Возникновение и развитие парового транспорта

С целью интенсификации процесса парообразования англичанином Галловеем были предложены трубки, дробящие как водяной объем, так и газовый тракт котла. Дальнейшее дробление газового тракта котла на трубки малого диаметра, получившие название дымогарных, произошло сначала в паровозных котлах. Развитие паровых двигателей было подчинено тем же требованиям: увеличению единичной мощности и повышению экономичности установки, что достигалось в первую очередь повышением давления пара. Повышение давления пара привело к двигателям многократного расширения, изобретенным в 1781 г. Горнблауэром. Применение двукратного расширения приблизило расход топлива к показателям расхода в современных паровых двигателях. Двигатели двукратного расширения стали строить преимущественно в двух формах: компаунд-машины с углом в 90° между кривошипами и тандем-машины, в которых оба поршня, насаженных на общий шток, работают на один кривошип (рисунок 10). Рисунок 10 — Схема расположения цилиндров и вала компаунд (1) и тандем (2) машины Для увеличения единичной мощности также стали повышать скорость вращения вала двигателя.

От 15—20 об/мин в начале XIX в. конструкторы к концу этого века перешли к сотням оборотов в минуту. С повышением скорости вращения, кроме возрастания единичной мощности, возрастал и к. п. д., так как увеличение скорости снижало потери от конденсации пара на стенках цилиндра. Дальнейшее увеличение экономичности, начиная с середины XIX в., начали получать за счет применения перегретого пара.

Потребность во вращательном движении со стороны быстро растущего станочного парка вызвала многочисленные попытки построения двигателя без возвратно движущихся масс — роторного двигателя. Поскольку широко распространенный в настоящее время роторный двигатель в виде турбины был еще недоступен технике первой половины XIX в. в силу присущих ему высоких скоростей движения, изобретательская мысль была направлена на конструирование так называемых «коловратных машин». Коловратные двигатели являются поршневыми двигателями, отличающимися от обычных тем, что поршню этих двигателей, приобретающему характерную форму «крыльчатки», сообщается однонаправленное вращательное движение. Если по трубе 1 (рисунок 11) направлять пар в полость коловратного двигателя, а по трубе 2 отводить в конденсатор, то в полости, разделенной на две части подвижной крыльчаткой-поршнем 3, возникнет разность давлений, под действием которой крыльчатка начнет вращаться в сторону меньшего давления, вращая вместе с собой и вал двигателя. Рисунок 11 — Устройство коловратной машины: 1 — вход пара; 2 — выход пара; 3 — поршень-крыльчатка; 4 — заслонка. Основная трудность конструирования подобного двигателя заключается в том, что для обеспечения разности давлений заслонка 4 должна быть опущенной, а для свободного прохождения поршня-крыльчатки — поднятой.

Предлагалось множество конструкций коловратных двигателей. Первая запатентованная в 1769 г. конструкция принадлежит Уатту. Последняя известная нам предложена Министерством речного флота СССР в 1950 г.

Коловратные двигатели не получили применения сначала в силу технического несовершенства, затем в силу постепенного отмирания паровых поршневых двигателей любого типа. В первой четверти XIX в. отдельные паросиловые установки строились многими русскими изобретателями и конструкторами: А. Вяткиным, М.

Пазухиным, П. Залесовым, М. Лаулиным, С. Литвиновым, Е. и М. Черепановыми и другими, в большинстве оставшимися неизвестными, механиками. В 1836 г.

постройка паровыхкотлов и двигателей была организована и в Выксунских заводах, поставлявших их на текстильные фабрики Владимирской губернии. Паровые двигатели и паровозы строили: Александровский завод, основанный в 1849 г., Сормовский завод, Мальцевские заводы в Тульской губернии, Людиновский завод, впервые начавший постройку локомобилей, и ряд заводов, поставлявших паровые установки для речных судов. Для морских пароходов строились двигатели на заводе Берда в Петербурге и на Ижорском заводе (около Петербурга).

Последнему принадлежит первенство в построении судового безбалансирного парового двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе было рассмотрено возникновение и развитие парового транспорта, а также характеристики, преимущества и недостатки паровых котлов и двигателей при использовании в железнодорожном, водном и автомобильном транспорте. Паровой двигатель обеспечил колоссальное развитие транспорта. Первой известной транспортной техникой использовавшей пар была самодвижущаяся повозка французского инженера Кюньо. Создание парового транспорта выявило отсутствие дорог соответствующего качества. Было решено использовать для этого рельсы. В XVI в. делались деревянные рельсы, в XVII в. на деревянные рельсы стали набивать железные полосы. В России первым железнодорожным транспортом был паровоз конструкторов Е. А.

Черепанова и М. Е. Черепанова, построенный в 1834 г., которыйотличался весьма развитой поверхностью нагрева и состоял из большого числа дымогарных труб. Параллельно с железнодорожным транспортом развивался паровой водный транспорт. Эксплуатация пароходов в Европе началасьв 1811 г. А в 1815 г. при помощи парохода «.

Елизавета"между Петербургом и Кронштадтом было организовано первое в отечественной истории водное сообщение на паровом транспорте. В 1830 г. на заре отечественного автомобилестроения русский мастер К. Янкевич создал самоходный экипаж для безрельсовой дороги, используя при этом уже разработанныеконструкции паровых двигателей И. И. Ползунова и П. К. Фролова.С развитием уровня науки и техники возникли новые требования, предъявляемые к паровому двигателю со стороны развивавшегося машинного производства, механического наземного и водного транспорта.

Эти новые требования выражались в значительном увеличении единичной мощности установки и к. п. д. Мощность отдельно взятогопарового двигателя в течение XIX в. возросла примерно в тысячу раз, что положительно отражалось на росте к.п.д. Увеличение к.п.д. приобретало громадное значение, так как в первую очередь оно позволяло существенно экономить топливо. Увеличение единичной мощности паросиловых установок вначале достигалось изменением конструкции основных элементов паровых котлов и двигателей. Но когда были испробованы все известные конструкции, необходимо было внедрить принципиально новое решение. В результате развитие паровой техники направилось в сторону высоких давлений и в течение века среднее давление в установкахвозросло в 150 раз.

Для увеличения единичной мощности также стали повышать скорость вращения вала двигателя. С повышением скорости вращения, кроме возрастания единичной мощности, возрастал и к. п. д., так как увеличение скорости снижало потери от конденсации пара на стенках цилиндра. Дальнейшее увеличение экономичности, начиная с середины XIX в., начали получать за счет применения перегретого пара.

В наши дни на крупнейших фабриках энергии — на тепловых электрических станциях, мощность которых составляет многие тысячи киловатт, — в качестве двигателей применяются не поршневые паровые машины, а паровые турбины. В паровой турбине используется энергия струи пара, который действует не на поршень, заставляя его двигаться взад и вперед, а на лопатки, вращающие вал двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

Виргинский B.C. Очерки истории науки и техники XVI — XIX вв. — М.: Просвещение, 1984. — 287 с. Гордиенко М. П., Смирнов Л. М. От повозки до автомобиля. ;

Алма-Ата, 1990. — 239 с.: ил. Зворыкин A.A., Осьмова Н. И., Чернышев В. И., Шухардин СВ. История техники. —.

М.: Соцэкгиз, 1962. — 772 с.