logo1

logoT

 

Первые паровые машины в россии


ПАРОВАЯ МАШИНА

ПАРОВАЯ МАШИНА - тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня.

Ра­бо­чий про­цесс паровой машины обу­слов­лен пе­рио­дическими из­ме­не­ния­ми дав­ле­ния па­ра в ци­лин­д­ре (пар, по­сту­паю­щий в ци­линдр паровой машины, рас­ши­ря­ет­ся и пе­ре­ме­ща­ет пор­шень). Воз­врат­но-по­сту­пательное дви­же­ние порш­ня пре­об­ра­зу­ет­ся с по­мо­щью кри­во­шип­но­го ме­ха­низ­ма во вра­щательное дви­же­ние ва­ла. В паровой машине двой­но­го дей­ст­вия (по­вы­ша­ет ско­рость ра­бо­ты, улуч­ша­ет плав­ность хо­да) пар, с по­мо­щью си­сте­мы па­ро­рас­пре­де­ле­ния, по­оче­рёд­но по­да­ёт­ся по обе сто­ро­ны ци­ли­нд­ра, от­ра­бо­тан­ный пар с дру­гой сто­ро­ны вы­хо­дит в ат­мо­сфе­ру или в кон­ден­сат. Для сни­же­ния те­п­ло­вых по­терь ци­линдр паровой машины ок­ру­жа­ет­ся па­ро­вой ру­баш­кой (ка­ме­ра для под­дер­жа­ния при­мер­но по­сто­ян­ной температуры сте­нок ци­лин­д­ра).

Паровые машины раз­де­ля­ют­ся по на­зна­че­нию - на ста­цио­нар­ные, не­ста­цио­нар­ные (пе­ре­движ­ные и транс­порт­ные); по ис­поль­зуе­мо­му па­ру - низ­ко­го дав­ле­ния (до 1,2 МПа), среднего дав­ле­ния (до 6 МПа), вы­со­ко­го дав­ле­ния (свыше 6 МПа); по чис­лу обо­ро­тов ва­ла - ти­хо­ход­ные (до 50 об/мин), бы­ст­ро­ход­ные (до 1000 об/мин); по дав­ле­нию вы­пус­кае­мо­го па­ра - кон­ден­са­ци­он­ные (дав­ле­ние в кон­ден­са­то­ре 0,01-0,02 МПа), вы­хлоп­ные (дав­ле­ние 0,11-0,12 МПа), те­п­ло­фи­кационные с от­бо­ром па­ра на на­гре­вательной це­ли или для па­ро­вых тур­бин (дав­ле­ни­ем от 0,12 МПа до 6 МПа) в за­ви­си­мо­сти от на­зна­че­ния от­бо­ра (например, ото­пле­ние, ре­ге­не­ра­ция, тех­но­ло­гические про­цес­сы); по рас­по­ло­же­нию ци­лин­д­ров - го­ри­зон­таль­ные, на­клон­ные, вер­ти­каль­ные; по чис­лу ци­лин­д­ров - од­но­ци­лин­д­ро­вые, мно­го­ци­лин­д­ро­вые, сдво­ен­ные, стро­ен­ные и другие, в ко­то­рых ка­ж­дый ци­линдр пи­та­ет­ся пер­вич­ным па­ром од­них и тех же па­ра­мет­ров (вклю­че­ны па­рал­лель­но). Раз­ли­ча­ют паровые машины мно­го­крат­но­го рас­ши­ре­ния, в ко­то­рых пар по­сле­до­ва­тель­но рас­ши­ря­ет­ся в 2, 3, 4 ци­лин­д­рах воз­рас­таю­ще­го объ­ё­ма, пе­ре­хо­дя из ци­лин­д­ра в ци­линдр че­рез так называемые ре­си­ве­ры (кол­лек­то­ры). Осо­бую груп­пу со­став­ля­ют пря­мо­точ­ные паровые машины, в ко­то­рых вы­пуск па­ра из по­лос­ти ци­лин­д­ра осу­ще­ст­в­ля­ет­ся кром­кой порш­ня (че­рез до­пол­нительное ок­но, от­кры­ваю­щее­ся порш­нем в кон­це ка­ж­дой фа­зы, че­рез ко­то­рое пар по­ки­да­ет ци­линдр), что по­вы­ша­ет эф­фек­тив­ность ма­ши­ны.

Пер­вое из­вест­ное уст­рой­ст­во, при­во­ди­мое в дви­же­ние па­ром (эо­ли­пил), бы­ло опи­са­но Ге­ро­ном Алек­сан­д­рий­ским. Пер­вые опы­ты с па­ром в ка­че­ст­ве сред­ст­ва для при­во­да про­во­ди­лись ещё в XVII веке. В 1680 году Д. Па­пен изо­брёл па­ро­вой ко­тёл, в 1698 году Т. Се­ве­ри изо­брёл паровую машину для от­кач­ки во­ды из шахт (па­ро­вой на­гне­та­тель­но-вса­сы­ваю­щий на­сос). В 1707 году на­сос Се­ве­ри был вы­писан Пет­ром I и ус­та­нов­лен в Лет­нем са­ду в Санкт-Пе­тер­бур­ге для по­да­чи во­ды в фон­тан.

