История изобретения паровых машин. Создание паровой машины

Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским. Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.

Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.

Понятие

Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.

История изобретения

История изобретения паровых машин связана со знаниями древнегреческой цивилизации. Долгое время трудами этой эпохи никто не пользовался. В XVI веке была предпринята попытка создать паровую турбину. Работал над этим в Египте турецкий физик и инженер Такиюддин аш-Шами.

Интерес к этой проблеме вновь появился в XVII веке. В 1629 году Джованни Бранка предложил свой вариант паровой турбины. Однако изобретения теряли большое количество энергии. Дальнейшие разработки требовали соответствующих экономических условий, которые появятся позднее.

Первым, кто изобрел паровую машину, считается Дени Папен. Изобретение представляло собой цилиндр с поршнем, поднимающимся за счет пара и опускающимся в результате его сгущения. Такой же принцип работы имели устройства Сэвери и Ньюкомена (1705). Оборудование применяли для выкачивания воды из выработок при добыче полезных ископаемых.

Окончательно усовершенствовать устройство удалось Уатту в 1769 году.

Изобретения Дени Папена

Дени Папен был по образованию медиком. Родившись во Франции, в 1675 году он переехал в Англию. Он известен многими своими изобретениями. Одним из них является скороварка, которую называли «Папенов котел».

Ему удалось выявить зависимость между двумя явлениями, а именно температурой кипения жидкости (воды) и появляющимся давлением. Благодаря этому он создал герметичный котел, внутри которого давление было повышено, из-за чего вода закипала позже обычного и повышалась температура обработки помещенных в него продуктов. Таким образом увеличивалась скорость приготовления пищи.

В 1674 году медик-изобретатель создал пороховой двигатель. Его работа заключалась в том, что при возгорании пороха в цилиндре перемещался поршень. В цилиндре образовывался слабый вакуум, и атмосферное давление возвращало поршень на место. Образующиеся при этом газообразные элементы выходили через клапан, а оставшиеся охлаждались.

К 1698 году Папену удалось создать по такому же принципу агрегат, работающий не на порохе, а на воде. Таким образом, первая паровая машина была создана. Несмотря на существенный прогресс, к которому могла привести идея, существенной выгоды она своему изобретателю не принесла. Связано это было с тем, что ранее другой механик, Сейвери, уже запатентовал паровой насос, а другого применения для подобных агрегатов к этому времени еще не придумали.

Дени Папен умер в Лондоне в 1714. Несмотря на то, что первая паровая машина была изобретена им, он покинул этот мир в нужде и одиночестве.

Изобретения Томаса Ньюкомена

Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.

Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.

Кратко можно пояснить созданную модель так:

• Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
• Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
• Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.

Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.

В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.

Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.

Изобретение Уатта

Первым изобрел оборудование компактных размеров, но достаточно мощное, Джеймс Уатт. Паровая машина была первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 году принялся чинить паровой агрегат Ньюкомена. В результате ремонта он понял, как сократить расход топлива. Для этого необходимо было держать цилиндр в постоянно нагретом состоянии. Однако паровая машина Уатта не могла быть готова, пока не решилась проблема конденсации пара.

Решение пришло, когда механик проходил мимо прачечных и заметил, что клубы пара выходят из-под крышек котлов. Он понял, что пар – это газ, и ему нужно перемещаться в цилиндре с пониженным давлением.

Добившись герметичности внутри парового цилиндра с помощью пеньковой веревки, пропитанной маслом, Уатт смог отказаться от атмосферного давления. Это стало большим шагом вперед.

В 1769 году механик получил патент, в котором прописывалось, что температура двигателя в паровой машине будет всегда равна температуре пара. Однако дела незадачливого изобретателя шли не так хорошо, как ожидалось. Он был вынужден заложить патент за долги.

В 1772 году он знакомится с Мэтью Болтоном, который был богатым промышленником. Тот выкупил и вернул Уатту его патенты. Изобретатель вернулся к работе, поддерживаемый Болтоном. В 1773 году паровая машина Уатта прошла испытание и показала, что потребляет угля значительно меньше своих аналогов. Через год в Англии начался выпуск его машин.

В 1781 году изобретателю удалось запатентовать свое следующее творение – паровую машину для приведения в движение промышленных станков. Спустя время все эти технологии позволят двигать при помощи пара поезда и пароходы. Это полностью перевернет жизнь человека.

