La storia delle macchine a vapore risale al I secolo d.C., quando Airone di Alessandria descrisse per la prima volta l'aeolipil. Più di 1500 anni dopo, nel 1551, lo scienziato ottomano Takiyuddin al-Shami descrisse turbine primitive azionate dal vapore, e nel 1629 una scoperta simile fu fatta da Giovanni Branca. Questi dispositivi erano spiedini di cottura a vapore o piccoli ingranaggi. Fondamentalmente, tali progetti sono stati utilizzati dagli inventori per dimostrare la potenza del vapore e la prova che non dovrebbe essere sottovalutato.
Nel 1700, i minatori affrontarono una seria sfida: la necessità di pompare l'acqua fuori dalle miniere profonde. La stessa potenza del vapore venne in soccorso. Con l'aiuto dell'energia del vapore, è stato possibile pompare l'acqua fuori dalle miniere. Questa applicazione ha sbloccato la potenza potenziale del vapore e ha portato all'invenzione del motore a vapore. Le centrali a vapore vennero dopo. Principio principale, su cui funzionano i motori a vapore, consiste nel "condensare il vapore acqueo per creare un vuoto parziale".
Thomas Savery e i primi motori industriali
Thomas Savery inventò per la prima volta la pompa a vapore nel 1698 per pompare l'acqua. Questa invenzione viene spesso definita "autopompa antincendio" o motore per "alzare l'acqua con il fuoco". La pompa a vapore, brevettata da Severi, funzionava facendo bollire l'acqua fino a convertirla completamente in vapore. Quindi ogni goccia di vapore saliva nel serbatoio e si formava un vuoto nel contenitore in cui si trovava originariamente l'acqua. Questo vuoto è stato utilizzato per pompare acqua da miniere profonde. Ma la soluzione si è rivelata temporanea, poiché l'energia del vapore era sufficiente solo per pompare l'acqua da una profondità di diversi metri. Un altro svantaggio di questo progetto era l'uso della pressione del vapore per estrarre l'acqua aspirata nel serbatoio. La pressione era troppo alta per le caldaie, che provocarono una serie di violente esplosioni.
Macchine a bassa pressione
L'alto consumo di carbone insito motori a vapore Newcomen, è diminuito grazie alle innovazioni di James Watt. Il cilindro della macchina a bassa pressione era dotato di protezione termica, condensatore separato e scarico dell'acqua di condensa. Pertanto, il consumo di carbone nelle macchine a bassa pressione è stato ridotto di oltre il 50%.
Ivan Polzunov e il primo motore a vapore a due cilindri
Ivan Polzunov ha inventato la prima macchina a vapore in Russia. Il suo motore a vapore a due cilindri era più potente dei motori aspirati naturali britannici. Hanno raggiunto una potenza di 24 kW. Un modello della macchina a vapore a due cilindri di Polzunov è in mostra al Museo Barnaul.
Motore a vapore Thomas Newcomen
Nel 1712 Thomas Newcomen inventò la macchina a vapore, che ebbe molto successo dal punto di vista pratico. Il suo modello consisteva in un pistone o cilindro che azionava un enorme ponte di legno per far funzionare una pompa dell'acqua. La corsa inversa nella macchina era dovuta alla gravità, che spingeva verso il basso l'estremità del piatto dal lato della pompa. La macchina di Newcomen è stata in uso attivo per 50 anni. Quindi è stato riconosciuto come inefficace, poiché richiedeva molta energia per funzionare attivamente. Era necessario riscaldare il cilindro, poiché si raffreddava costantemente, a causa del quale veniva bruciato molto carburante.
Miglioramenti di James Watt
James Watt ha fatto una vera rivoluzione nella storia dello sviluppo dei motori a vapore introducendo un condensatore separato nel progetto originale. Ha introdotto questa innovazione nel 1765. Ma solo 11 anni dopo, è stato possibile ottenere un design che potesse essere utilizzato scala industriale. Il problema più grande nell'implementazione dell'idea di Watt era la tecnologia per creare un enorme pistone per mantenere la giusta quantità di vuoto. Ma la tecnologia fece presto grandi progressi e non appena il brevetto ricevette finanziamenti sufficienti, il motore a vapore Watt iniziò ad essere utilizzato attivamente su ferrovie e navi. Negli Stati Uniti, più di 60.000 auto sono state alimentate da motori a vapore dal 1897 al 1927.
Macchine ad alta pressione
Nel 1800 Richard Trevithick inventò la macchina a vapore ad alta pressione. Rispetto a tutti i modelli di motori a vapore inventati in precedenza, questa opzione era la più potente. Ma il design proposto da Oliver Evans ha avuto un vero successo. Si basava sull'idea di azionare il motore con il vapore anziché condensare il vapore per creare il vuoto. Evans inventò il primo motore a vapore senza condensa ad alta pressione nel 1805. La macchina era ferma e sviluppava 30 giri al minuto. Questa macchina è stata originariamente utilizzata per seghe a motore. Tali macchine erano supportate da enormi serbatoi d'acqua, che veniva riscaldata da una fonte di calore posta direttamente sotto il serbatoio, che permetteva di generare in modo efficiente la giusta quantità di vapore.