Со­вер­шен­ст­во­ва­ние и ин­тен­сив­ное ис­поль­зо­ва­ние паровой машины на­ча­лось с XVIII века, ко­гда основной не­дос­та­ток гид­ро­си­ло­вых ус­та­но­вок (за­ви­си­мость от ме­ст­ных ус­ло­вий) стал пре­пят­ст­во­вать раз­ви­тию ме­тал­лур­гических пред­при­ятий, вне­дре­нию в про­изводство пря­диль­ных, ткац­ких ма­шин и других. В 1712 году Т. Нью­ко­мен изо­брёл паровую машину для при­во­да шахт­ных на­со­сов. В Рос­сии паровая машина Нью­ко­ме­на бы­ла ус­та­нов­ле­на в 1772 году в Крон­штад­те для от­кач­ки во­ды из до­ка. Пер­вая в Рос­сии паровая машина по­строе­на И.И. Пол­зу­но­вым в 1764-1766 годы для при­во­да воз­ду­хо­дув­ных ме­хов пла­виль­ных пе­чей. Пер­вая паровая машина как уни­вер­саль­ный дви­га­тель впер­вые соз­да­на Дж. Уат­том в 1774-1784 годы. В Рос­сии Паровую машина Уат­та впер­вые ста­ли из­го­тов­лять под руководством К.К. Гас­кой­на на Алек­сан­д­ров­ской ма­ну­фак­ту­ре в 1805; од­на из ма­шин мощ­но­стью 60 л. с. (44,1 кВт) в 1820 году бы­ла по­став­ле­на на Санкт-Пе­тербургский мо­нет­ный двор. На­чи­ная с 1820 года Е.А. и М.Е. Че­ре­па­но­вы по­строи­ли около 20 паровых машин мощ­но­стью от 2 до 60 л. с. (от 1,47 до 44,1 кВт). Паровые машины ис­поль­зо­ва­лись как при­вод­ной дви­га­тель в на­сос­ных стан­ци­ях, па­ро­во­зах, па­ро­хо­дах, па­ро­вых ав­то­мо­би­лях и других транс­порт­ных сред­ст­вах.

Паровая машина уже ко 2-й половине XIX века дос­тиг­ла вы­со­кой сте­пе­ни со­вер­шен­ст­ва. За 100 лет раз­ви­тия мощ­ность паровой машины по­вы­си­лась от 5-10 л. с. (3,68–7,35 кВт) до 20000 л. с. (14,7 МВт); дав­ле­ние по­да­вае­мо­го па­ра от 0,01 МПа до 12 МПа; температура па­ра от 100 до 400 °C; чис­ло обо­ро­тов от 20-30 до 1000 об/мин.

Од­на­ко в середине XX века паровые машины бы­ли вы­тес­не­ны дви­га­те­ля­ми внутреннего сго­ра­ния, па­ро­вы­ми тур­би­на­ми, кпд ко­то­рых вы­ше. В сво­ём раз­ви­тии паровые машины спо­соб­ст­во­ва­ли по­яв­ле­нию но­вых об­лас­тей зна­ния; со­здан­ные на ос­но­ве про­из­водственного опы­та паровые машины по­ста­ви­ли пе­ред учё­ны­ми ряд во­про­сов, раз­ре­ше­ние ко­то­рых соз­да­ло но­вую нау­ку - тех­ническую тер­мо­ди­на­ми­ку.

© Большая Российская Энциклопедия (БРЭ)

Литература

  • Край­нов А. В., Шва­ло­ва Г.В. Ос­но­вы те­п­ло­энер­ге­ти­ки. Томск, 2011
  • Те­п­ло­тех­ни­ка / Под ред. В. Н. Лу­ка­ни­на. 7-е изд. М., 2009
  • Ли­пов Ю. М., Треть­я­ков Ю. М. Ко­тель­ные ус­та­нов­ки и па­ро­ге­не­ра­то­ры. 2-е изд. М.; Ижевск, 2005
  • Жи­риц­кий Г. С. Па­ро­вые ма­ши­ны. 6-е изд. М., 1951

w.histrf.ru

«Ползунки» для паровой машины

Технический прогресс до некоторой степени предопределен: трудно представить цивилизацию, которая вышла бы в космос, не овладев использованием электричества или не зная, что такое реактивное движение. Многие законы природы формулируются почти одновременно двумя учеными, жившими в разных странах — вспомним хорошо известный благодаря школьной программе закон Бойля — Мариотта. В науке подобное происходит настолько часто, что для этого даже придуман специальный термин — «множественное открытие». Он используется, когда речь идет о сделанных независимо друг от друга и более или менее одновременных открытиях.

Открытие двухцилиндровой паровой машины, которое обычно приписывается англичанину Джеймсу Уатту, трудно назвать множественным —  хотя бы потому, что русский мастер Иван Ползунов создал ее почти на двадцатилетие раньше. Однако в мире первооткрывателем считается именно Уатт, и причины тут самого разного характера. Во-первых, именно его паровая машина нашла коммерческое применение и была растиражирована сперва в Великобритании, а затем и по всему миру — другими словами, она, а не «огненная машина» Ползунова стала прародительницей и законодательницей мод в мире пара. Во-вторых, Россия для Европы довольно долго оставалась экзотической периферией — из-за культурных барьеров и неразвитой в те времена российской научной публицистики мир о машине Ползунова узнал с запозданием и воспринимает ее сейчас как забавный курьез.