Одним из людей, изменивших жизнь многих, стал Джеймс Уатт, паровая машина которого ускорила технический прогресс.

Изобретение Ползунова

Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.

Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.

Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.

Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.

Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.

Принцип действия

Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.

Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.

Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.

Коэффициент полезного действия

КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.

КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.

Преимущества

Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.

История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.

Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.

В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.

Недостатки

К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.

Применение

Кто изобрел паровую машину, уже известно. Осталось узнать, где их применяли. До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:

• сахарные;
• спичечные;
• бумажные фабрики;
• текстильные;
• пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

• автомобиль;
• трактор;
• экскаватор;
• самолет;
• локомотив;
• судно;
• тягач.

Такова история изобретения паровых машин. Кратко можно рассмотреть удачный пример о гоночном автомобиле Серполле, созданном в 1902 году. На нем был установлен мировой рекорд по скорости, который составил 120 км в час на суше. Именно поэтому паровые авто были конкурентоспособными по отношению к электрическим и бензиновым аналогам.

Так, в США в 1900 году больше всего было выпущено паровых машин. Они встречались на дорогах до тридцатых годов ХХ века.

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Стимпанк как веяние эпохи паровых машин

Говоря о паровых машинах, хочется упомянуть о популярном направлении – стимпанке. Термин состоит из двух английских слов — «пар» и «протест». Стимпанк — это вид научной фантастики, которая повествует о второй половине XIX века в викторианской Англии. Данный период в истории часто упоминается как Эпоха пара.

Все произведения имеют одну отличительную особенность – они повествуют о жизни второй половины XIX века, стиль повествования при этом напоминает роман Герберта Уэллса «Машина времени». В сюжетах описываются городские пейзажи, общественные строения, техника. Особое место уделяется дирижаблям, старинным машинам, причудливым изобретениям. Все металлические детали крепились при помощи клепок, поскольку сварку еще не применяли.

Термин «стимпанк» возник в 1987 году. Его популярность связана с появлением романа «Разностная машина». Написан он был в 1990 году Уильямом Гибсоном и Брюсом Стерлингом.

В начале XXI века в этом направлении было выпущено несколько известных кинофильмов:

• «Машина времени»;
• «Лига выдающихся джентльменов»;
• «Ван Хельсинг».

К предтечам стимпанка можно отнести произведения Жюля Верна и Григория Адамова. Интерес к этому направлению время от времени проявляется во всех сферах жизни – от кинематографа до повседневной одежды.

Автомобиль на паровом двигателе 19 век

Фердинанд Вербст (англ.) русск. , член иезуитской общины в Китае (англ.) русск. , построил первый автомобиль на паровом ходу около 1672 года как игрушку для китайского императора.

Автомобиль был небольшого размера и не мог везти водителя или пассажира, но, возможно, он был первым работающим паровым транспортом («автомобиль»). В 1680 Исаак Ньютон в одном из своих трудов по механике описал экипаж, который должен был двигаться за счет реактивной силы пара. Экипаж представлял из себя телегу, оснащённую паровым котлом с соплом, через которое с помощью клапана машинист мог стравливать пар, тем самым разгоняя телегу. Разумеется, это был лишь проект, и неизвестно, был ли он когда-либо реализован. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Паровые машины Ньюкомена получили широкое распространение: к 1735 году только в Англии их было более сотни. На русском языке описание насоса Севери появилось в 1738 году в книге академика Георга Вольфганга Крафта (1701—54) «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин», а в 1760 году в книге Ивана Андреевича Шлаттера (1708—68) «Обстоятельное наставление рудному делу…» появилось и первое описание пароатмосферной машины Ньюкомена. Это описание судя по всему было основано на материале из сочинений Лейпольда (Jacob Leupold, 1674—1727), либо же Белидора (Bernard Forest de Bélidor, 1698—1761), где была описана машина, установленная в 1721—24 годах англичанином Поттером на рудниках в Восточной Пруссии.

Джеймс Уатт усовершенствовал паровую машину Ньюкомена. 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 более чем в четыре раза [1] . Кроме того, машина стала значительно проще в управлении.

Карл Маркс в своём труде «Капитал» так описал значимость этого изобретения:

Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первичный двигатель … который подвижен и сам является средством передвижения, … универсальный по своему техническому применению … Великий гений Уатта обнаруживается в том, что в патенте, который он получил в апреле 1784 г., его паровая машина представлена не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности.

