Как возникли паровые машины?

Сегодня наша статья посвящена истории появления паровой машины, изобретения, которое предопределило развитие всей научно-технической революции.

Вплоть до середины 18 века в промышленном производстве применялись, преимущественно, водяные двигатели. Они должны были устанавливаться на берегах водоемов, зависели от поры года и требовали серьезной и дорогостоящей подготовительной работы, поэтому практически не годились для действительно массового производства. В это время лучшие умы Старого Света начали задумываться о создании принципиально нового двигателя, который будет дешевле, мобильнее и мощнее.

Идея создания механизма, приводимого в действие силой пара, была отчасти заимствована из конструкции изобретенного еще в Античности поршневого водяного насоса. Только механизм должен был запускаться в обратном направлении.

Первые паровые двигатели

Пионерами создания паровых двигателей стали изобретатели Папен (1690), Севери (1702) и Ньюкомен (1711). В основе их изобретений лежало резкое уменьшение объема пара после его охлаждения и образуемая при этом разница давлений. Принципиальным отличием машины Ньюкомена стало размещение парового цилиндра непосредственно над паровым котлом. Полезная работа во всех первых паровых двигателях совершалась только при движении поршня вниз. Пар при этом только создавал разряженное пространство, а движение поршня обеспечивалось атмосферным давлением. Для работы двигателя необходимо было постоянно охлаждать и нагревать цилиндр (поскольку он и выполнял роль конденсатора). Это требовало большого количества топлива (иногда для обеспечения одной такой машины требовалось не менее 50 лошадей) и обеспечивало КПД на уровне не более 1%. Применялись такие двигатели, в основном, на угольных шахтах, где топливо было дешево и доступно.

Машина Джеймса Уатта

Машина Ньюкомена применялась в Англии вплоть до шестидесятых годов 18 века, пока один из образцов не попал в руки университетского механика из Глазго Джеймса Уатта. Первоначальной его задачей был ремонт машины, однако именно Уатт привнес революционные изменения в конструкцию, которые позволили сделать паровую машину основой промышленного производства на добрых полтора столетия.

В частности, Уатт отказался от идеи использовать поршень в качестве конденсатора и ввел для охлаждения пара отдельный цилиндр. Первый патент на изобретение Уатт получил в 1769 году. Однако на этом изобретатель не остановился. В 1776 году свет увидела модель с помещенным внутрь цилиндра поршнем (для его зашиты был введен специальный кожух), а в 1782 году Уатт смог добиться от своего двигателя полезной работы не только при опускании поршня. Изобретатель ввел в машину передаточный вал, и отныне паровые машины могли приводить в движение и другие механизмы. Эра промышленного бума началась.