Если уж быть совсем честным, то изобретателем, который первым заставил пар выполнять работу, был не Джеймс Уатт и даже не Ползунов, а древний грек Герон Александрийский, который около 130 года до нашей эры создал так называемый эолипил — примитивную паровую турбину. Внутрь полой сферы под давлением поступал пар, затем механик открывал две соединенные со сферой Г-образные трубки, из которых пар начинал вырываться, заставляя сферу вертеться с бешеной скоростью — современные инженеры, воссоздавшие эолипил, убедились, что «турбина» могла делать до 3600 оборотов в минуту! Однако эолипил так и остался забавной игрушкой — Герон, известный многими полезными изобретениями, например устройствами для открывания дверей, не придумал ему никакого практического применения. История эолипила прекрасно иллюстрирует, насколько судьба открытия зависит от развития общества — например, востребованности нового механизма экономикой. В судьбе ползуновской машины это обстоятельство сыграло не последнюю роль.

Паровая машина Ползунова. Источник: Политехнический музей

Чертово колесо

Иван Иванович Ползунов родился в 1729 году в солдатской семье в Екатеринбурге, который оказался старше своего гениального сына лишь на 6 лет. Екатеринбург возник как город-завод: сановник и знаменитый историк Василий Татищев создал здесь крупнейшее в стране железоделательное производство. Завод был передовым: по техническому оснащению ему не было равных в Европе. В течение нескольких лет рядом с ним возникли Монетный двор, который обеспечивал государство медной монетой, и Гранильная фабрика, изделия которой пополняли сокровищницы царского двора и богатейших дворян Санкт-Петербурга, украшали туалеты европейских богачей.

Царь Петр, конечно же, не мог знать, что указом об основании железоделательного завода он предопределил судьбу одного из самых талантливых изобретателей России. Завод нуждался в рабочих руках, и Ваня, овладев в арифметической школе азами математики, поступил туда «механическим» учеником к мастеру Никите Бахореву. Мальчик оказался вундеркиндом — он освоил горную науку настолько хорошо, что уже в 20 лет получил необычайно ответственное задание. Молодого специалиста послали на Колывано-Воскресенские заводы Алтая, где добывали золото и серебро для казны. Талантливому горному мастеру было поручено разведать залежи руды в окрестностях реки Чарыш, чтобы выбрать место для строительства новых заводов. Ползунов успешно составил карту рудников. Однако занимала его помыслы не горная разведка, а сама работа заводов.

Для большинства операций, которые выполнялись в те времена на заводах, в качестве источника энергии использовалась физическая сила рабочих или лошадей (современный человек, знающий, что мощность его автомобиля измеряется в лошадиных силах, обычно не задумывается, что употребляться этот термин стал именно на промышленных предприятиях, где ими измерялись затраты сил на конкретные операции). Ползунов искал природную силу, которая могла бы заменить мускулы. На ум приходили только ветер и вода. Ветер не годился потому, что давал слишком мало энергии, которую можно было бы с пользой применить в заводских работах. Бурные алтайские и уральские реки предлагали куда более заметную мощь —  на многих из российских заводов источником энергии для работы воздуходувных мехов и молотов, кующих металл, служило именно водяное колесо. Ползунов некоторое время экспериментировал с водяными двигателями — так, в 1754 году молодой изобретатель построил «вододействующую лесопилку». Здесь он не был первопроходцем — первая такая лесопилка в России была построена еще в 1720 году создателем Вышневолоцкой водной системы Михаилом Сердюковым. Скорее всего, Ползунов построил ее по инженерным книгам, которые пачками выписывал из Петербурга.

У водяного колеса долгая и заслуженная история: впервые начали его использовать еще в Вавилоне, а в России оно не утрачивало популярности до самой революции — в 1917 году в России «трудились» 46 тысяч водяных колес, суммарная мощность которых составляла около 40% от всей мощности промышленных источников энергии (как ни крути, а есть, за что благодарить дедушку Ленина с его лозунгом об электрификации всей страны). Однако недостатки этого приспособления были очевидны еще в XVIII веке: строить заводы и фабрики можно было только вблизи крупных рек, что накладывало ограничения на масштабы производства, вдобавок создавая дополнительные расходы на транспортировку материалов — руды, дров и т.п.

Однако вода способна двигаться не только в русле реки — с помощью огня ее можно было заставить бежать по трубам с огромной силой. Помыслы Ползунова заняла «огненная машина», которая могла бы заменить водяное колесо. «Сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять» — так он определит свою задачу в «прожекте», который увенчает его имя славой.

Схема парового насоса Севери, 1702 год

Сооружение колосса

Здесь требуется уточнение — первым Ползунов изобрел двухцилиндровую паровую машину непрерывного действия. Дело в том, что просто паровые машины создавались с самого начала XVIII века, и изобретение Ползунова не возникло на пустом месте. Он, конечно же, не мог не знать о паровом насосе системы англичанина Томаса Севери, который Петр I в 1717 году закупил для снабжения водой фонтанов Летнего сада. Машина Севери была беспоршневой — при помощи нагнетания пара она двигала воду по трубам, создавая струи. А вот пароатмосферная машина другого англичанина (опять же Томаса, кстати) — Ньюкомена — уже была однопоршневой. Давление пара в ней было невысоким, и работать она могла только насосом, зато именно она определила дальнейший путь развития паровых машин. Кстати, одна из машин Ньюкомена работала в 1720-е годы на рудниках близ Кëнигсберга. Все эти паровые насосы, использовавшиеся в основном для откачки воды из шахт, описывались в книгах о рудном деле, которые были доступны в России —  там приводились их чертежи, по которым можно было понять принцип их действия.