Questi motori a vapore divennero presto ampiamente utilizzati su motoscafi e ferrovie, rispettivamente nel 1802 e nel 1829. Quasi mezzo secolo dopo, apparvero le prime auto a vapore. Charles Algernon Parsons inventò la prima turbina a vapore nel 1880. All'inizio del XX secolo, i motori a vapore erano ampiamente utilizzati nell'industria automobilistica e navale.
Motori a vapore della Cornovaglia
Richard Trevetick ha cercato di migliorare la pompa a vapore inventata da Watt. È stato modificato per l'uso nei calderoni della Cornovaglia inventati da Trevetick. L'efficienza della macchina a vapore della Cornovaglia è stata notevolmente migliorata da William Sims, Arthur Woolf e Samuel Gruz. I motori a vapore della Cornovaglia aggiornati consistevano in tubi isolati, motore e caldaie per una maggiore efficienza.
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L'interesse per il vapore acqueo, come fonte di energia economica, è apparso insieme alle prime conoscenze scientifiche degli antichi. Le persone hanno cercato di domare questa energia per tre millenni. Quali sono le tappe principali di questo percorso? Quali riflessioni e progetti hanno insegnato all'umanità a trarne il massimo beneficio?
Prerequisiti per l'emergere di motori a vapore
La necessità di meccanismi che possano facilitare i processi ad alta intensità di manodopera è sempre esistita. Fino a circa la metà del 18° secolo, a questo scopo venivano utilizzati mulini a vento e ruote idrauliche. La possibilità di utilizzare direttamente l'energia eolica dipende dai capricci del tempo. E per utilizzare le ruote idrauliche, le fabbriche dovevano essere costruite lungo le rive dei fiumi, il che non è sempre conveniente e conveniente. E l'efficacia di entrambi era estremamente bassa. Era necessario un motore fondamentalmente nuovo, facilmente gestibili e privi di queste carenze.
La storia dell'invenzione e del miglioramento dei motori a vapore
La creazione di una macchina a vapore è il risultato di molte riflessioni, successi e fallimenti delle speranze di molti scienziati.
L'inizio del cammino
I primi, singoli progetti, erano solo curiosità interessanti. Per esempio, Archimede costruito una pistola a vapore Airone di Alessandria usava l'energia del vapore per aprire le porte degli antichi templi. E i ricercatori trovano note sull'applicazione pratica dell'energia del vapore per azionare altri meccanismi nei lavori Leonardo Da Vinci.
Considera i progetti più significativi su questo argomento.
Nel XVI secolo, l'ingegnere arabo Tagi al Din sviluppò un progetto per una primitiva turbina a vapore. Tuttavia, non ha ricevuto applicazione pratica a causa della forte dispersione del getto di vapore fornito alle pale della ruota della turbina.
Avanti veloce alla Francia medievale. Il fisico e talentuoso inventore Denis Papin, dopo molti progetti infruttuosi, si ferma al seguente progetto: un cilindro verticale è stato riempito d'acqua, sul quale è stato installato un pistone.
Il cilindro è stato riscaldato, l'acqua bollita ed evaporata. Il vapore in espansione sollevò il pistone. Era fissato nel punto più alto dell'altura e ci si aspettava che il cilindro si raffreddasse e il vapore si condensasse. Dopo che il vapore si è condensato, nel cilindro si è formato un vuoto. Il pistone, liberato dal fissaggio, si precipitò nel vuoto sotto l'azione della pressione atmosferica. Era questa caduta del pistone che doveva essere usata come corsa di lavoro.
Quindi, la corsa utile del pistone era causata dalla formazione del vuoto dovuto alla condensazione del vapore e alla pressione esterna (atmosferica).
Perché la macchina a vapore Papin come la maggior parte dei progetti successivi, furono chiamate macchine a vapore atmosferiche.
Questo design aveva uno svantaggio molto significativo: non è stata fornita la ripetibilità del ciclo. Denis ha l'idea di ottenere vapore non in un cilindro, ma separatamente in una caldaia a vapore.
Denis Papin è entrato nella storia della creazione di motori a vapore come inventore di un dettaglio molto importante: la caldaia a vapore.
E poiché hanno iniziato a ricevere vapore all'esterno del cilindro, il motore stesso è passato alla categoria dei motori a combustione esterna. Ma a causa della mancanza di un meccanismo di distribuzione che garantisca un funzionamento ininterrotto, questi progetti hanno difficilmente trovato applicazione pratica.
Una nuova fase nello sviluppo dei motori a vapore
Per circa 50 anni è stato utilizzato per pompare acqua nelle miniere di carbone. La pompa a vapore di Thomas Newcomen. Ha ampiamente ripetuto i progetti precedenti, ma conteneva novità molto importanti: un tubo per il prelievo del vapore condensato e una valvola di sicurezza per il rilascio del vapore in eccesso.
Il suo svantaggio significativo era che il cilindro doveva essere riscaldato prima che il vapore fosse iniettato, quindi raffreddato prima che condensasse. Ma la necessità di tali motori era così alta che, nonostante la loro ovvia inefficienza, le ultime copie di queste macchine servirono fino al 1930.
Nel 1765 meccanico inglese James Watt, impegnata nel miglioramento della macchina di Newcomen, separato il condensatore dal cilindro del vapore.
È diventato possibile mantenere il cilindro costantemente riscaldato. L'efficienza della macchina è aumentata immediatamente. Negli anni successivi Watt migliorò notevolmente il suo modello, dotandolo di un dispositivo per l'erogazione del vapore da un lato all'altro.