XVIII век

В 1769 году французский изобретатель Кюньо испытал первый образец полноразмерной машины с паровым двигателем [2] (усовершенствованная машина Ньюкомена), известный как «малая телега Кюньо», а в 1770 году — «большую телегу Кюньо». Сам изобретатель назвал её «Огненная телега» — она предназначалась для буксировки артиллерийских орудий. «Тележку Кюньо» считают предшественницей не только автомобиля, но и паровоза, поскольку она приводилась в движение силой пара. Паровая телега Кюньо (fardier à vapeur de Cugnot) имела привод на единственное переднее колесо. Однако, судя по всему, управляемость её была неважной, что и послужило причиной первой в мире автомобильной аварии: на испытаниях изобретатель не справился с управлением, и чудо техники XVIII века снесло стену Арсенала. Правда, некоторые авторы [3] ставят факт аварии под сомнение

К 1784 году в Редруте (англ.) русск. Уильям Мэрдок (англ.) русск. построил работающую модель паровой кареты, а в 1801 году Ричард Тревитик ездил на полноразмерной машине по дорогам Камборна (англ.) русск. . Такие машины какое-то время были в моде и на протяжении следующих десятилетий были разработаны такие новшества как ручной тормоз, многоступенчатая трансмиссия и улучшенное рулевое управление. Некоторые были коммерчески успешны в обеспечении общественного транспорта, пока общественное сопротивление против этих слишком быстрых машин не повлекло принятие в 1865 году закона «англ. Locomotive Act », требующего, чтобы на общественных дорогах Великобритании перед самоходными машинами шёл человек, размахивающий красным флагом и дующий в сигнальную дудку. Это решительно подавило развитие дорожного автотранспорта практически на всю оставшуюся часть XIX века. В итоге усилия инженеров и изобретателей были брошены на железнодорожные локомотивы. Закон не отменялся вплоть до 1896 года, хотя необходимость в красном флаге была устранена в 1878 году.

В 1791 году русским изобретателем Иваном Кулибиным была изготовлена «самокатная повозка». Иван Кулибин начал работу над каретой с паровым двигателем и педалями в 1780-х . В числе его особенностей маховик, тормоз, коробка передач и подшипник, из которых состоит любой современный автомобиль. Его конструкция имела три колеса. К сожалению, как и со многими другими его изобретениями, государство не видело потенциала этих разработок и они не получили дальнейшего развития.

Первый патент на автомобиль в Соединённых штатах был предоставлен Оливеру Эвансу (англ.) русск. в 1789 году. Эванс демонстрировал его первую успешную самоходную машину, которая была не только первым автомобилем в США, но также и первой машиной-амфибией, так как была способна путешествовать на колёсах по земле и посредством лопастей на воде.

XIX век

В XIX веке дилижансы на паровой тяге и рутьеры (паровые тягачи, то есть безрельсовые паровозы) для обычных дорог строились в Англии, Франции и применялись в ряде европейских стран, включая Россию, однако они были тяжёлыми, прожорливыми и неудобными, поэтому широкого распространения не получили. Среди других работ паровая машина на жидком топливе, собранная в 1815 году профессором Пражского политехникума Йозеф Божеком (англ.) русск. и четырёхместный паровой фаэтон, сделанный в 1813 году Уолтером Хэнкок (англ.) русск. , разработчиком и оператором паровых автобусов Лондона.

В конце XIX века ЭСБЕ так описала ситуацию с паровыми автомобилями:

Идея самодвижущейся повозки появилась одновременно с идеей паровой машины. Первое и неудачное осуществление этой идеи принадлежит французскому артиллеристу Кюньо (1769 г., см. соотв. статью). В 1781 г. Мурдок (Murdock), один из мастеров на заводе Уатта и Больтона, сделал вполне удачную модель самодвижущейся дорожной паровой машины. Вслед за этим в Англии стали появляться один за другим многие, более или менее удачные дорожные паровозы. В 1802 г. Тревитик первый получил патент на такую машину, которая много раз ездила, со скоростью до 10 миль в час, пока не наехала на палисад, вследствие чего дальнейшая езда была запрещена (см. соотв. статью). После него сделаны были значительные усовершенствования; однако, в то же время как паровозы на железных дорогах получали все большее и большее распространение, дорожные паровозы сочувствия не вызвали; к 1831 г. на них наложили большие стеснения и пошлины за пользование общественными дорогами, так что предприятия этого рода стали безвыгодными и не могли больше прогрессировать. С этого времени почти до конца XIX стол. английские конструкторы оставили легкие, быстроходные дорожные паровозы и занялись преимущественно усовершенствованием тихоходных самодвижущихся сельскохозяйственных локомобилей, способных перевозить и тяжести по обыкновенным дорогам, даже с довольно большою скоростью. Тем временем были сделаны два изобретения, оказавшие впоследствии весьма важное влияние на развитие легких дорожных самодвижущихся повозок-автомобилей: в 1845 г. W. R. Thomson взял патент на каучуковые шины, а в 1860 г. Ленуар устроил первый газовый двигатель. Затем появились двигатели бензиновые, керосиновые и электрические, приводимые в действие аккумуляторами. Все эти двигатели легче обыкновенных паровых при той же силе и поэтому особенно пригодны для самодвижущихся повозок, так же как и паровые с трубчатыми котлами Серполе. Все это заставило изобретателей и конструкторов снова обратить свое внимание на самодвижущиеся повозки, получившие теперь общее название «автомобили», но на этот раз центрами производства оказались Франция и Германия.

Трицикл изобретателя Серполле (Serpollet)

Мотор изобретателя Серполле

По мере увеличения количество парового транспорта на дорогах английское правительство стало издавать очень строгие правила для паровых дилижансов. Первое правило: Впереди каждого парового дилижанса, на расстоянии пятидесяти пяти метров, должен идти человек с красным флагом. При встрече с каретами или всадниками он должен предупреждать путников о том, что за ним следует паровик.

Машинистам строго воспрещается пугать лошадей свистками. Выпускать пар из машин разрешается только в случае отсутствия на дороге лошадей.

Скорость движения паровика не должна превышать в деревне шести километров в час, а в городе — трех километров.

[4] в 1850 году английский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты локомобиль. Во второй половине XIX века на полях Великобритании работало уже около двух тысяч таких машин.

Были отдельные случаи построения легковых автомобилей как предметов роскоши. Так, в историю вошёл La Marquise (официальное название — De Dion-Bouton et Trepardoux), построенный в 1884 году и работавший на паровой тяге.

Появление лёгкого, компактного и достаточно мощного двигателя внутреннего сгорания открыло широкие возможности для развития автомобиля. В 1885 году немецкий изобретатель Г. Даймлер, а в 1886 году его соотечественник К. Бенц изготовили и запатентовали первые самодвижущиеся экипажи с бензиновыми двигателями. Однако Несмотря на устаревание парового двигателя конструкторы ранних автомобилей все таки продолжали работать в направлении на продолжении ещё нескольких десятелетий

XX век

В первой четверти XX века автомобили с паровой машиной и электромобили получили широкое распространение. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу. Паровые, электрические и бензиновые автомобили конкурировали десятилетия, пока в 1910-х бензиновые двигатели внутреннего сгорания не стали доминирующими. (особенно, когда Форд наладил массовое производство знаменитой «модели Т», выпускавшейся с 1908-го года). Однако в 1920-е годы популярность паровых машин поднялась из за роста цен на бензин по сравнению с керосином и мазутом, на которые тогда был небольшой спрос, и, поскольку безин стоил в несколько раз дороже вышеупомянутых видов топлива, многие коммерческие операторы грузовых машим предпочитали использовать паровые машины, работающие на жидком топливе, тем более, что это упрощало их эксплуатацию.

Братья Стэнли производили около 1000 автомобилей на паровом ходу в год. В 1909 году братья открыли первую в Колорадо гостиницу люкс-класса, от железнодорожной станции до гостиницы гостей возил паровой автобус, что стало фактическим началом автомобильного туризма. Фирма Stanley выпускала автомобили на паровом ходу до 1927 года. Несмотря на ряд достоинств (хорошая тяга, многотопливность) паровые автомобили сошли со сцены к 1930-м из-за своей неэкономичности и сложностей при эксплуатации. Дольше всего промышленность выпускала паровые грузовики — до 1960—х гг. Весьма активно паровики использовались фермерами США и Великобритании: насчитывается 6 типов сельскохозяйственной паровой техники, работавших на фермах до 1950-х гг [5] .

