Временная шкала мощности пара

редактировать

Мощность пара медленно развивалась в течение нескольких сотен лет, переходя через дорогие и довольно ограниченные устройства в начале 17-го века, до полезных насосов для горнодобывающей промышленности в 1700 году, а затем до усовершенствованной конструкции паровой машины Ватта в конце 18-го века. Именно эти более поздние разработки, представленные как раз тогда, когда потребность в практической мощности росла из-за промышленной революции, действительно сделали паровую энергию обычным явлением.

Содержание

1 Этапы разработки
- 1.1 Ранние примеры
- 1.2 Разработка практического парового двигателя
- 1.3 Двигатель Ньюкомена: мощность пара на практике
- Двигатель 1,4 Ватта
- 1.5 Повышение мощности
2 См. Также
3 Примечания
4 Внешние ссылки

Фазы развития

Ранние примеры

1 век нашей эры - Герой Александрии описывает Aeolipile, как пример силы нагретого воздуха или воды. Устройство состоит из вращающегося шара, вращаемого струями пара; он производил небольшую мощность и не имел практического применения, но, тем не менее, это первое известное устройство, приводимое в движение давлением пара. Он также описывает способ переноса воды из одного сосуда в другой с помощью давления. Методы включали наполнение ведра, вес которого работал, чтобы открыть двери храма, которые затем снова закрывались дедвейтом, как только вода в ведре была откачана вакуумом, вызванным охлаждением первоначального сосуда.
1125 (1125): В Реймсе, согласно Уильяму Малмсберийскому, орган питался от нагретой воды. Он утверждает, что он был построен Папой Сильвестром II.
Конец 15 века нашей эры: Леонардо да Винчи описал Architonnerre, паровую пушку.
1551 (1551): Таки ад-Дин Мухаммад ибн Ма'руф описывает паровую турбину -подобное устройство для вращения вертела.
1601 (1601) : Джованни Баттиста делла Порта проводит эксперименты по использованию пара для создания давления или вакуума, строя простые фонтаны, похожие на перколятор.
1606 (1606): Херонимо де Аянц-и-Бомон получает патент на паровое устройство для откачки воды из шахт.
1615 (1615): Саломон де Каус, который был инженером и архитектором под Людовик XIII издает книгу, в которой показано устройство, подобное устройству Порты.
1629 (1629): Джованни Бранка предлагает использовать паровую турбину, аналогичную к описанному Таки ад-Дином, но предназначенному для использования в качестве пестика, работающего в ступках.
1630 (1630): Давид Рамзи имеет патент на различные применения пара, хотя описание не дается, и патент также распространяется на ряд не связанных изобретений. Он ссылается на «пожарную машину», и этот термин используется много лет.

Разработка практического парового двигателя

1663 (1663): Эдвард Сомерсет, 2-й маркиз Вустер, публикует подборка его изобретений. Один из них - это новый тип парового насоса, по сути, два устройства, как у де Кауса, но подключенные к одному котлу. Ключевым изобретением является добавление охлаждения вокруг контейнеров, чтобы заставить пар конденсироваться. Это создает частичный вакуум внутри камер, который используется для втягивания объема воды в контейнеры по трубе, образуя насос. Он встраивает одну очень большого размера в стену Замка Реглан, очевидно, первую паровую машину «промышленного масштаба». У него есть планы построить их для добычи полезных ископаемых, но он умирает, не успев создать свою компанию.
1680 (1680): Христиан Гюйгенс публикует мемуары, описывающие пороховой двигатель. который приводит в движение поршень. Это исторически известно как первое известное описание поршневого двигателя.
1698 (1698): Томас Сэвери представляет паровой насос, которого он называет «Друг шахтера». Это почти наверняка прямая копия дизайна Сомерсета. Позже будет добавлено одно ключевое усовершенствование: поток холодной воды снаружи цилиндра заменен распылителем непосредственно внутри него. Небольшое количество его насосов построено, в основном экспериментальных по своей природе, но, как и любая система, основанная на всасывании для подъема воды, они имеют максимальную высоту 32 фута (а обычно намного меньше). Чтобы быть практичным, его конструкция также может использовать давление дополнительного пара для вытеснения воды из верхней части цилиндра, что позволяет «штабелировать» насосы, но многие владельцы шахт опасались высокого риска взрыва и избегали этот вариант. (Двигатели Savery были повторно представлены в 1780-х годах для рециркуляции воды на водяные колеса, приводящие в движение текстильные фабрики, особенно в периоды засухи).
c. 1705 (1705): Томас Ньюкомен разрабатывает атмосферный двигатель, который, в отличие от насоса Savery, использует поршень в цилиндре; вакуум, тянущий поршень вниз к дну цилиндра, когда в него впрыскивается вода. Двигатель позволил значительно увеличить высоту откачки и осушать более глубокие шахты, чем это было возможно при использовании вакуума для подъема воды. Савери владеет патентом, охватывающим все предполагаемые варианты использования энергии пара, поэтому Ньюкомен и его партнер Джон Калли убеждают Сэвери объединить усилия с ними, чтобы использовать их изобретение до истечения срока действия патента в 1733 году.
1707 (1707): Денис Папин публикует исследование о силе пара, включающее ряд идей. Один использует двигатель, подобный Savery, для подъема воды на водяное колесо для вращения. В исследовании также предлагается заменить воду в двигателе Savery поршнем, который вытягивается за счет вакуума в цилиндре после того, как пар внутри конденсируется, но он не смог построить устройство.
1718 (1718) : Жан Дезагюлье представляет улучшенную версию двигателя Savery, которая включает предохранительные клапаны и двухходовой клапан, который управляет паром и холодной водой (в отличие от двух отдельных клапанов). Он не используется в коммерческих целях.