È diventato possibile utilizzare questa macchina non solo come pompa, ma anche per azionare varie macchine utensili. Watt ha ricevuto un brevetto per la sua invenzione: un motore a vapore continuo. Inizia la produzione in serie di queste macchine.
Per inizio XIX secolo, in Inghilterra funzionavano più di 320 watt di motori a vapore. Anche altri paesi europei hanno iniziato ad acquistarli. Ciò ha contribuito a un aumento significativo della produzione industriale in molte industrie, sia nella stessa Inghilterra che negli stati vicini.
Vent'anni prima di Watt, in Russia, il meccanico Altai Ivan Ivanovich Polzunov ha lavorato al progetto del motore a vapore.
Le autorità della fabbrica gli suggerirono di costruire un'unità che azionasse il ventilatore del forno fusorio.
La macchina da lui costruita era una bicilindrica e garantiva il funzionamento continuo del dispositivo ad essa collegato.
Dopo aver funzionato con successo per più di un mese e mezzo, la caldaia ha iniziato a perdere. Lo stesso Polzunov non era più in vita a questo punto. L'auto non è stata riparata. E la meravigliosa creazione di un unico inventore russo è stata dimenticata.
A causa dell'arretratezza della Russia in quel momento il mondo ha appreso dell'invenzione di I. I. Polzunov con grande ritardo ....
Quindi, per azionare una macchina a vapore, è necessario che il vapore generato dalla caldaia a vapore, espandendosi, prema sul pistone o sulle pale della turbina. E poi il loro movimento è stato trasferito ad altre parti meccaniche.
L'uso dei motori a vapore nei trasporti
Nonostante il fatto che l'efficienza dei motori a vapore di quel tempo non superasse il 5%, entro la fine del 18 ° secolo iniziarono ad essere utilizzati attivamente nell'agricoltura e nei trasporti:
- in Francia c'è un'auto con motore a vapore;
- negli Stati Uniti, un battello a vapore inizia a circolare tra le città di Filadelfia e Burlington;
- in Inghilterra è stata dimostrata una locomotiva ferroviaria a vapore;
- un contadino russo della provincia di Saratov brevettò un trattore a cingoli da lui costruito con una capacità di 20 CV. Insieme a.;
- sono stati ripetutamente fatti tentativi per costruire un aereo con motore a vapore, ma, sfortunatamente, la bassa potenza di queste unità con il grande peso del velivolo ha reso questi tentativi infruttuosi.
Entro la fine del XIX secolo, i motori a vapore, avendo svolto il loro ruolo nel progresso tecnico della società, cedettero il passo ai motori elettrici.
Dispositivi a vapore nel XXI secolo
Con l'avvento di nuove fonti di energia nel 20° e 21° secolo, riappare la necessità di utilizzare l'energia del vapore. Le turbine a vapore stanno diventando parte integrante delle centrali nucleari. Il vapore che li alimenta è ottenuto dal combustibile nucleare.
Queste turbine trovano largo impiego anche nelle centrali termoelettriche a condensazione.
In diversi paesi sono in corso esperimenti per ottenere vapore grazie all'energia solare.
Anche i motori a vapore alternativi non sono dimenticati. Nelle zone di montagna come locomotiva le locomotive a vapore sono ancora utilizzate.
Questi lavoratori affidabili sono sia più sicuri che più economici. Non hanno bisogno di linee elettriche e il combustibile - legna e carbone di qualità economica - sono sempre a portata di mano.
Le moderne tecnologie consentono di catturare fino al 95% delle emissioni nell'atmosfera e aumentare l'efficienza fino al 21%, così le persone hanno deciso di non separarsi ancora e stanno lavorando su una nuova generazione di locomotive a vapore.
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L'invenzione delle macchine a vapore è stata un punto di svolta nella storia umana. Da qualche parte a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo, il lavoro manuale inefficiente, le ruote idrauliche e i meccanismi completamente nuovi e unici iniziarono a essere sostituiti: i motori a vapore. Fu grazie a loro che le rivoluzioni tecniche e industriali, e anzi l'intero progresso dell'umanità, divennero possibili.
Ma chi ha inventato la macchina a vapore? A chi l'umanità lo deve? E quando è stato? Cercheremo di trovare risposte a tutte queste domande.
Anche prima della nostra era
La storia della creazione di una macchina a vapore inizia nei primi secoli aC. Hero of Alexandria ha descritto un meccanismo che ha iniziato a funzionare solo quando è stato esposto al vapore. Il dispositivo era una palla su cui erano fissati gli ugelli. Il vapore usciva tangenzialmente dagli ugelli, provocando così la rotazione del motore. È stato il primo dispositivo che ha funzionato a vapore.
Il creatore della macchina a vapore (o meglio, della turbina) è Tagi al-Dinome (filosofo, ingegnere e astronomo arabo). La sua invenzione divenne ampiamente nota in Egitto nel XVI secolo. Il meccanismo era organizzato come segue: i flussi di vapore venivano diretti direttamente al meccanismo con le lame e quando il fumo cadeva, le lame ruotavano. Qualcosa di simile fu proposto nel 1629 dall'ingegnere italiano Giovanni Branca. Lo svantaggio principale di tutte queste invenzioni era il consumo eccessivo di vapore, che a sua volta richiedeva un'enorme quantità di energia e non era consigliabile. Lo sviluppo è stato sospeso, poiché le conoscenze scientifiche e tecniche dell'umanità di allora non erano sufficienti. Inoltre, la necessità di tali invenzioni era completamente assente.