В Великобритании паровые грузовики были особенно популярны до 1933 года, когда законодатели ввели налог на грузовой транспорт, основанный на массе машины, что поставило тяжёлые паровые грузовики в невыгодное положение по сравнению с карбюраторными машинами и, с другой стороны, в 1934 уменьшили тарифы на импортные нефтепродукты (в то время когда паровые грузовики «Сентинел» работали на недорогом местном угле). Энтузиасты паровых автомобилей склонны объяснять это как результат политического давления со стороны США, которые в то время являлись главным экспортёром нефтепродуктов. Однако несмотря на это паровые грузовики использовались там до 1950-х годов и многие из них продолжают работать и по сей день в качестве туристских автобусов и музейных экспонатов на ходу.

Советские проекты

в 1948 году был построен опытный НАМИ-012 на шасси семитонного ЯАЗ-200 (позже МАЗ-200). Характеристики трехцилиндровой паровой машины были вполне привычными: мощность — 100 л.с., обороты — до 1250 в минуту. А габариты и масса получились даже меньше, чем у дизеля с коробкой передач. Правда, эту экономию сводил на нет тяжеленный (около тонны) «котлоагрегат».

Рекорды скорости

В 1906 году паровой автомобиль фирмы Stanley установил рекорд скорости — 203 км/ч. Модель 1907 года проезжала на одной заправке водой 50 миль. Необходимое для движения давление пара достигалось за 10-15 минут от запуска машины. Это были любимые машины полицейских и пожарных Новой Англии. 14 мая 1913 года в гонках по Санкт-Петербургу, на Волхонском шоссе, преодолена скорость 202,1 км/ч. Русская автогонщица Римская-Корсакова разогнала автомобиль до 110 км/ч. [6]

Самая высокая скорость для паровых автомобилей была достигнута в августе 2009 года болидом, разработанным группой британских инженеров. Средняя максимальная скорость нового болида в двух заездах составила 139,843 мили в час, или 223,748 километра в час. В первом заезде болид развил скорость 136,103 мили в час (217,7 километра в час), а во втором — 151,085 мили в час (241,7 километра в час). Паровой автомобиль оснащен 12 котлами, в которых вода нагревается за счет сгорания природного газа. Из котлов пар под давлением, со скоростью в два раза превышающей скорость звука, подается в турбину. В минуту в котлах испаряется около 40 литров воды. Общая мощность силовой установки составляет 360 лошадиных сил. [7]

Преимущества паровых автомобилей

• «Всеядность» двигателя — Как и для локомотивов, основным преимуществом паровых автомобилей является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей. Как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель может работать от почти любого перепада температур, угольной или дровяной печи и т. д.
• Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
• Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
• Экономичность — Современные тепловые машины на пару иногда дают больший КПД, чем даже карбюраторные машины (до 34 %),
• Бесшумность двигателя — тепловые машины на пару не имеют выхлопа, а значит машина не шумит.
• Экологичность — сам по себе двигатель не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.
• Одним из главных преимуществ широкого использования двигателей внешнего сгорания является ослабление зависимости экономики стран импортеров нефтепродуктов от непредсказуемости действий иностранных поставщиков жидкого топлива.

В США военной Совещательной комиссией Центра консультативного анализа Морского Флота было определено, что

«Наша зависимость от иностранной нефти сокращает наше международное влияние, приводит к военному вмешательству в опасных регионах мира, финансирует те страны и лиц, которые хотят причинить нам вред, и ослабляет нашу экономику, наша зависимость и неэффективное использования нефтепродуктов также подвергает опасности наши войска»

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов со множеством современных усовершенствований: использования роликовых подшипников, современной теплоизоляции, сжигания в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенных паропроводов, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами. Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 — 42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать коэффициента полезного действия 50 — 60 %. Несмотря на то, что на данный момент парогазовый цикл используется на крупных энергетических объектах, в компании BMW сделали предположение о возможности использования его в автомобилях. Предполагается использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины. [9] . Одной из наиболее современных разработок в этом направлении является британский радиальный паровой двигатель «Циклон Марк 5» (Cyclone Mark V Steam Engine) использованный для установления мирового рекорда скорости в 2009 году — при весе в 152 кг он развивает 100 л.с. и имеет КПД в 34 %. Разработчики указывают на такие преимущества как надежность, чистота выхлопа из-за плавности горения топлива, простота и дешевизна производства по сравнению с дизельным двигателем той же мощности. [10]