Двигатель Ньюкомена: мощность пара на практике

1712 (1712): Ньюкомен устанавливает свой первый коммерческий двигатель.
1713 (1713): Хамфри Поттер, мальчик, которому поручено управлять двигателем Ньюкомена, устанавливает простую систему для автоматического открытия и закрытия рабочих клапанов. Теперь двигатель может работать со скоростью 15 тактов в минуту с небольшой работой, кроме поджигания котла.
1718 (1718): Генри Бейтон представляет улучшенную и гораздо более надежную версию работы Поттера.
1720 (1720): Леупольд проектирует двигатель, основанный на расширении, который он приписывает Папену, в котором два цилиндра попеременно получают пар, а затем выпускаются в атмосферу. Хотя это, вероятно, полезная конструкция, похоже, что ничего не было построено.
1733 (1733): истекает срок действия патента Ньюкомена. К этому времени было построено около 100 двигателей Ньюкомена. В течение следующих 50 лет двигатели устанавливаются на угольных шахтах и металлических рудниках по всей Англии, особенно в Корнуолле, а также используются для городского водоснабжения и перекачивания воды через водяные колеса, особенно на металлургических заводах.
1755 (1755): Джозайя Хорнблауэр устанавливает первый коммерческий двигатель Ньюкомена в США на Медном руднике Шайлер на территории Северного Арлингтона в Округ Берген, Нью-Джерси, с использованием деталей, импортированных из Великобритании.
1769 (1769): Джон Смитон экспериментирует с двигателями Ньюкомена, а также начинает производство улучшенных двигателей с гораздо более длинным ходом поршня, чем в предыдущей практике. Более поздние двигатели, которые, вероятно, ознаменовали высшую точку в конструкции двигателей Ньюкомена, развивали до 80 лошадиных сил (около 60 кВт).
1775 (1775): К этому времени в Великобритании было построено около 600 двигателей Ньюкомена.
1779 (1779): кривошип, впервые примененный Джеймсом Пикардом в двигателе Ньюкомена, производил вращательное движение. Пикард запатентовал это в следующем году, но патент не подлежит защите.
1780 (1780): Newcomen двигатели продолжают производиться в больших количествах (около тысячи в период с 1775 по 1800 год), особенно для шахт, но все чаще на заводах и фабриках. Многие имеют конденсаторы Ватта, добавленные после истечения срока действия патента (см. Ниже). Также построено несколько десятков улучшенных двигателей Savery.