Sviluppi
Fino al 17° secolo, la creazione di una macchina a vapore era impossibile. Ma non appena il livello di sviluppo umano è salito alle stelle, sono apparse immediatamente le prime copie e invenzioni. Anche se nessuno li prendeva sul serio in quel momento. Così, ad esempio, nel 1663, uno scienziato inglese pubblicò sulla stampa una bozza della sua invenzione, che installò nel castello di Raglan. Il suo dispositivo serviva per sollevare l'acqua sulle pareti delle torri. Tuttavia, come tutto ciò che è nuovo e sconosciuto, questo progetto è stato accolto con dubbio e non c'erano sponsor per il suo ulteriore sviluppo.
La storia della creazione di una macchina a vapore inizia con l'invenzione di una macchina a vapore. Nel 1681, uno scienziato francese inventò un dispositivo che pompava l'acqua dalle miniere. In un primo momento, la polvere da sparo è stata utilizzata come forza motrice, quindi è stata sostituita con vapore acqueo. Così è nata la macchina a vapore. Un enorme contributo al suo miglioramento è stato dato dagli scienziati inglesi, Thomas Newcomen e Thomas Severen. Anche l'inventore autodidatta russo Ivan Polzunov ha fornito un'assistenza inestimabile.
Il tentativo fallito di Papin
La macchina a vapore atmosferica, che all'epoca era tutt'altro che perfetta, attirò un'attenzione particolare nel campo della costruzione navale. D. Papin spese i suoi ultimi risparmi per l'acquisto di una piccola nave, sulla quale si accinse a installare una macchina vapore-atmosfera per il sollevamento dell'acqua di sua produzione. Il meccanismo d'azione era che, cadendo dall'alto, l'acqua iniziava a far girare le ruote.
L'inventore condusse le sue prove nel 1707 sul fiume Fulda. Molte persone si sono radunate per assistere a un miracolo: una nave che si muoveva lungo il fiume senza vele e senza remi. Durante le prove, però, si verificò un disastro: il motore esplose e diverse persone morirono. Le autorità si sono arrabbiate con lo sfortunato inventore e lo hanno bandito da qualsiasi lavoro e progetto. La nave fu confiscata e distrutta e lo stesso Papen morì pochi anni dopo.
Errore
Il piroscafo Papin aveva il seguente principio di funzionamento. Sul fondo del cilindro è stato necessario versare una piccola quantità d'acqua. Sotto il cilindro stesso si trovava un braciere che serviva a scaldare il liquido. Quando l'acqua iniziò a bollire, il vapore risultante, espandendosi, sollevò il pistone. L'aria veniva espulsa dallo spazio sopra il pistone attraverso una valvola appositamente attrezzata. Dopo che l'acqua ha bollito e il vapore ha iniziato a cadere, è stato necessario rimuovere il braciere, chiudere la valvola per rimuovere l'aria e raffreddare le pareti del cilindro con acqua fredda. Grazie a tali azioni, il vapore nel cilindro si è condensato, si è formato un vuoto sotto il pistone e, a causa della forza della pressione atmosferica, il pistone è tornato di nuovo nella sua posizione originale. Durante il suo movimento verso il basso ed è stato realizzato lavoro utile. Tuttavia, l'efficienza della macchina a vapore di Papen era negativa. Il motore del piroscafo era estremamente antieconomico. E, soprattutto, era troppo complicato e scomodo da usare. Pertanto, l'invenzione di Papen non ha avuto futuro sin dall'inizio.
Seguaci
Tuttavia, la storia della creazione della macchina a vapore non è finita qui. Il successivo, già molto più riuscito di Papen, fu lo scienziato inglese Thomas Newcomen. Ha studiato a lungo il lavoro dei suoi predecessori, concentrandosi sulle debolezze. E prendendo il meglio del loro lavoro, creò il proprio apparato nel 1712. La nuova macchina a vapore (nella foto) è stata progettata come segue: è stato utilizzato un cilindro, che era in posizione verticale, oltre a un pistone. Questo Newcomen ha preso dalle opere di Papin. Tuttavia, il vapore si era già formato in un'altra caldaia. L'intera pelle è stata fissata attorno al pistone, il che ha notevolmente aumentato la tenuta all'interno del cilindro del vapore. Questa macchina era anche a vapore atmosferico (l'acqua saliva dalla miniera usando la pressione atmosferica). I principali svantaggi dell'invenzione erano l'ingombro e l'inefficienza: la macchina "mangiava" un'enorme quantità di carbone. Tuttavia, ha portato molti più vantaggi dell'invenzione di Papin. Pertanto, è stato utilizzato nei sotterranei e nelle miniere per quasi cinquant'anni. Era usato per pompare le acque sotterranee e per asciugare le navi. ha cercato di convertire la sua auto in modo che fosse possibile utilizzarla per il traffico. Tuttavia, tutti i suoi tentativi non hanno avuto successo.