Именно эти разработки и послужили Ползунову базой для его собственных чертежей. В 1763 году он представил их в Колыванско-Воскресенскую канцелярию. Чиновники на себя ответственность брать не стали и переслали бумаги в столицу. Проект паровой машины рассматривался Кабинетом Ее Величества. Ползунову повезло — «прожект» попал в руки президенту Берг-коллегии, занимавшейся горной промышленностью, весьма образованному человеку Ивану Шлаттеру. Тот дал высочайшую оценку изобретению Ползунова: «сей его вымысел за новое изобретение почесть должно», доложив о нем императрице Екатерине Второй. Резолюция по «прожекту» была принята через год: императрица восхитилась найденным Ползуновым решением, распорядилась произвести его в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями, а главное — благословила на сооружение машины, приказав «людей давать столько, сколько у него работы случится».

К весне 1766 года Иван Ползунов с четырьмя учениками построил машину на Барнаульском заводе на Алтае. Она имела поистине циклопические размеры — была высотой с трехэтажный дом, а некоторые детали весили 2,5 тонны. Работала она так: вода нагревалась в котле, склепанном из металлических листов, и, превратившись в пар, поступала в два трехметровых цилиндра. Поршни цилиндров давили на коромысла, которые соединялмсь с мехами, раздувавшими пламя в рудоплавильных печах, а также с водяными насосами-распределителями. Наличие двух поршней позволяло сделать процесс работы непрерывным. Была предусмотрена автоматическая подача в котел подогретой воды.

Вот только сам Ползунов в действии свое детище так и не увидел — более года трудясь над чертежами, а затем над самой машиной, изобретатель подорвал свое здоровье и подхватил чахотку, лекарства от которой в те времена не было. Он скоропостижно скончался 6 (27) мая 1766 года в возрасте всего 38 лет.

Паровая машина из музея Барнаула. Фото: Dr. Bernd Gross

Уатт не виноват

Машину запустили уже без Ползунова, в августе того же года. Она работала в течение 43 суток, днем и ночью, обеспечивая плавку металла в рудоплавильных печах. За это время она не только окупила затраты на свое строительство — 7200 рублей, но и дала сверх этого 12 тысяч рублей прибыли.

Однако преждевременная смерть изобретателя отразилась на судьбе его детища самым прискорбным образом —  когда в ноябре того же года возникли течи из цилиндров и самого котла машины, ученики инженера безуспешно пытались устранить проблему, оборачивая поршни берестой. Будь Ползунов жив, он, конечно же, понял бы, что первый блин вышел комом и нужно не ремонтировать старую, а строить новую машину, конструкция которой могла бы выдерживать длительный нагрев. Ученики его авторитетом не обладали, и убедить заводское начальство построить новый паровой двигатель им не удалось. Остановившийся гигант простоял на заводе 14 лет, а потом его разобрали и увезли. Место, где он стоял, фабричный люд прозвал «ползуновским пепелищем».

Споры о том, кого же считать первооткрывателем двухцилиндровой паровой машины — Ползунова или Уатта — ведутся в нашей стране уже несколько десятилетий. «Уаттовцы» упирают на то, что детище Ползунова, так же как разработки, на которые он опирался, не была универсальной паровой машиной: во-первых, особенности теплотехнического цикла не позволяли сделать ее более компактной, чтобы использовать для более тонких операций, во-вторых, Ползунов, в отличие от Уатта, не разработал передаточного механизма, который превращал бы возвратно-поступательное движение во вращательное. Что и говорить, четвертая из моделей Уатта, запатентованная им в 1782 году и отвечавшая всем этим требованиям, действительно была функциональнее. Однако эти усовершенствования не были чем-то сложным — если бы Ползунов не умер так рано, он едва ли остановился бы на изначально придуманной им модели.

Проблема, конечно, была не только в этом — в отличие от Великобритании, в России в те времена культура изобретательства была развита слабо. Разработки Ползунова продолжить было некому. Не следует забывать и о том, что научные открытия делают исследователи, но востребованными они становятся благодаря экономическому развитию. В Англии бурно развивался промышленный капитализм, и конкурирующие между собой заводы быстро приняли на вооружение паровую машину, увидев ее перспективы. В России капитализм развивался медленно и притом экстенсивно —  природные богатства и огромная неосвоенная территория позволяли не слишком задумываться об эффективности труда. Вот почему даже паровой двигатель Уатта, который не стоило большого труда скопировать и сделать в России, стал получать признание в нашей стране лишь в середине следующего, XIX века. А Ползунов так и остался талантом-одиночкой, чье изобретение оказалось нужно не более, чем эолипил Герона Александрийского. 

rusplt.ru

Холостой ход машины Ползунова

Первая паровая машина для России (для снабжения водой фонтанов Летнего сада) была закуплена Петром I в 1717 или 1718 году. Это был паровой насос системы Томаса Севери (Thomas Savery, 1650–1715), изготовленный и усовершенствованный работавшим в Англии французом Дезагюлье (John Theophilus Desaguliers, 1683–1744). Он конденсировал пар путем смешения вместо применявшегося поверхностного охлаждения рабочего сосуда.