Двигатель Ватта

1765 (1765): Джеймс Ватт изобретает отдельный конденсатор, ключ к которому заключается в перемещении водяной струи, (который конденсирует пар и создает вакуум в двигателе Ньюкомена) внутри дополнительного цилиндрического сосуда меньшего размера, заключенного в водяную баню; Затем еще теплый конденсат с помощью всасывающего насоса откачивается в горячий колодец, позволяя возвращать предварительно нагретую воду в котел. Это значительно увеличивает термический КПД, гарантируя, что главный цилиндр может постоянно оставаться горячим, в отличие от двигателей Newcomen, где водяная струя конденсата охлаждает цилиндр при каждом такте. Ватт также герметизирует верхнюю часть цилиндра, так что пар под давлением, немного превышающим атмосферное, может воздействовать на верхнюю часть поршня против вакуума, создаваемого под ним.
1765 (1765): Мэтью Бултон открывает инженерный завод Soho Manufactory в Хэндсворт.
1765 (1765): Иван Ползунов строит двухцилиндровый двигатель Ньюкомена для вентиляции шахты в Барнаул, Россия. Он включает в себя автоматизированную систему управления уровнем воды в бойлере.
1769 (1769): Джеймс Ватт получает патент на улучшенную конструкцию. Он не может найти кого-нибудь, кто точно расточил бы цилиндр, и был вынужден использовать чугунный цилиндр. Двигатель работал плохо из-за того, что цилиндр был некруглым, что позволяло протекать через поршень. Однако повышения эффективности достаточно, чтобы Ватт и его партнер Мэтью Бултон лицензировали проект, основанный на ежегодной экономии угля, а не на фиксированной плате. В общей сложности Уатту потребовалось десять лет, чтобы получить точно расточенный цилиндр.
1774 (1774): Джон Уилкинсон изобретает расточный станок, способный растачивать точные цилиндры. Расточная оправка полностью проходит через цилиндр и поддерживается с обоих концов, в отличие от более ранних консольных расточных инструментов. Бултон в 1776 году пишет, что «мистер Уилкинсон просверлил нам несколько цилиндров почти безошибочно; цилиндр диаметром 50 дюймов, который мы установили в Типтоне, ни в какой части не соответствует толщине старого шиллинга».
1775 (1775): Ватт и Бултон заключают официальное партнерство. Патент Ватта продлен парламентским актом на 25 лет до 1800 года.
1776 (1776): построен первый коммерческий двигатель Boulton and Watt. На этом этапе и до 1795 года BW предоставляла только проекты и планы, самые сложные детали двигателя и поддержку с монтажом на месте.
1781 (1781): Джонатан Хорнблауэр патентует два цилиндр "составной " двигатель, в котором пар толкает один поршень (в отличие от вытягивания за счет вакуума, как в предыдущих конструкциях), и когда он достигает конца своего хода, передается во второй цилиндр, который выпускает в конденсатор как «нормальный». Конструкция Хорнблауэра более эффективна, чем конструкции Ватта одностороннего действия, но достаточно похожа на его систему двойного действия, что Бултон и Уотт могут отменить патент в суде в 1799 году.
1782 (1782): Первый роторный двигатель Ватта, приводящий в движение маховик с помощью солнечной и планетарной передачи, а не кривошипа, что позволяет избежать патента Джеймса Пикарда. Ватт получает дополнительные патенты в этом и 1784 году.
1783 (1783): Ватт строит свой первый двигатель «двойного действия», который пропускает пар так, чтобы попеременно воздействовать на одну сторону поршня, а затем на другую, и введение его рычажной передачи параллельного движения позволяет передавать мощность движения поршня на балку при обоих ходах. Это изменение позволяет использовать маховик, обеспечивающий устойчивое вращательное движение, управляемое регулятором , что позволяет двигателю управлять механизмами в приложениях, не критичных к скорости, таких как мукомольная, пивоваренная и другие производственные отрасли. Поскольку центробежный регулятор сам по себе плохо реагировал на изменения нагрузки, двигатель Уатта не подходил для прядения хлопка.
1784 (1784): Уильям Мердок демонстрирует модель паровой тележки Работаем на «сильном паре». Его работодатель, Джеймс Ватт, отговаривает его от патентования своего изобретения.
1788 (1788): Ватт строит первую паровую машину с центробежным регулятором для фабрики Boulton Watt Soho.
1790 (1790): Натан Рид изобрел трубчатый котел и улучшил цилиндр, разработав паровой двигатель высокого давления.
1791 (1791): Эдвард Bull вносит, казалось бы, очевидные изменения в конструкцию, переворачивая паровой двигатель прямо над шахтными насосами, устраняя необходимость в большой балке, использовавшейся со времен конструкции Ньюкомена. Около 10 его двигателей построено в Корнуолле.
1795 (1795): Бултон и Уотт открывают Soho Foundry для производства паровых двигателей
1799 (1799)): Ричард Тревитик строит свой первый двигатель высокого давления на оловянном руднике Долкоат в Корнуолле.
1800 (1800): срок действия патента Ватта истекает. К этому времени в Великобритании было построено около 450 ваттных двигателей (всего 7500 л.с.) и более 1500 двигателей Newcomen.