Il successivo scienziato che si dichiarò fu D. Hull dall'Inghilterra. Nel 1736 presentò al mondo la sua invenzione: una macchina a vapore per atmosfera, che aveva ruote a pale come motore. Il suo sviluppo ebbe più successo di quello di Papin. Immediatamente, molte di queste navi furono rilasciate. Erano usati principalmente per trainare chiatte, navi e altre navi. Tuttavia, l'affidabilità della macchina a vapore atmosferica non ispirava fiducia e le navi erano dotate di vele come motore principale.
E sebbene Hull fosse più fortunato di Papen, le sue invenzioni persero gradualmente la loro rilevanza e furono abbandonate. Tuttavia, le macchine a vapore atmosferiche di quel tempo avevano molte carenze specifiche.
La storia della creazione di una macchina a vapore in Russia
La prossima svolta avvenne nell'impero russo. Nel 1766 fu realizzata la prima macchina a vapore in uno stabilimento metallurgico a Barnaul, che forniva aria ai forni fusori mediante speciali soffietti. Il suo creatore fu Ivan Ivanovich Polzunov, a cui fu persino assegnato un grado di ufficiale per i servizi alla sua patria. L'inventore ha presentato ai suoi superiori disegni e progetti per una "macchina infuocata" in grado di azionare i mantici.
Tuttavia, il destino ha giocato uno scherzo crudele con Polzunov: sette anni dopo che il suo progetto è stato accettato e l'auto è stata assemblata, si è ammalato ed è morto di consunzione, appena una settimana prima dell'inizio dei test del suo motore. Tuttavia, le sue istruzioni sono state sufficienti per avviare il motore.
Così, il 7 agosto 1766, la macchina a vapore di Polzunov fu lanciata e messa sotto carico. Tuttavia, nel novembre dello stesso anno, si ruppe. Il motivo si è rivelato essere le pareti troppo sottili della caldaia, non destinate al caricamento. Inoltre, l'inventore ha scritto nelle sue istruzioni che questa caldaia può essere utilizzata solo durante i test. La produzione di una nuova caldaia avrebbe facilmente ripagato, perché l'efficienza della macchina a vapore di Polzunov era positiva. Per 1023 ore di lavoro, più di 14 libbre d'argento sono state fuse con il suo aiuto!
Ma nonostante ciò, nessuno ha iniziato a riparare il meccanismo. La macchina a vapore di Polzunov ha raccolto polvere per più di 15 anni in un magazzino, mentre il mondo dell'industria non si è fermato e si è sviluppato. E poi è stato completamente smantellato per parti. Apparentemente, in quel momento la Russia non era ancora cresciuta con le macchine a vapore.
Le esigenze del tempo
Nel frattempo, la vita non si è fermata. E l'umanità ha costantemente pensato di creare un meccanismo che permettesse di non dipendere dalla natura capricciosa, ma di controllare il destino stesso. Tutti volevano abbandonare la vela il prima possibile. Pertanto, la questione della creazione di un meccanismo a vapore era costantemente sospesa nell'aria. Nel 1753 fu indetto a Parigi un concorso tra artigiani, scienziati e inventori. L'Accademia delle Scienze ha indetto un premio a chi sa creare un meccanismo in grado di sostituire la forza del vento. Ma nonostante il fatto che menti come L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix e altri abbiano partecipato al concorso, nessuno ha fatto una proposta sensata.
Gli anni passarono. E la rivoluzione industriale coprì sempre più paesi. Superiorità e leadership tra le altre potenze andarono invariabilmente all'Inghilterra. Alla fine del diciottesimo secolo, fu la Gran Bretagna a diventare l'ideatrice della grande industria, grazie alla quale ottenne il titolo di monopolio mondiale in questo settore. La questione di un motore meccanico ogni giorno diventava sempre più attuale. E un tale motore è stato creato.
La prima macchina a vapore al mondo
L'anno 1784 fu per l'Inghilterra e per il mondo intero un punto di svolta nella rivoluzione industriale. E la persona responsabile di questo era il meccanico inglese James Watt. La macchina a vapore da lui creata è stata la più grande scoperta del secolo.
Per diversi anni ha studiato i disegni, la struttura ei principi di funzionamento delle macchine vapore-atmosferiche. E sulla base di tutto ciò, ha concluso che per l'efficienza del motore è necessario equalizzare le temperature dell'acqua nel cilindro e del vapore che entra nel meccanismo. Lo svantaggio principale delle macchine a vapore atmosferico era la costante necessità di raffreddare il cilindro con acqua. Era costoso e scomodo.
Il nuovo motore a vapore è stato progettato in modo diverso. Quindi, il cilindro era racchiuso in una speciale giacca a vapore. Così Watt raggiunse il suo stato di riscaldamento costante. L'inventore ha creato un recipiente speciale immerso in acqua fredda (condensatore). Un cilindro è stato fissato ad esso con un tubo. Quando il vapore è stato scaricato nel cilindro, è entrato nel condensatore attraverso un tubo e lì è tornato in acqua. Lavorando al miglioramento della sua macchina, Watt ha creato un vuoto nel condensatore. In questo modo tutto il vapore proveniente dal cilindro si condensava al suo interno. Grazie a questa innovazione è stato notevolmente incrementato il processo di espansione del vapore, che a sua volta ha permesso di estrarre molta più energia dalla stessa quantità di vapore. Era l'apice del successo.