Паровая машина Севери была беспоршневой и представляла собой камерный нагнетательно-всасывающий насос, который мог работать под давлением до трех атмосфер. Поршневая пароатмосферная машина Ньюкомена (Thomas Newcomen, 1663–1729) работала при давлении пара всего в одну атмосферу, что вкупе с её большими габаритами и малым числом циклов в минуту предопределило ограниченность её применения исключительно в качестве насоса. Но её поршневая конструция послужила отправной точкой для создания систем Уатта (James Watt, 1736–1819), — вначале простого действия (1774) и, затем, двойного (1784). Ну, а последняя явилась тем универсальным двигателем, что лег в основу промышленной революции.

Однако вернемся к хронике появления паровых машин в России. В 1738 году в книге академика Георга Вольфганга Крафта (1701–1754) «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин» (написана на немецком; переведена Василием Евдокимовичем Адодуровым) появляется первое на русском языке описание насоса Севери, а в 1760 году в книге Ивана Андреевича Шлаттера (1708–68) «Обстоятельное наставление рудному делу…» — первое описание машины Ньюкомена (Thomas Newcomen, 1663–1729). Оно было взято либо из сочинений Лейпольда (Jacob Leupold, 1674–1727), либо Белидора (Bernard Forest de Bélidor, 1698–1761) и касалось машины, установленной в 1721–1724 годах британским мастером Поттером на рудниках около Кëнигсберга.

Именно это описание послужило теоретической основой Ивану Ивановичу Ползунову (1728–1766), который в 1763 году создал проект, а с января 1764 начал строить на барнаульских заводах воздуходувный насос в виде сдвоенной (двухцилиндровой) пароатмосферной машины непрерывного действия. Его установка работала с 7 августа по 10 ноября 1766 года, уже после смерти изобретателя. Её остановили из-за легкой поломки, которую не стали устранять, хотя за три месяца работы машина окупила себя почти в два раза.

Создание Ползуновым своей машины — безусловно, крупное событие в истории теплотехники, освященное ещё его личным подвигом и трагической судьбой. Однако в отечественной историографии этому изобретению придается значение, совершенно не сопоставимое с его ролью в общей истории паровых машин. Нельзя даже утверждать, что не было более ранних машин подобной конструкции. Для такого утверждения требуется изучение национальных историографий ВСЕХ стран, в которых в XVIII века строились паровые машины: от Англии и Германии до Испании и Швеции. Причем вопрос о приоритете неизбежно оказывается очень скользким: в одной только Франции с1760-х годов можно зафиксировать как минимум двукратное независимое изобретение двухцилиндровой пароатмосферной машины непрерывного действия. Подобные идеи просто носились в воздухе. Но ещё более некорректным является превращение изобретения Ползунова в «открытие», о котором речь идти не может.

Чтобы убедиться в этом, достаточно доказать: вопреки укоренившемся в отечественной истории техники мнению, машина Ползунова не являлась универсальным двигателем (далее для краткости — УД). А для этого обратимся к тексту «Капитала» Маркса, где понятие УД появилось впервые:

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.

Из этого постоянно цитируемого пассажа ясно, что понятие «УД» Маркс применяет лишь к машине 1784 года. Чтобы создать УД, Уатту потребовалась серия изобретений, на которую в 1769–1784 были взяты четыре патента. Значение машины простого действия с её закрытым цилиндром и конденсатором — не универсальность (что ей иногда приписывают), а смена теплотехнического цикла — отказ от тупиковой ветви пароатмосферных двигателей Ньюкомена.

Парадокс: важнейшее понятие УД, от которого «пляшет» вся марксистская теория промышленной революции, так и не вышло на терминологический уровень, ибо отсутствует в словарной части всех изданий Большой советской энциклопедии. В угоду русскому приоритету термин «закрыли», ибо пока понятие остается с размытыми границами, на уровне «это все и так знают», подлог оказывается незамеченым, и остается по-прежнему таковым, хотя ещё в 1961 году С. В. Шухардин, ведущий советский теоретик истории техники, признавал, что принцип, на котором была основана машина Ползунова, «не давал возможности превратить её в универсальный двигатель».

УД — это двигатель, который в состоянии приводить в движение любой исполнительный механизм, а, значит, он должен иметь непрерывное действие, повторять движения с большой частотой, быть довольно компактным для установки на транспортном средстве и обладать экономичностью, достаточной для его внедрения; необходим передаточный механизм, превращающий возвратно-поступательное движение во вращательное. Машина Уатта 1784 года отвечала всем этим условиям; машина Ползунова — лишь одному (непрерывность действия). О тупиковости предложенной им системы говорит тот факт, что ни одна из известных попыток её внедрения не увенчалась успехом. Обратим внимание: братья Перье (Jacques Constantin Périer, 1742–1818; Auguste-Charles Périer) после безуспешных попыток внедрить машину такого типа впервые внедрили во Франции машины Уатта двойного действия. Для стационарных машин наиболее совершенную ньюкоменовскую систему с двумя цилиндрами предложили манчестерские изобретатели Шерраты (Sherrats) в 1794 году, причем это была не воздуходувка, а двигатель, который вращал станки. Но время пароатмосферных машин прошло уже безвозвратно.