Повышение мощности

1801 (1801): Ричард Тревитик строит и управляет Камборн-роуд двигатель.
1801 (1801): Оливер Эванс строит свой первый паровой двигатель высокого давления в США (Ptd. 1804)
1804 (1804): Ричард Тревитик строит и запускает одноцилиндровый маховик локомотив на 9-мильном трамвае Pen-y-Darran. Из-за поломки пластин двигатель устанавливается в Даулейсе для стационарного использования.
1804 (1804): Джон Стил строит локомотив по модели Тревитика в Гейтсхеде для мистера Смита. Это продемонстрировано Кристоферу Блэкетту, который отказывается от него из-за лишнего веса.
1804 (1804): Артур Вульф заново представляет двухцилиндровую конструкцию Хорнблауэра теперь, когда Срок действия патентов Ватта истек. Он продолжает строить ряд примеров с девятью цилиндрами, поскольку давление в котле увеличивается за счет улучшения производства и материалов.
1808 (1808): Кристофер Блэкетт отслеживает реле в Уиламе. Colliery.
1808 (1808): Ричард Тревитик демонстрирует пассажирскую железную дорогу со своим «паровым цирком» (используя локомотив Поймай меня, кто может на круговой путь) в Лондоне.
1811 (1811): Блэкетт нанимает Томаса Уотерса для постройки нового локомотива с маховиком.
1811 (1811): Блэкетт инструктирует Тимоти Хакворт построить шасси с ручным коленом, чтобы доказать возможность использования гладкого рельса для тяги.
1811 (1811): второй локомотив Wylam, построенный командой разработчиков Блэкетта, состоящей из Тимоти Хакворта, Уильям Хедли и.
1812 (1812): Бленкинсоп разрабатывает зубчатую железнодорожную систему в сотрудничестве с Мэтью Мюрреем из Leeds Round Foundry - однокамерный котел; вертикальные цилиндры погружены в котел.
1813 (1813): построен третий локомотив Wylam с 8 колесами для распределения нагрузки на ось.
1815 (1815): Джордж Стивенсон строит Блюхер - аналог модели Бленкинсопа.
1825 (1825): Роберт Стивенсон и компания строят Locomotion для Stockton and Darlington Railway.
1827 (1827): Тимоти Хакворт строит высокоэффективный Royal George с центральной дымовой трубой в дымоходе для Стоктон-энд-Дарлингтонской железной дороги.
1829 (1829): Robert Stephenson Co успешно соревнуется на Rainhill Trials с The Rocket против Хакворта Sans Pareil и Брейтуэйт и Эрикссон Новинка.
1830 (1830): Стефенсоновская конфигурация локомотива появляется вместе с типом Планеты Стивенсона вместе с Эдвард Бери «Ливерпуль» - горизонтальные цилиндры размещены под дымовой коробкой; привод к задней шатунной раме. Liverpool Manchester Line открывается бурным признанием
1849 (1849): Джордж Генри Корлисс разрабатывает и продает паровой двигатель типа Корлисс, четырехклапанный противоточный двигатель с раздельные пароподводящие и выпускные клапаны. Механизмы управляющего клапана обеспечивают резкую отсечку пара во время впускного хода. Регулятор используется для управления отсечкой вместо дроссельной заслонки. По эффективности двигатели Corliss значительно превосходят другие двигатели того времени, и они быстро находят применение в стационарных условиях в промышленности. Двигатель Corliss лучше реагирует на изменения нагрузки и работает с более постоянной скоростью, что делает его пригодным для таких приложений, как прядение нити.
1854 (1854): Джон Рэмсботтом публикует отчет о его использовании крупногабаритных разъемных стальных поршневых колец, которые поддерживают уплотнение за счет внешнего натяжения пружины на стенке цилиндра. Это обеспечивает гораздо лучшее уплотнение (по сравнению с более ранними хлопковыми уплотнениями), что приводит к значительно более высокому давлению в системе до того, как произойдет «прорыв».
1862 (1862): паровая машина Аллена (позже названная Портер-Аллен) экспонируется на Лондонской выставке. Он спроектирован и сбалансирован с высокой точностью, что позволяет ему работать со скоростью от трех до пяти раз быстрее, чем другие стационарные двигатели. Короткий ход и высокая скорость минимизируют конденсацию в цилиндре, значительно повышая эффективность. Высокая скорость позволяет использовать прямое соединение или использование шкивов и ремней уменьшенного размера.