Во многих отраслях промышленности (Угольная, торфодобывающая, сельскохозяйственная) существует ситуация когда дешевое, низкокачественное, твердое топливо используется для различных хозяственных нужд, таких как отопление, сушка сырья и тому подобное. Только в США количество биомассы которую потенциально можно использовать в качестве автомобильного топлива достигает миллиарда тонн в год, однако в настояший момент правительственные программы по большей части направленны на разработку технологии производства жидкого синтетического топлива из биомассы (а именно этанола и биодизеля), что по большей части приводит к расходу средств на государственные субсидии и подорожанию продовольствия, в то время когда использования синтетического твердого топлива (опилочных гранул) ограниченно по большей части лишь отоплением. В Индии ежегодно выращивается около 80 миллионов тонн бамбука. Правительство Индии учредило Национальную Миссию Бамбуковых Приложений (NMBA). С 1996 по 2006 годы в Индии была построена 101 электростанция, работающая на биомассе, суммарной мощностью 750 МВт. Всего в Индии ежегодно выращивается более 540 миллионов тонн различных растений, большая часть которых в настоящее время не утилизируется. Багасса сахарного тростника используется в Бразилии в качестве топлива на электростанциях. В 2000 году в Бразилии было производено около 50 миллионов тонн багассы. В 2001 году в Бразилии на багассе работали электростанции суммарной мощностью 1350 МВт.

В условиях резкого повышения цен на нефтепродукты и возникшей ножнице цен между жидким и твердым топливом эти отрасли могут быть заинтересованны в разработке современных экономичных паровых машин [11] [12] , как для производства электроэнергии для своих нужд, так и для использования их в качестве двигателей, возможно в гибридных двигателях [13] . Однако в настоящее время культура эскплуатации паровых двигателей по большей части уже давно утерянна и производители паровых машин давно перешли на производство ДВС. Так что скорого возникновения на рынке современных компактных паровых машин ожидать не приходится.

Паровой автотранспорт

Захотелось показать вам немного фотографий старых паровых машин. Но перед этим немного предыстории. Первый паровой транспорт появился в 18 веке. А первые попытки использования энергии пара начались еще раньше. Британец Томас Ньюкомен сконструировал машину с цилиндром и поршнем внутри, который двигался под паровым давлением. А сам пар создавался в отдельном котле. Было в этой конструкции Ньюкомена только два небольших минуса: внушительные размеры и большое потребление угля, поэтому использовать его как транспортное средство не было возможности. Это устройство применялось только для откачивания грунтовых вод.

Первый личный паровой автотранспорт.

Создателем первого личного парового автотранспорта считается французский инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году он создал трехколесную повозку — “малую телегу Кюньо”. Недостатком телеги Кюньо был низкий запас хода. Так как повозка была оснащена не вечным двигателем и без дозаправки могла проехать всего лишь около километра, затем экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения костра под котлом для увеличения давления. Весь этот процесс занимал столько же времени сколько и сама поездка. А максимальная скорость, которую набирала паровая телега была 4-4,5 километра в час. Но несмотря на такой черепаший ход высшим военным чинам Франции того времени телега понравилась. Наверное из-за огромной грузоподъемности: телега могла перевезти около двух тонн груза. Кюньо получил 20 тысяч франков на разработку и усовершенствование модели.

Телега Кюньо в разрезе

Благодаря этим инвестициям в 1770 году Кюньо представляет “телегу второго поколения”. Конструкция остается той же, но скорость уже в разы больше, около 5-7 км в час. Но главное усовершенствование заключалось в новой топке, которую не надо было разжигать каждые 15 минут.

Телега Кюньо

Во время первой презентации перед военными чинами произошел инцидент: у телеги заклинило переднее колесо и она протаранила стену ближайшего дома. По результатам аварии были сделаны выводы, что конструкция телеги обладает приличным запасом прочности, так как из-за удара пострадал только котел.

Но после этой демонстрации работа над машиной была прекращена, так как покровительствующие инженеру военные начальники попали в немилость властей и финансовая поддержка прекратилась. Как ни странно, хоть телега и не вышла в тираж, но до наших дней она сохранилась.

Первый личный паровой автотранспорт — телега Кюньо в музее

Паровой велосипед.