Так что, машина Ползунова ни на что не оказала никакого влияния и не имела никаких последствий? Думаем, что не совсем так. По счастью она была замечена в Петербурге. Её ещё в процессе строительства в 1765 году видел и высоко оценил будущий академик Кирилл Густавович Лаксман (1737–1796), отметил её и президент Берг-коллегии Шлаттер. Вполне вероятно, что их мнения сыграли свою роль в поддержании того интереса к паровым машинам, который Петербургская Академия наук продолжала проявлять, хотя и не всегда последовательно — в частности, публикуя труды о них.

Но это был лишь один из путей проникновения сведений о паровой машине в Россию. Были и другие: знание привозили нанятые на русскую службу британские мастера и русские ученики, посылавшиеся в Англию.

Из первых назовем главного инженера Карронской металлургической компании (Carron Company) Адама Смита и его сотрудников, установивших в Кронштадте в 1774–1777 годах привезенную из Шотландии пароатмосферную машину для обслуживания сухих доков. Первым, кто стал изготавливать паровые машины в самой России, на Олонецких заводах, был Чарльз Гаскойн (Charles Gascoigne, 1738–1806). Построенные им пароатмосферные машины были установлены на Воицком руднике недалеко от Кеми (1791) и на устье Кронштадтского канала (1791–1792; устанавливал Александр Смит, сын Адама Смита). А в 1797–1799 годах на Петербургском монетном дворе монтируют уже паровую машину Уатта двойного действия, также изготовленную Гаскойном. И ещё одну на рубеже веков он выписывает из Англии для Александровской мануфактуры. В это же время паровые машины начинает производить на своем заводе ученик Гаскойна, Чарльз Берд, и первую из них (возможно, ещё созданную в Олонце) устанавливает на самих этих заводах между 1792 и 1800 годами.

Что касается русских учеников-механиков, то с 1777 по 1799 год в Англию их было послано не менее полутора десятков человек. В одном только Сохо (Soho Foundry in Smethwick) у Болтона (Matthew Boulton, 1728–1809) и в одном только 1796 году побывало, по некоторым сведениям, шестеро русских, но их имена остались неизвестны. Известно только, что все они были так или иначе связаны с паровыми машинами: в одних случаях их изучение было главной целью путешествия, в других — паровые машины с неизбежностью оказывались в поле их зрения.

Особого внимания достойны путешествия Льва Сабакина: первый раз он побывал в Англии в 1784–1786 годах, а во второй — в 1797–1799-м, с сыном и учениками. В первый раз он был послан в Англию самой императрицей для усовершенствования по механической части и пользовался широкой поддержкой российсого посольства. Изучил английский, обучался в Эдинбурге. Быстро оценил приоритеты, обратив основное внимание на паровые машины, и уже через год по приезде построил из меди действующую модель водоподьемной пароатмосферной машины, получившую одобрение британских механиков. Её чертеж был представлен королю Георгу III, а экземпляр в декабре 1785-го отправлен диппочтой в Петербург. Судьбы ни этих чертежей, ни модели неизвестны.

Сабакин вернулся в Россию в сентябре 1786 года и тут же представил Екатерине II рукопись перевода книги Джеймса Фергюсона (James Ferguson, 1710–1776) «Lectures on Select Subjects in Mechanics, Hydrostatics, Pneumatics and Optics». Уже в 1787 году книга вышла в свет, а её переводчик получил пост Тверского губернского механика. В том же году книгу переиздали с дополнением в 50 страниц, в 1788 году оно было опубликовано в Москве отдельной брошюрой. Это — «Лекция о огненных машинах» самого Сабакина.

«Описание новой огненной машины», занимающее последние пятнадцать страниц «Лекции», представляет собой уникальное, по всей вероятности первое, опубликованное в открытой печати, описание машины двойного действия Уатта. Сабакин совершенно верно оценил универсальные возможности нового двигателя и описал Альбион-Миллс (Albion Mills), — мельницу, которую по проекту Болтона и Уатта строил в Лондоне Джон Ренни (John Rennie, 1761–1821), — предприятие, обогнавшее свой век на несколько десятилетий. Для осмотра эти машины были закрыты, но кое-что Сабакину удалось узнать в Бирмингеме у Болтона и Уатта, где его принимали по рекомендации посла. Там он видел действующую фабрику, но внутреннее устройство машины для обозрения также было недоступно.

В своей «Лекции» Сабакин приводит скорее принципиальную схему, чем действительный чертеж реальной машины. Очевидно, Сабакину так и не удалось детально изучить её внутреннее устройство, хотя основной принцип он понял и дал его ясное графическое изображение. Тем не менее, с конструктивной точки зрения, в схеме Сабакина отсутствуют некоторые существенные детали: жесткая передача от поршневого штока к балансиру осуществляется без параллелограмма Уатта; отсутствует воздушный насос; изображены краны с отбойными молотками — обычная принадлежность доуаттовских машин. Но и эти дефекты чертежа имеют некоторый историко-технический интерес. Вероятнее всего Сабакин изобразил все, что знал, и все, что смог сам додумать.

Таким образом, на протяжении 1787–1788 годов в России дважды — в Петербурге и в Москве — публикуется принципиальная схема и достаточно полное описание паровой машины двойного действия. Права Уатта и Болтона на территории империи не защищены никакими патентами. Казалось бы, бери и делай, производи и усовершенствуй! Но — нет, страна в начале 1790-х годах продолжает строить пароатмосферные машины. Возникает ощущение, что информация Сабакина просто не была услышана. Удивительно, что то же самое произошло в Испании, где никого не заинтересовала созданная в конце XVIII века Августином Бетанкуром (Agustín de Betancourt y Molina, 1758–1824) действующая модель паровой машины двойного действия. И какой разительный контраст с Францией, где доклада того же Бетанкура в Парижской академии наук в 1789 году оказалось достаточно для начала появления паровых машин двойного действия на континенте!

