел для парообразования и рабочий
цилиндр с поршнем. Сначала в 1674 г., основываясь на
идее Кристиана Гюйгенса (Christian Huygens), Папен
построил пороховой двигатель, принцип действия
которого основывался на воспламенении в
цилиндре пороха и перемещении поршня внутри
цилиндра под воздействием пороховых газов. Когда
избыток газов выходил из цилиндра через
специальный клапан, а оставшийся газ охлаждался,
в цилиндре создавался частичный вакуум, и
поршень возвращался в исходное положение под
действием атмосферного давления.
Эта машина была не очень удачной, но она
навела Папена на яркую мысль заменить порох
водой. И в 1698 г. он построил паровую машину (в том
же году свою «огненную машину» построил и
англичанин Сэйвери). Вода нагревалась внутри
вертикального цилиндра с поршнем внутри, и
образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда
пар охлаждался и конденсировался, поршень
опускался вниз под действием атмосферного
давления. Таким образом, посредством системы
блоков машина Папена могла приводить в действие
различные механизмы, например, насосы.
С паровыми машинами Сэйвери и Папена был знаком английский изобретатель Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen,1663 - 1729), который часто бывал на шахтах в Вест Кантри, где он работал кузнецом, и поэтому хорошо понимал, как нужны надёжные насосы для предотвращения затопления шахт. Он объединил свои усилия с водопроводчиком и стекольщиком Джоном Калли в попытке построить более совершенную модель. Их первая паровая машина была установлена на угольной шахте в Стаффордшире в 1712 г.
|
 |
|
| Первая паровая машина Ньюкомена, 1712 г. | Принцип работы машины Ньюкомена. |
Как и в машине
Папена, поршень перемещался в вертикальном
цилиндре, но в целом машина Ньюкомена была
значительно более совершенной. Чтобы
ликвидировать зазор между цилиндром и поршнем,
Ньюкомен закрепил на торце последнего гибкий
кожаный диск и налил на него немного воды.
Пар из котла поступал в основание цилиндра и
поднимал поршень вверх. При впрыскивании в
цилиндр холодной воды, пар конденсировался, в
цилиндре образовывался вакуум, и под
воздействием атмосферного давления поршень
опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из
цилиндра и посредством цепи, соединенной с
коромыслом, двигавшимся наподобие качелей,
поднимал вверх шток насоса. Когда поршень
находился в нижней точке своего хода, в цилиндр
снова поступал пар, и с помощью противовеса,
закрепленного на штоке насоса или на коромысле,
поршень поднимался в исходное положение. После
этого цикл повторялся.
Машина Ньюкомена оказалась на редкость
удачной для того времени и использовалась по
всей Европе более 50 лет. Её использовали для
откачки воды из многочисленных шахт в
Великобритании. Это было первое крупносерийное
изделие в истории техники (выпущено несколько
тысяч штук).
В 1740 г. машина с цилиндром длиной 2,74 м и
диаметром 76 см за один день выполняла работу,
которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая
посменно, раньше выполняли за неделю.
В 1775 г. ещё более большая машина, построенная
Джоном Смитоном (создателем Эддистоунского
маяка), за две недели осушила док в Кронштадте
(Россия). Ранее с использованием высоких ветряков
на это уходил целый год.
И, тем не менее, машина Ньюкомена была далека до
совершенства. Она преобразовывала в
механическую энергию всего лишь около 1 %
тепловой энергии и, как следствие, пожирала
огромное количество топлива, что, впрочем, не
имело особого значения, когда машина работала на
угольных шахтах.
В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в
сохранении угольной промышленности. С их помощью
удалось возобновить добычу угля во многих
затопленных шахтах.
Про изобретение Ньюкомена можно сказать, что
это была действительно паровая машина, вернее, пароатмосферная
машина. От предыдущих прототипов паровых машин
её отличало следующее:
- движущей силой в ней было атмосферное давление, а разрежение достигалось при конденсации пара;
- в цилиндре находился поршень, который совершал рабочий ход под действием пара;
- вакуум достигался в результате конденсации пара при впрыскивании внутрь цилиндра холодной воды.
Поэтому на самом деле
изобретателем паровой машины по праву является
англичанин Томас Ньюкомен, который разработал
свою пароатмосферную машину в 1712 г. (за
полстолетия до Уатта).