Сильвестр Говард Роупер в 1867 первый использовал двигатель внешнего сгорания на двухколесном транспорте. Так появился первый паровой велосипед Роупера, по сути первый мотоцикл. Двухцилиндровый паровой двигатель был размещен под сиденьем велосипеда весь механизм крепился к раме с помощью двух пружин. Пар выходил из трубы прямо за седлом, а вода поступала в котел из резервуара который являлся частью сиденья. Как ни странно, но управление ускорением осуществлялось так же как и на современных мотоциклах — с помощью ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. Ну а при повороте ручки на себя активировались тормоза.

Велосипед Роупера

Паровой велосипед восхищал и заинтересовывал людей на различных выставках, тогда как в обычной жизни пешеходы пугались изобретения Сильвестра. В дальнейшем Роупер изобрел и модифицировал еще несколько вариантов паровых велосипедов. На одном из таких велосипедов талантливый инженер и погиб, катаясь по велотреку в американском Кембридже, получил не совместимую с жизнью травму головы.

Паровой велосипед

Паровой общественный транспорт.

В 1833 году Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину не только для себя, но и приносящую пользу людям. Его омнибус под названием Enterprise, принадлежащий компании London and Paddington Steam Carriage Co, курсировал от Лондонской стены до района Паддингтон. Паровое устройство омнибуса состояло из большого двухцилиндрового парового двигателя, который раскручивался до ста оборотов в минуту. В двигатель подавался пар из бойлера под давлением в 6,1 бар.

Омнибус Хэнкока

Максимальную скорость омнибус мог развить до 32 км в час. Запаса хода у него хватало от 16 до 32 километров. Добиться преодоления такого огромного, по тем временам, расстояния позволяли дополнительные резервуары с водой расположенные под пассажирскими сиденьями. Для управления омнибусом нужно было три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй за наличие воды в бройлере, а третий за поддержание в этих самих бройлерах нужной температуры и за включение ручного тормоза для контролирования скорости при спусках с холмов.

Омнибус Enterprise

За рулем омнибуса был сам изобретатель Хэнкок. Из-за плохих дорог у инженера от ударов об руль ужасно болели руки. И для того, что бы не держаться постоянно за руль изобретатель придумал специальное устройство: на полу находилась педалька, при нажатии на которую руль фиксировался в одном положении. К такому метод Хэнкок прибегал на прямых участках дороги. Омнибус прекратил ездить по маршруту в 1840 году из-за все тех же плохих дорог и большой конкуренции со стороны извозчиков, которые использовали для перевозки людей лошадиную тягу.

Паровой омнибус доживший до наших дней

Паровые автомобили братьев Доблов.

Талантливые инженеры американского происхождения начали разрабатывать свои паровые автомашины еще в студенческие годы в собственной мастерской в 1910 году.

Братья Абнер и Джон Доблы

Сначала они создали Model A, а затем Modal B. Modal B была усовершенствована уникальным конденсатором для отработанного пара, выполненного в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды увеличился до1500 км, тогда как прежде на этом количестве жидкости можно было проехать всего лишь 150 км. Такая машина заинтересовала инвесторов и благодаря им братья Доблы учредили компанию General Engineering.

Model A Model B.

В рамках этой компании им удалось усовершенствовать систему зажигания, что бы владельцу автомобиля не пришлось вручную разводить огонь под бройлером. Этим занимался Джон Добл, он хорошо разбирался в электронике. Он придумал систему электрического зажигания: керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой. После этого был установлен компрессор, который подавал горящую смесь в камеру сгорания, нагревающую воду в котле. И все это происходило от одного нажатия кнопки на приборной панели. До достижения нужно температуры уходило 90 секунд, после чего можно было отправляться в путь. Для сравнения: у аналогичных машин до изобретения Доблов на осуществление аналогичного процесса уходило от 10 до 30 минут. Машина со всеми новшествами и инновациями была представлена в 1917 году на автосалоне в Нью-Йорке.

Усовершенствованная модель Model B.

Автомобиль с такими большими преимуществами заинтересовал многих и за три месяца после премьеры братья собрали пять с половиной тысяч предварительных заказов. Но Первая мировая война оставила братьев без железа и выпуск машин был отложен. Да и между братьями на тот момент возник конфликт. Джон считал, что получает меньше внимания, чем его брат, потому что во всех публикациях в прессе главным конструктором написан был Абнер, а о Джоне практически ничего не упоминалось. Братья разругались, а в феврале 1921 года Джон умер в возрасте 28 лет от рака лимфатических узлов.