Il creatore della macchina a vapore ha anche cambiato il principio della fornitura d'aria. Ora il vapore prima è caduto sotto il pistone, sollevandolo così, e poi si è raccolto sopra il pistone, abbassandolo. Pertanto, entrambe le corse del pistone nel meccanismo sono diventate funzionanti, cosa che prima non era nemmeno possibile. E il consumo di carbone per cavallo era quattro volte inferiore rispetto, rispettivamente, alle macchine a vapore atmosferico, che era ciò che James Watt stava cercando di ottenere. La macchina a vapore conquistò molto rapidamente prima la Gran Bretagna e poi il mondo intero.
"Charlotte Dundas"
Dopo che il mondo intero fu stupito dall'invenzione di James Watt, iniziò l'uso diffuso delle macchine a vapore. Così, nel 1802, la prima nave per una coppia apparve in Inghilterra: la barca Charlotte Dundas. Il suo creatore è William Symington. La barca veniva utilizzata come chiatte da traino lungo il canale. Il ruolo del motore sulla nave era svolto da una ruota a pale montata a poppa. La barca ha superato con successo i test la prima volta: ha rimorchiato due enormi chiatte per 18 miglia in sei ore. Allo stesso tempo, il vento contrario ha fortemente interferito con lui. Ma ci è riuscito.
Eppure l'hanno messo in attesa, perché temevano che a causa delle forti onde che si erano create sotto la ruota a pale, le sponde del canale sarebbero state lavate via. A proposito, alla prova di "Charlotte" ha partecipato un uomo che oggi il mondo intero considera il creatore del primo piroscafo.
nel mondo
Un costruttore navale inglese della sua giovinezza sognava una nave con un motore a vapore. E ora il suo sogno si è avverato. Dopotutto, l'invenzione dei motori a vapore fu un nuovo impulso nella costruzione navale. Insieme all'inviato dall'America, R. Livingston, che ha assunto la parte materiale della questione, Fulton ha intrapreso il progetto di una nave con motore a vapore. Era un'invenzione complessa basata sull'idea di un motore a remo. Lungo le fiancate della nave si stendevano in fila piatti che imitavano molti remi. Allo stesso tempo, le piastre di tanto in tanto interferivano l'una con l'altra e si rompevano. Oggi possiamo tranquillamente affermare che lo stesso effetto si può ottenere con sole tre o quattro tessere. Ma dal punto di vista della scienza e della tecnologia di quel tempo, non era realistico vederlo. Pertanto, i costruttori navali hanno avuto un momento molto più difficile.
Nel 1803, l'invenzione di Fulton fu presentata al mondo. Il piroscafo si muoveva lentamente e in modo uniforme lungo la Senna, colpendo le menti e l'immaginazione di molti scienziati e personaggi di Parigi. Tuttavia, il governo napoleonico rifiutò il progetto e gli scontenti costruttori navali furono costretti a cercare fortuna in America.
E nell'agosto 1807, il primo battello a vapore al mondo chiamato Claremont, in cui era coinvolto il motore a vapore più potente (la foto è presentata), andò lungo la Baia di Hudson. Molti allora semplicemente non credevano nel successo.
Il Claremont fece il suo viaggio inaugurale senza carico e senza passeggeri. Nessuno voleva viaggiare a bordo di una nave sputafuoco. Ma già sulla via del ritorno è apparso il primo passeggero: un contadino locale che ha pagato sei dollari per un biglietto. Divenne il primo passeggero nella storia della compagnia di navigazione. Fulton era così commosso che ha dato al temerario un giro gratis per tutta la vita su tutte le sue invenzioni.
Tutte le aziende globali si stanno preparando a iniziare la produzione di massa di veicoli elettrici, che dovrebbero sostituire le auto puzzolenti con motori a combustione interna. Ma oltre al motore elettrico ea benzina, l'umanità conosce i motori a vapore e li conosce da diversi secoli. Oggi parleremo di questi aiutanti dell'uomo immeritatamente dimenticati.
19esimo secolo? O forse la prima macchina a vapore è stata creata nel 18° secolo? Non indovinare, non indovinare. Nel I secolo aC, cioè Più di 2mila anni fa, l'ingegnere greco Heron di Alessandria creò la prima macchina a vapore nella storia dell'umanità.
Il motore era una sfera che ruotava attorno al proprio asse sotto l'azione del vapore che ne usciva. È vero, gli antichi greci avevano difficoltà a comprendere l'essenza del processo, quindi lo sviluppo di questa tecnologia si è bloccato per quasi 1500 anni ...
Giocattolo a vapore dell'imperatore
Ferdinand Verbst, un membro della comunità dei Gesuiti in Cina, costruì la prima automobile a vapore intorno al 1672 come giocattolo per l'imperatore cinese. L'auto era di piccole dimensioni e non poteva trasportare conducente o passeggero, ma potrebbe essere stato il primo trasporto a vapore ("auto") funzionante. Ma è stata la prima macchina a vapore nella storia dell'umanità, anche se giocattolo.
Progetto Newton
Scienziati rinomati hanno anche considerato l'idea di "cavalcare" la potenza del vapore e creare una carrozza semovente. Uno di questi progetti famosi è stato il progetto della carrozza di Isaac Newton. L'equipaggio era costituito da un carrello dotato di una caldaia a vapore con un ugello, attraverso il quale, utilizzando una valvola, l'autista poteva far fuoriuscire vapore, disperdendo così il carrello. Ma il grande scienziato non realizzò mai il suo progetto, l'auto a vapore di Newton rimase sulla carta.