Совершая краткий экскурс в историю создания
паровых машин, нельзя пройти мимо личности
нашего выдающегося соотечественника Ивана
Ивановича Ползунова
(1729-1766), построившего
пароатмосферную машину раньше, чем это сделал
Джеймс Уатт. Будучи механиком
Колывано-Воскресенских горнорудных заводов на
Алтае, он предложил 25 апреля 1763 г. проект и
описание «огнедействующей машины». Проект попал
на стол к начальнику заводов, который одобрил его
и отослал в Петербург, откуда вскоре пришел
ответ: «
...Сей его вымысл за новое
изобретение почесть должно»
. Ползунов
предлагал построить вначале небольшую машину, на
которой можно было бы выявить и устранить все
недостатки, неизбежные в новом изобретении.
Заводское начальство с этим не согласилось и
решило строить сразу огромную машину для мощной
воздуходувки. В апреле 1764 г. Ползунов приступил к
строительству машины, в 15 раз более мощной по
сравнению с проектом 1763 г.
Идею пароатмосферного двигателя он взял из
книги И. Шлаттера «Обстоятельное наставление
рудному делу...» (Санкт-Петербург, 1760 г.).
Но двигатель Ползунова коренным образом
отличался от английских машин Сэйвери и
Ньюкомена. Те были одноцилиндровые и пригодны
лишь для откачки воды из шахт. Двухцилиндровый
двигатель непрерывного действия Ползунова мог
подавать дутье в печи и откачивать воду. В
дальнейшем изобретатель рассчитывал
приспособить его и для других нужд.
Постройку машины поручили Ползунову, в
помощь которому были выделены «не знающие, но
только одну склонность к тому имеющие из здешних
мастеровых двое»,
да еще несколько подсобных
рабочих. С этим «штатом» Ползунов приступил к
постройке своей машины. Строилась она год и
девять месяцев. Когда машина уже прошла первое
испытание, изобретатель заболел скоротечной
чахоткой и 16 (28) мая 1766 г., за несколько дней до
завершающих испытаний, умер.
23 мая 1766 г. ученики Ползунова Левзин и
Черницын одни приступили к последним испытаниям
паровой машины. В «Дневной записке» от 4 июля было
отмечено «исправное машинное действие»
, а 7
августа 1766 г. вся установка, паровая машина и
мощная воздуходувка, была сдана в эксплуатацию.
Всего за три месяца работы машина Ползунова не
только оправдала все затраты на её постройку в
сумме 7233 рублей 55 копеек, но и дала чистую прибыль
в 12640 рублей 28 копеек. Однако, 10 ноября 1766 г. после
того, как у машины перегорел котел, она простояла
без действия 15 лет 5 месяцев и 10 дней. В 1782 г.
машина была разобрана. (Энциклопедия
Алтайского края. Барнаул. 1996. Т. 2. С. 281-282; Барнаул.
Летопись города. Барнаул. 1994. ч. 1.с.30
).
В это же время в Англии над созданием паровой
машины работал и Джеймс Уатт. В 1763 г. к нему, как к
механику университета, обратились с просьбой
отремонтировать университетскую модель паровой
машины Т.Ньюкомена.
Отлаживая университетскую модель
пароатмосферной машины Т.Ньюкомена, Уатт
убедился в низкой эффективности подобных машин.
Он загорелся идеей улучшить параметры паровой
машины. Ему было ясно, что основной недостаток
машины Ньюкомена состоял в попеременном
нагревании и охлаждении цилиндра. Каким же
образом избежать этого? Ответ пришел к Уатту
воскресным весенним днем 1765 г. Он понял, что
цилиндр может постоянно оставаться горячим, если
до конденсации отводить пар в отдельный
резервуар через трубопровод с клапаном. При этом
перенос процесса конденсации пара за пределы
цилиндра должен способствовать снижению расхода
пара. Более того, цилиндр может оставаться
горячим, а конденсор холодным, если снаружи их
покрыть теплоизоляционным материалом.
Усовершенствования, которые внес Уатт в
паровую машину (центробежный регулятор,
отдельный конденсатор пара, уплотнители и др.), не
только подняли коэффициент полезного действия
машины, но и окончательно превратили
пароатмосферную машину в паровую, а главное -
машина стала легко управляемой.
В 1768 г. он подал прошение о патенте на свое
изобретение. Патент он в 1769 г. получил, но
построить паровую машину ему долго не удавалось.