После смерти Джона к Абнеру присоединились двое других братьев — Билл и Уорен. Была учреждена фирма Doble Steam Motors где появился новый автомобиль Model E. Эта модель была доработана парогенератором и новым четырехцилиндровым мотором: два цилиндра высокого давления получали пар первыми, а два цилиндра низкого давления забирали из пара оставшуюся энергию и отправляли ее в конденсатор.

Model E-20

Зимой 1924 года братья Доблы привезли свое изобретение в Нью-Йорк. И устроили испытания на глазах у специалистов. Всю ночь перед испытаниями машина провела в холодном гараже, после чего еще час на морозе на улице. Но не смотря на это после активации двигатель сразу же завелся и через 23 секунды можно было ехать. Максимальную скорость, которую мог развить автомобиль Model E составляла 160 км в час, а до 120 км в час он разгонялся за 10 секунд. Но к сожалению сложные технические решения, лучшие составляющие (например электрика от Bosch), роскошная отделка салона (кожа, дерево, слоновая кость) подняли стоимость машины до огромных по тем временам 18 тысяч долларов. Такие машины могли позволить себе только очень богатые люди, поэтому один из самых величайших паровых автомобилей в истории человечества был выпущен тиражом всего лишь 50 экземпляров, после чего в 1931 году компания Doble Steam Motors перестала существовать.

Model E

Запредельная скорость на пару.

Задолго до разработок братьев Доблов, создали свой гоночный болид братья Стенли. К 1906 году они создали болид под названием Stanley Rocket. Для поездки на этом гоночном автомобиле был выбран гонщик Фред Марриотт, а местом на котором было решено набирать рекордную скорость был флоридский пляж, расположенный недалеко от Дайтон-бич. С первой же попытки Марриотт набрал на “Ракете” братьев Стенли рекордную скорость- 205,4 км в час, на тот момент быстрее не ездил еще никто!

Stanley Rocket

Спустя год братья конструкторы и их бесстрашный пилот решили преодолеть на паровом автомобиле рубеж в 300 км в час. Для такой запредельной скорости давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар. “Ракета” с Марриоттом на борту набрала скорость более 240 км в час, когда подскочила на кочке и развалилась на части. Фред получил серьезные травмы, но тем не менее пообещал снова гоняться. Но братья Стенли и-за аварии отказались от экспериментов со скоростью, а Марриотта так больше ни в какие гонки никто не взял. Из- за того, что развитие паровых двигателей прекратилось и им на смену пришли бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, рекорд братьев Стенли и гонщика Марриотта продержался более ста лет.

“Ракета” с Марриоттом на борту

Только 26 августа 2009 года на паровом автомобиле Inspiration под управлением Чарльза Барнетта Третьего был побит рекорд. Современный гоночный болид был похож на истребитель и приводился в движение двумя турбинами, которые вращались за счет пара, подаваемого под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров. Мощность парового автомобиля составляла 360 лошадиных сил — этого хватило, что бы развить скорость 225,6 км в час на американской базе “Эдвардс” в Калифорнии.

Inspiration и Чарльз Барнетт Третий

Про российские и советские разработки паровых машин я расскажу вам в отдельной статье, а сейчас вернемся к тому из-за чего это статья была написана. В самом начале я написала, что хочу показать вам немного современных фотографий паровых машин которые дожили до наших дней. В Европе паровые машины продержались до начала Второй мировой войны, затем их вытеснили бензиновые и дизельные собратья.

Многие энтузиасты в Англии сохранили и поддерживают в хорошем состоянии паровые ретро машины и даже устраивают фестивали, где все эти машины выставляются на всеобщее обозрение. Все эти экземпляры до сих пор работают, а некоторые из них даже используются в качестве туристических автобусов.

Туристический паровой автобус

Sentinel Typhoo

Автобус «Sentinel» 1931 года

Этот «Old Glory»сделана из другого старого парового грузовичка «Sentinel DG-6»

Источник Источник http://www.syl.ru/article/167154/new_istoriya-izobreteniya-parovyih-mashin-sozdanie-parovoy-mashinyi
Источник Источник http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1593481
Источник Источник http://fofoi.ru/parovoj-avtotransport/