Thomas Newckman e la sua macchina di pompaggio delle acque sotterranee
Il primo dispositivo messo in pratica è stato il motore Newckman. Il britannico Thomas Newkman ha progettato una macchina a vapore che sembrava motori moderni. Un cilindro e un pistone che si muovevano al suo interno sotto l'influenza della pressione del vapore. Il vapore veniva prodotto in un'enorme caldaia, che non consentiva di utilizzare questa macchina in nessun altro modo come macchina per il pompaggio di acque sotterranee.
James Watt
Lo scozzese James Watt si è impegnato a migliorare la macchina di Newksman. Ha notato che per ridurre il consumo di carbone è necessario mantenere costantemente una temperatura elevata nel cilindro, e ha anche collegato alla macchina un condensatore, dove veniva raccolto il vapore di scarico, che è stato successivamente trasformato in acqua e rimandato a la caldaia con l'ausilio di una pompa. Tutto ciò avrebbe permesso di mettere il motore sul telaio e creare la prima vettura a vapore, ma Watt considerava questo tipo di trasporto pericoloso e non si impegnò in ulteriori sviluppi. Inoltre, il designer ha ricevuto un brevetto per la sua auto, che è diventato un ostacolo per altri designer per lavorare sulla prima macchina a vapore.
Non ancora una macchina, ma già un carrello
L'ideatore del primo veicolo semovente fu il francese Nicolas-Joseph Cugno. Nel 1769 l'inventore creò un carro a tre ruote, il "carretto di Cugno", chiamato anche "Fardier". Come concepito dall'autore, questo è strano veicolo avrebbe dovuto essere usato per trasportare i cannoni. Non ancora un'auto, ma già un carrello semovente.
Solo il carrello di Cugno aveva molti difetti. Il peso del motore era di circa una tonnellata, quindi il carrello era a malapena guidato da due persone. Un altro inconveniente del piccolo carrello Kunho si è rivelato essere una bassa riserva di carica: solo un chilometro. Fare rifornimento sotto forma di acqua nel calderone, accendere un incendio sulla strada dove è stato trasferito il calderone, erano procedure troppo lunghe e complicate. Anche la velocità voleva essere migliore, solo 4 km/h.
Ma anche il carrello aveva i suoi pregi. La capacità di carico era di due tonnellate, cosa molto apprezzata dai generali del quartier generale francese, che stanziarono 20mila franchi a Kunyu per ulteriori lavori sul carro.
Il progettista ha utilizzato i fondi ricevuti con beneficio e la seconda versione del carrello si muoveva già a una velocità fino a 5-7 chilometri orari e il focolare installato sotto la caldaia consentiva di mantenere la temperatura in movimento e non fermarsi ogni 15 minuti per accendere un fuoco.
Questo embrione della futura automobile ha fatto il primo incidente della storia. La ruota del carro si è bloccata e ha speronato il muro della casa.
Nonostante i successi di Cugno, i lavori furono sospesi per un motivo banale: i soldi finirono. Ma con nostra gioia, il carrello del designer francese è sopravvissuto fino ad oggi e possiamo vederlo con i nostri occhi.
La bicicletta a vapore di Roper
Gli inventori erano in uno stato di continua ricerca. Se Kuno si è mosso lungo il percorso di creazione di un'auto, l'americano Sylvester Howard Roper si è impegnato a creare una futura motocicletta. Sarebbe più corretto dire una bicicletta a vapore.
Roper ha posizionato la macchina a vapore sotto il sedile, l'uscita del vapore è stata effettuata direttamente dietro la sella. Il controllo della velocità è stato effettuato utilizzando una maniglia sul volante. Allontanandolo da lui, il guidatore ha aumentato la velocità, svoltando in direzione opposta, è stata effettuata la frenata.
I viaggi di Roper sulla prima bici hanno causato shock e indignazione negli altri, beh, proprio come ora siamo indignati dalle motociclette rumorose. Roper si è anche lamentato con la polizia. L'inventore è stato salvato dal carcere e da una multa solo per l'assenza di una legge che vietasse di guidare la bicicletta giusta.
E proprio come i motociclisti moderni, Roper, alla guida della sua bici a vapore, si è schiantato.
Anfibio a vapore
Oruktor Amphibolos, la prima macchina anfibia, fu sviluppata nel 1804 dall'inventore americano Oliver Evans. Lo scafo a forma di barca era dotato di 4 ruote e di una ruota a pale a poppa. Era una macchina gigantesca: nove metri di lunghezza e 15 tonnellate di peso.
Omnibus Enterprise
Lo svantaggio di tutti i primi motori a vapore era la bassa capacità di carico e la bassa velocità. I carri trainati da cavalli (omnibus) erano più veloci del motore a vapore più veloce. Gli ingegneri hanno fatto i conti con la potenza.
La prima vettura per otto persone è stata progettata da Richard Trevithick. Ma l'auto di Richard non interessava gli investitori. Trent'anni dopo, Walter Hancock subentrò e creò il primo omnibus a vapore, chiamato Enterprise. Una tonnellata d'acqua, un motore a due cilindri, una velocità di 32 chilometri orari e un'autonomia fino a 32 chilometri. Permise persino di utilizzare l'Enterprise come veicolo commerciale. E questo era già il successo degli inventori: il primo autobus guidava per le strade.