И только в 1776 г. при материальной поддержке
доктора Ребека, основателя первого
металлургического завода в Шотландии, паровая
машина Уатта была, наконец, построена и успешно
прошла испытание.
 |
ПЕРВАЯ
ПАРОВАЯ МАШИНА |
Первая машина
Уатта оказалась вдвое эффективнее машины
Ньюкомена. Интересно, что в основе разработок,
следовавших за исходным изобретением Ньюкомена,
лежало понятие “производительности” двигателя,
что означало число футофунтов воды, которое
закачивалось на бушель угля. Кому принадлежала
идея этой единицы, теперь не известно. Этот
человек не вошёл в историю науки, но, наверное,
это был какой-нибудь прижимистый владелец шахты,
который замечал, что некоторые двигатели
работали более эффективно, чем другие, и не мог
допустить того, чтобы на соседней шахте была
большая норма выработки.
И хотя испытания машины прошли успешно, в
ходе её дальнейшей эксплуатации стало ясно, что
первая модель Уатта оказалась не совсем удачной,
и сотрудничество с Ребеком прервалось. Несмотря
на нехватку средств, Уатт продолжал работать над
усовершенствованием паровой машины. Его работы
заинтересовали Мэтью Боултона (Matthew Boulton),
инженера и богатого фабриканта, владельца
металлообрабатывающего завода в местечке Сохо
под Бирмингемом. В 1775 г. Уатт и Боултон заключили
соглашение о партнерстве.
В 1781 г. Джеймс Уатт получил патент на
изобретение второй модели своей машины. Среди
новшеств, внесённых в неё и в последующие модели,
были:
- цилиндр двойного действия, в котором пар подавался попеременно по разные стороны от поршня, при этом отработанный пар поступал в конденсатор;
- жаровая рубашка, окружавшая рабочий цилиндр для снижения тепловых потерь, и золотник;
- преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала сначала посредством шатунно-кривошипного механизма, а затем с помощью шестеренчатой передачи, явившейся прообразом планетарного редуктора;
- центробежный регулятор для поддержания постоянства числа оборотов вала и маховик для уменьшения неравномерности вращения.
В 1782 г. эта замечательная машина, первая универсальная паровая машина «двойного действия», была построена. Крышку цилиндра Уатт оснастил изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой, создавая вакуум с противоположной стороны цилиндра. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах.
Кроме того, в
1782 г. Джеймс Уатт ввел принцип расширительного
действия
, разделяя поток пара в цилиндре в
начале его течения так, что он начинал
расширяться остальную часть цикла под своим
собственным давлением. Расширительное действие
означает некоторую потерю в мощности, но выигрыш
в «производительности». Из всех этих идей Уатта
самой полезной была идея расширительного
действия. В дальнейшем её практическом внедрении
очень помогла индикаторная диаграмма, созданная
около 1790 г. помощником Уатта Джеймсом Саузерном.
Индикатор был самопишущим устройством, который
можно было присоединять к двигателю для того,
чтобы отмечать давление в цилиндре в зависимости
от объема пара, поступающего за данный такт.
Площадь под такой кривой была мерой работы,
проделанной за данный такт. Индикатор
использовали для того, чтобы максимально
эффективно настроить двигатель. Эта самая
диаграмма впоследствии стала частью знаменитого
цикла Карно
(Сади Карно, 1796-1832) в
теоретической термодинамике.
Поскольку в паровой машине двойного действия
шток поршня совершал тянущее и толкающее
действие, прежнюю приводную систему из цепей и
коромысла, которая реагировала только на тягу,
пришлось переделать. Уатт разработал систему
связанных тяг и применил планетарный механизм
для преобразования возвратно-поступательного
движения штока поршня во вращательное движение,
использовал тяжелый маховик, центробежный
регулятор скорости, дисковый клапан и манометр
для измерения давления пара.
Универсальный
паровой двигатель двойного действия с
непрерывным вращением (паровая машина Уатта)
получил широкое распространение и сыграл
значительную роль в переходе к машинному
производству.
Запатентованная Джеймсом Уаттом «ротативная
паровая машина» сначала широко применялась для
приведения в действие машин и станков прядильных
и ткацких фабрик, а позже и других промышленных
предприятий. Это привело к резкому повышению
производительности труда. Именно с этого момента
англичане отсчитывают начало большой
промышленной революции, которая вывела Англию на
лидирующее положение в мире.
Двигатель Джеймса Уатта годился для любой
машины, и этим не замедлили воспользоваться
изобретатели самодвижущихся механизмов. Так
паровая машина пришла на транспорт (пароход
Фултона, 1807 г.; паровоз Стефенсона, 1815 г.).