В целом же, если попытаться оценить результаты учебных путешествий «за паровыми машинами», то придется отметить довольно типичный сценарий: информация в Англии добывается и в Россию переносится быстро. Но все попытки её адаптации и внедрения кончаются полным провалом, — этот сценарий оказывается типичным не только для России, но, в случае паровой машины, и вообще для всех периферийных европейских стран.

Дмитрий Гузевич, 28.06.2008

Новости партнёров

Page 2

www.vokrugsveta.ru

Самые первые автомобили

История автомобиля описана во многих книгах на всех языках мира. В каждой книге авторы сообщают, что в таком-то году в таком-то городе такой-то изобретатель построил первый самодвижущийся экипаж. В поисках названия для новой машины изобретатель обратился к латинскому и греческому языкам — классическим языкам науки. По-гречески «сам» будет «аутос», а «подвижный» по-латыни — «мобилис». Так новорожденный автомобиль получил свое название.

Французские авторы видят начало истории автомобиля в паровой повозке конца XVIII века, построенной в Париже; английские — в паровых дилижансах, курсировавших по дорогам Англии в первой половине XIX столетия; немецкие — в «безлошадных экипажах» с двигателями внутреннего сгорания, появившихся в Германии в 80-х годах 19-го века. Наиболее «отсталыми» оказываются представители «автомобильной нации» — американцы. Упоминая лишь мимоходом о различных европейских, китайских, египетских предшественниках автомобиля, они подробно описывают его развитие, начиная с самого конца XIX века, с бензиновых тележек своих соотечественников — Хайнса, Форда, Олдса.

Русские историки могли бы начинать свою повесть с любой стадии развития автомобиля — с мускульно-силовой самокатки Кулибина, предвосхитившей схему первых бензиновых автомобилей; с изобретения Ползуновым первого универсального двигателя — паровой машины непрерывного действия; с постройки двигателя для жидкого топлива на Охтенской верфи в Петербурге или с «бензиновой повозки» Путилова и Хлобова.

Но чаще всего, и вполне справедливо, они начинают историю автомобиля с самой ранней стадии — с появления повозок, движимых мускулами пассажиров. Такие повозки были построены в XVI—XVIII веках в России и в других странах.

Предшественники автомобиля. Что получил от них автомобиль?

Повозки всех видов дали автомобилю колеса с осями, рессорами и тормозами. На паровых дилижансах, самокатках и велосипедах были испробованы поворачивающиеся по отдельности передние колеса. Там же были применены:

  • дифференциал — механизм, допускавший вращение колес, смонтированных на одной оси, с разными скоростями; цепная передача;
  • сплошные резиновые и даже наполненные воздухом — шины.

Шарнирная система управления, задуманная еще для конных и паровых повозок, была также приспособлена к автомобилю.

От металлорежущих станков автомобиль получил коробку передач.

Даже корабли и те вложили свою лепту в конструкцию автомобиля: с кораблей на автомобиль переселился карданный шарнир, применяемый издавна для установки компаса. Наконец появился двигатель, созданный сначала не для автомобиля, а для горных разработок, насосов, фабричных силовых установок.

Среди предшественников автомобиля мы видим различные машины, в том числе и самодвижущиеся повозки: паровые дилижансы, самокатки, велосипеды. Но мы, как правило, не называем их автомобилями. Настоящий массовый безрельсовый самодвижущийся экипаж, который мы теперь называем автомобилем, стал возможным только в результате развития промышленности, способной производить сложные механизмы в больших количествах, и при наличии легкого, экономичного, всегда готового к действию мощного двигателя. Таким двигателем в течение последних десятилетий, бесспорно, является двигатель внутреннего сгорания. Недаром миллионы автомобилей снабжены бензиновыми и дизельными двигателями, а пар и электричество применяются в качестве движущей силы для автомобилей пока только на считанных тысячах машин. Поэтому заявления некоторых историков о том, что если бы Форд в свое время занимался паровыми автомобилями, то, может быть, все автомобили были бы теперь паровыми, совершенно абсурдны.

Возможно, когда-нибудь массовые автомобили будут передвигаться, используя энергию расщепления атомов или энергию токов высокой частоты, передаваемую на расстояние. Не будем упускать из виду и эти перспективы. Но современный автомобиль и автомобиль ближайшего будущего неразрывно связаны с двигателем внутреннего сгорания, работающим на жидком или газообразном топливе.

Самые первые автомобили с паровыми двигателями

Фердинанд Вербист, член иезуитской общины в Китае, 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.

В 1770 и 1771 году Николя-Жозеф Кюньо демонстрировал свой экспериментальный тягач артиллерийских орудий с паровым приводом fardier à vapeur (паровая телега). Такая машина могла на дороге развить скорость до четырёх с половиной километра в час, однако воды и пара в ней хватало всего на двенадцать минут движения.

Чтобы обеспечить машине движение, необходимо было наполнить котёл водой и разжечь под ним костёр, так как собственной топки в ней не было. Инженер выполнял заказ французских военных, а именно – военного министра Этьена Франсуа. Во время проведения испытаний, произошло несколько несчастных случаев, и проект был закрыт. У первого автомобиля имелись существенные минусы – неэффективная тормозная система, необходимость в частых остановках для разжигания топки, быстрое падение давления в котле.