Prima macchina
La prima macchina a vapore, che non sembrava un carrello con una padella, ma come un'auto normale, fu progettata dai fratelli Abner e John Doble. L'auto di Doble aveva già molti dei nodi a noi familiari, ma ne parleremo più avanti.
Mentre era ancora uno studente, Abner iniziò nel 1910 a sviluppare motori a vapore nella sua officina. Ciò che i fratelli riuscirono a fare fu ridurre il volume dell'acqua. Come ricorderete, l'Enterprise ha usato una tonnellata d'acqua. Il modello Doble a 90 litri aveva una riserva di carica fino a un migliaio e mezzo di chilometri. I fratelli inventori hanno dotato le loro auto di un sistema di accensione automatico. È oggi che giriamo la chiave per accendere una scintilla nel motore. Il sistema di accensione di Doble iniettava cherosene nel carburatore, dove veniva acceso e immesso in una camera sotto la caldaia. La pressione necessaria del vapore acqueo è stata creata in un record di 90 secondi per quei tempi. 1,5 minuti e puoi iniziare. Dirai per molto tempo, ma i motori a vapore di altri designer hanno iniziato a muoversi in 10 e anche 30 minuti.
L'esemplare esposto dell'auto Dolbov in una mostra a New York ha fatto scalpore. Solo durante la mostra, i fratelli hanno raccolto ordini per 5.500 auto. Ma poi è iniziato il primo Guerra mondiale, che ha causato una crisi e una carenza di metallo nel paese, e la produzione ha dovuto essere dimenticata per un po'.
Dopo la guerra, i Doble presentarono al pubblico un modello nuovo e migliorato dell'auto a vapore. La pressione necessaria nella caldaia è stata raggiunta in 23 secondi, la velocità era di 160 chilometri orari e in 10 secondi l'auto ha accelerato a 120 chilometri orari. Probabilmente l'unico inconveniente dell'auto era il suo prezzo. Irrealistici per quei tempi 18 mila dollari. La più grande macchina a vapore nella storia dell'umanità è stata prodotta nella quantità di sole 50 copie.
Vapore più veloce
Ancora una volta i fratelli-inventori, questa volta i fratelli Stanley, intrapresero la creazione di un'auto ad acqua bollente. La loro macchina da corsa era pronta per correre nel 1906. Su una spiaggia della Florida, l'auto ha accelerato a 205,4 chilometri orari. All'epoca era un record assoluto, anche per un'auto con motore a benzina. Ecco una pentola su ruote.
I fratelli furono fermati solo dalla ferita di uno di loro, ricevuto a seguito di un incidente su un parabolide. Il record di velocità automobilistica dei fratelli Stanley è imbattuto da oltre un secolo.
ispirazione
Il successivo record di velocità è stato stabilito il 26 agosto 2009 sull'auto Inspiration. L'auto, più simile a un caccia, era azionata da due turbine, che ruotavano grazie al vapore fornito ad una pressione di 40 bar da dodici caldaie ad alta efficienza. Sotto il cofano di questo dispositivo si nascondono 360 cavalli, che hanno permesso di accelerare fino a 225 chilometri orari.
ParoRussia
Le auto a vapore, ovviamente, non potevano passare dalla Russia. Il primo modello domestico funzionante su carbone e acqua nel 1830 potrebbe essere stato il Fast Cat di Kazimir Yankevich. Secondo i calcoli del progettista, questo motore a vapore potrebbe accelerare fino a una velocità di 32 chilometri orari. Ma l'auto è rimasta sulla carta.
Il primo motore a vapore è stato creato da un talentuoso contadino russo Fyodor Blinov. Nel 1879 ricevette il brevetto "per un carro con dispositivo speciale a binari senza fine per il trasporto di merci su autostrade e strade di campagna". Successivamente, questa macchina si trasformò in un trattore a vapore a cingoli, che Blinov insegnò anche a girare a causa della differenza di coppia su ciascuno dei cingoli. Ma l'idea dell'inventore non è stata apprezzata, è stato assegnato solo un piccolo premio.
Le prime auto a vapore russe iniziarono a essere prodotte nello stabilimento di Mosca Dux. Chi colleziona modelli retrò conosce questa elegante auto Lokomobil.
“Le auto non fanno affatto rumore, cosa che ancora non si può dire di quelle a benzina. Anche le auto elettriche, alimentate dall'elettricità, quella potenza del futuro, fanno più rumore (ronzio, piuttosto) delle auto a vapore Dux. Tutto il suo meccanismo è così semplice e compatto che si inserisce sotto il sedile e non necessita di parti sporgenti per il suo posizionamento, come il musetto delle auto a benzina, non ha cambi di marcia, batterie elettriche, magneti, candele facilmente rotti, in un parola, tutto ciò che è la causa della maggior parte dei guasti e dei problemi nelle auto a benzina ", ha scritto la rivista Avtomobil all'inizio del secolo scorso.
I motori a combustione interna in rapido sviluppo funzionanti a benzina posero fine allo sviluppo dei veicoli a vapore. Gli inventori hanno cercato di far rivivere questa tecnologia, ma le loro idee non hanno trovato supporto.