Благодаря преимуществу в средствах передвижения
Англия стала ведущей державой мира.
В 1785 г. Уатт запатентовал изобретение новой
топки котла, и в этом же году одна из машин Уатта
была установлена в Лондоне на пивоваренном
заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода.
Машина выполняла работу вместо 24 лошадей.
Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход
поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика
достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и
сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском
музее «Пауэрхауз».
Компания «Боултон и Уатт», созданная в 1775 г.,
испытала на себе все превратности судьбы, от
падения спроса на её продукцию до защиты своих
изобретательских прав в судах. Однако с 1783 дела
этой компании, монополизировавшей производство
паровых машин, пошли в гору. Так Джеймс Уатт стал
очень обеспеченным человеком, и помощь
«Пневматическому медицинскому институту» Томаса
Беддо
(Beddoes, Thomas, 1760-1808), с которым он начал
сотрудничество в это время, Уатт оказывал весьма
и весьма существенную.
Не смотря на бурную деятельность по созданию
паровых двигателей, Уатт вышел в отставку с
занимаемой им должности в университете Глазго
только в 1800 г. Через 8 лет после своей отставки он
учредил «Приз Уатта» для лучших студентов и
преподавателей университета. Университетская
техническая лаборатория, в которой он начинал
свою деятельность, стала носить его имя. Имя
Джеймса Уатта носит и колледж в Гриноке
(Шотландия), родном городе изобретателя.
Интересно, что в свое время в качестве
единицы мощности Уатт предложил такую единицу,
как «лошадиная сила». Эта единица измерения
дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта
почитают как пионера промышленной революции,
решили иначе. В1882 г. Британская ассоциация
инженеров решила присвоить его имя единице
мощности. Теперь имя Джеймса Уатта можно
прочесть на любой электрической лампочке. Это
был первый в истории техники случай присвоения
собственного имени единице измерения. С этого
случая и началась традиция присвоения
собственных имен единицам измерения.
Джеймс Уатт прожил долгую и плодотворную
жизнь и умер 25 августа 1819 г. в Хатфилде (Hatfield) под
Бирмингемом.
Памятник Джеймсу Уатту
.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Паровая машина как первый механический двигатель, нашедший практическое применение. Первая удачная паровая машина с поршнем. Газовые тепловые двигатели. Схема двигателя Стирлинга. Чертеж паровой машины И.И. Ползунова. Эволюция паровой машины Дж. Уатта.
реферат , добавлен 02.04.2009
Краткое описание парового калорифера из гладких труб. Теплофизические свойства теплоносителей. Недостающие и оптимизируемые параметры. Технико-экономический, тепловой и компоновочный расчет теплообменного аппарата. Оптимизация конструкции установки.
курсовая работа , добавлен 16.02.2011
Элементы рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Схема конструкции парового котла. Описание схемы автоматизации объекта, монтажа и наладки системы автоматического регулирования. Расчет чувствительности системы управления подачей пара.
дипломная работа , добавлен 03.09.2013
Описание конструкции котла. Особенности теплового расчета парового котла. Расчет и составление таблиц объемов воздуха и продуктов сгорания. Расчет теплового баланса котла. Определение расхода топлива, полезной мощности котла. Расчет топки (поверочный).
курсовая работа , добавлен 12.07.2010
Устройство, работа и область применения прядильно-крутильной машины ПК-100. Технологическая схема машины. Устройство полого веретена ВПК-32. Особенности процесса формирования пряжи на машине. Устройство крутильной машины двойного кручения ТКД-400Ш.
лабораторная работа , добавлен 20.08.2014
Обоснование выбора типоразмера котла для ТЭС и турбины. Компоновка котла, особенности его конструкции и работы. Схема компоновки. Топливо. Его характеристики. Процессы и параметры топливного тракта. Схема топливоподачи. Тракты дымовых газов. Параметры.
курсовая работа , добавлен 02.10.2008
Конструкторская компоновка общего вида и технологический расчет узлов машины для нанесения логотипа на металлическую тару. Разработка пневматической схемы машины и расчет конструкции пневмоблока управления. Описание технологической схемы сборки машины.
дипломная работа , добавлен 20.03.2017
Анализ тенденций развития автомобильного двигателестроения. Материалы в современном двигателестроении и тенденции применения новых материалов. Описание конструкции двигателя. Тепловой и динамический расчет. Технология работ по сборке-разборке двигателя.
дипломная работа , добавлен 27.10.2012