История создания паровых двигателей

Г оворят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III в. до нашей эры, великий греческий математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архи­меда и ее описание были найдены спустя восемнадцать столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и худож­ника Леонардо да Винчи.

Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расши­ряясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Для нас интерес­но здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому, как поршень, скользило ядро.

Вот некоторые идеи, известные человеку к тому времени, когда он начал работать над созданием настоящего рабочего теплового двигателя, способного приводить в действие различные машины и механизмы.

Над изобретением па­ ровой машины в XVII — XVIII вв. трудились многие — англичане Томас С е в е р и и Томас Ньюкомен,француз Дени П а п е н, русский И. И. Пол­зунови многие другие.

Папен построил цилиндр, в котором вверх и вниз свободно перемещался поршень. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом, который тоже вслед за поршнем подымался и опускался. По мысли Папена, поршень можно было связать с какой-либо машиной, например водяным насосом, который стал бы качать воду. В нижнюю, откидывающуюся часть цилиндра насыпали порох, который затем поджигали. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, толкали поршень вверх. После этого поршень с наружной стороны обливали холодной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и давление их на поршень умень­шалось. Поршень под действием собственного веса и наружного атмосферного давления опускался вниз, поднимая при этом груз. Двигатель совершал полезную работу. Но для практических целей он не годился. Немыслимо было каждый раз насыпать в цилиндр порох, поджигать его, затем пускать воду, и так все время, пока двигатель работает. Кроме того, применение взрыва для поднятия поршня было далеко не безопасно.

В двигателе, построенном Папеном, проглядываются основные черты современного двигателя внутреннего сгорания. Однако потребовалось много времени и труда большого числа изобрета­телей, чтобы двигатель внутреннего сгорания был построен. Сам Папен пошел по другому пути — пути создания поршневых паровых машин.

В новом двигателе (рис. 1) Папен вместо пороха использовал воду . Воду наливали под поршень, и цилиндр снизу разогревали.

Образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаж­дали и находящийся в нем пар конденсировался — превращал­ся снова в воду. Поршень, как и в случае порохового двигате­ля, под действием своего веса и атмосферного давления опу­скался вниз. Этот двигатель работал лучше, чем пороховой. Но для практического исполь­зования он был также мало пригоден: нужно было подво­дить и отводить огонь, подавать охлаждающую воду, ждать, когда пар сконденсируется, зак­рывать воду... Были еще хлопоты с отводом воздуха, остановкой поршня в крайних положениях

...Эти недостатки были главным образом связаны с тем, что приготовление пара, необходимого для работы двигателя, проис­ ходило в самом цилиндре.

А что если в цилиндр впускать уже готовый пар, полученный, например, в отдельном котле? Тогда достаточно было бы попере­менно впускать в цилиндр то пар, то охлаждающую воду, и дви­гатель работал бы с большей скоростью и меньшим потреблением топлива.

Дени Папен этого не сделал. Об этом догадался его современ­ник англичанин Томас Севери, построивший паровой насос для откачки воды из шахты. В его машине приготовление пара проис­ ходило вне цилиндра — в котле.

Наиболее удачной была машина, построенная англичанами Т. Нюкоменом и его помощником Коули. Их машина на­чала работать в 1711 г. Она приводила в движение насос. Пар получали в котле 1 (рис. 2). Когда под действием силы тяжести спускались штанга насоса и груз 7, то поднимался поршень 4, подвешенный на другом конце балансира 8, а пар из парового котла поступал в цилиндр 2. Когда поршень достигал своего высшего положения, кран 3 закрывался, из сосуда 5 через кран 6 в цилиндр вспрыскивалась холодная вода, пар конденсировался и образовывался вакуум. Атмос­ферное давление заставляло поршень опускаться, а груз 7 подниматься. Затем снова в цилиндр впускался пар. Машина Ньюкомена — Коули использовалась свыше 90 лет, однако она имела серьезные недостатки: КПД ее был низок, а рабо­чие ходы поршня машины разделялись длительными проме­жутками; она могла приводить в действие только насос.

Русский техник Иван Иванович Ползунов значительно усовершенствовал паровую машину. Постройку своей ма­шины Ползунов завершил в 1765 г., а пущена она была в 1766 г. после смерти изобретателя.

Машина Ползунова имела два цилиндра (рис. 3). Когда один из цилиндров сообщался с паровым котлом, вдругой впускалась охлаждающая вода; поршни опускались под дей­ствием атмосферного давления. В то время, как один из них опускался, под другой поступал пар, ион поднимался. Движе­ние поршней передавалось на шкив, поэтому шкив непрерывно поворачивался то