1862 (1862): индикатор паровой машины выставлен на Лондонской выставке. Индикатор паровой машины, разработанный для Чарльза Портера Чарльзом Ричардом, отслеживает на бумаге давление в цилиндре на протяжении всего цикла, что может быть использовано для выявления различных проблем и повышения эффективности. Более ранние версии индикатора паровой машины использовались к 1851 году, хотя относительно неизвестны.
1865 (1865): Огюст Мушу изобретает первое устройство для преобразования солнечной энергии в механическую энергию пара, используя котел, наполненный водой, заключенный в стеклянный сосуд, который ставили на солнце для кипячения воды.
1867 (1867): Стивен Уилкокс и его партнер Джордж Херман Бэбкок патентует «Невзрывоопасный котел Бэбкока и Уилкокса», в котором вода внутри групп трубок используется для генерации пара, обычно с более высоким давлением и более эффективным, чем типичные котлы с «дымовыми трубками» того времени. Котлы типа Babcock Wilcox становятся популярными в новых установках.
1881 (1881): Александр К. Кирк разрабатывает первое практическое тройное расширение, который был установлен в SS Aberdeen.
1884 (1884): Чарльз Алджернон Парсонс разрабатывает паровую турбину. Ранее использовавшиеся в производстве электроэнергии и для питания кораблей, турбины представляли собой лопаточные колеса, которые создавали вращательное движение, когда через них проходил пар высокого давления. КПД больших паровых турбин был значительно выше, чем у лучших составных двигателей, но в то же время они были намного проще, надежнее, меньше и легче. В конечном итоге паровые турбины заменили поршневые двигатели для большей части выработки электроэнергии.
1893 (1893): Никола Тесла патентует паровой колебательный электромеханический генератор. Тесла надеялся, что он сможет конкурировать с паровыми турбинами в производстве электрического тока, но он так и не нашел применения за пределами его лабораторных экспериментов.
1897 (1897): Stanley Brothers начинают продавать легкие паровые машины, их было изготовлено более 200.
1899 (1899): Компания «Локомобиль» начинает производство первых серийных вагонов с паровой тягой после покупки прав на производство у братьев Стэнли.
1902 (1902): Компания Stanley Motor Carriage Company начинает производство Stanley Steamer, самый популярный серийный паровой автомобиль.
1903 (1903): Commonwealth Edison Fisk Generating Station открывается в Чикаго, используя 32 котла Babcock Wilcox, приводящие в движение несколько турбин GE Curtis мощностью 5000 и 9000 киловатт каждая, которые на тот момент были крупнейшими турбогенераторами в мире. Практически все производство электроэнергии, со времен станции Фиск до настоящего времени, основано на паровых турбогенераторах.
1913 (1913): Никола Тесла патентует безлопастная паровая турбина, использующая эффект пограничного слоя. Эта конструкция никогда не использовалась в коммерческих целях из-за ее низкой эффективности.
1923 (1923): Алан Арнольд Гриффит публикует «Аэродинамическую теорию конструкции турбины», описывая способ значительного повышения эффективности турбины. все турбины. Помимо повышения экономичности новых силовых установок, он также обеспечивает достаточную эффективность для создания реактивного двигателя.
1933 (1933): Джордж и Уильям Беслер из США являются первыми авиаторами (и на сегодняшний день только авиаторы) для успешного полета на паровой тяге 12 апреля 1933 года с переоборудованным бипланом Travel Air 2000, используя 90 ° V-образный двухцилиндровый двигатель составной двигатель собственной разработки.
2009 (2009 г.): 25 августа 2009 г. команда Inspiration British Steam Car Challenge побила давний рекорд для паровоза, установленный Stanley Steamer в 1906 г., установив новый рекорд скорости 139,843 миль / ч (225,055 км / ч) на измеренной миле на базе ВВС Эдвардс в пустыне Мохаве в Калифорнии.
2009 г. (2009): 26 августа 2009 года Team Inspiration побила второй рекорд, установив новый рекорд скорости 148,308 миль / ч (238,679 км / ч) на измеренный километр.

См. Также

Примечания

Внешние ссылки