Фото. «Малая телега Кюньо» — прототип современного автомобиля

В 1802-ом году английский изобретатель Уатт представил свой вариант автомобиля, который развивал скорость на прямой дороге до пятнадцати километров в час. В 1790-ом году американец Натан Рид представил свою модель парового автомобиля. Другой американец Оливер Эванс создал спустя ещё четырнадцать лет автомобиль-амфибию.

В девятнадцатом веке, получив широкое распространение, машины с паровым двигателем использовались для перевозки людей. Управляющий ею человек назывался водителем, тот же, кто разжигал паровой котёл, именовался шофёром. Следует отметить, что автомобили множество раз усовершенствовались, но оставались для эксплуатации очень неудобными. Самыми известными автомобилями второй половины девятнадцатого века были «Реверанс» и «Мансель». Их скорость не превышала тридцати пяти километров. Эти машины называют предвестниками первых настоящих автомобилей.

Рис. Первый автомобиль-амфибия

Уже после появления двигателей внутреннего сгорания, энтузиасты и почитатели автомобилей с паровыми двигателями продолжили их использование, произведя ряд усовершенствований. Удалось уменьшить время запуска двигателя до шестидесяти секунд. Известно, что до сороковых годов двадцатого века Европа и США продолжала выпускать автобусы и грузовики с паровыми двигателями, которые отличались малошумностью и плавностью хода.

Первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания

Изобретателем двигателя внутреннего сгорания считается Э. Ленуар, который в 1860-ом году впервые создал двигатель, в котором топливо сжигалось внутри цилиндра двигателя. Это изобретение сыграло важнейшую роль в автомобилестроении. Впервые машина с таким двигателем появилась в 1886-ом году. Её создатель – Г. Даймлер. Спустя несколько месяцев мир познакомился с трёхколёсным автомобилем К. Бенца. Постепенно новые машины стали вытеснять более громоздкие авто с паровыми двигателями. Таким образом, 1886-ой год официально признан годом рождения автомобиля.

Рис. Э. Ленуар — изобретатель двигателя внутреннего сгорания

Спустя девять лет после изобретения и оформления патента на первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, Г. Даймлер сумел запустить в серийное производство функциональную машину «Даймлер». Карл Бенц тоже же не отставал и начал промышленное производство своего «детища». Так началось массовое производство автомобилей. В 1892-ом году появилась машина, построенная Г. Фордом, но только через одиннадцать лет он приступил к её серийному производству.

Фото. Первые серийные автомобили «Даймлер»

С 1894-го года начали проводиться автомобильные гонки, которые в свою очередь тоже повлияли на развитие автомобилестроения. Так, на первых устроенных гонках максимальная скорость авто достигала двадцати четырёх километров, спустя пять лет она достигла семидесяти километров, а ещё через пять лет – ста километров в час. Уже с 1900-го года начали выпускаться специальные гоночные машины.

Первый автомобиль в России

Первый российский автомобиль появился в Петербурге в 1896-ом году. Сам экипаж был построен фирмой «Фрезе и К°» и напоминал иностранную конструкцию с некоторыми усовершенствованиями, а именно – отличался наличием резиновых шин и прочной изящной отделкой. Двигатель к автомобилю построили на Санкт-Петербургском заводе керосиновых и газовых двигателей Е. Яковлева. Стоимость авто стремились сделать такой, чтобы российский автомобиль мог конкурировать по цене с аналогичными представителями Европы.

Фото. Первый русский автомобиль фирмы «Фрезе и К°»

Впервые этот двухместный экипаж с бензиновым двигателем (машину Яковлева и Фрезе) представили на выставке в Нижний Новгороде. Известно, что по ровной мостовой автомобиль мог развивать скорость до двадцати вёрст в час, при этом заправки хватало на десять часов движения.

Фото. Презентация первого отечественного автомобиля «Фрезе и К°» в Нижнем Новгороде

Идея создания первого российского автомобиля возникла ещё в 1893-ем году на Всемирной Колумбовой выставке, где были представлены двигатели Яковлева и экипажи Фрезе. Воплощение идеи создания автомобиля и было представлено спустя всего три года на Нижегородской выставке.

Первые электромобили

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году.

В 1899 году в Санкт-Петербурге русский дворянин и инженер-изобретатель Ипполит Романов создал первый русский электрический омнибус на 17 пассажиров. Его общая компоновка была заимствована у английских кэбов, где извозчик располагался на высоких козлах позади пассажиров. Экипаж был двухместным и четырёхколёсным, передние колёса по диаметру были больше задних. На первом электромобиле использовался свинцовый аккумулятор системы Бари, имевший 36 банок (вольтовых столбов). Он требовал подзарядки каждые 60 вёрст (~64 километра). Суммарная мощность автомобиля составляла 4 лошадиные силы. Разработка экипажа была заимствована у моделей американской фирмы «Моррис-Салом», которая выпускала автомобили с 1898 года. Электромобиль изменял скорость движения в девяти градациях от 1,6 до 37,4 км/час. Романов также разработал схему городских маршрутов для этих прародителей современных троллейбусов и получил разрешение на работу. Однако найти нужные инвестиции не смог, поэтому дело не получило развитие.

Специальный рекордный электромобиль с пулевидным кузовом La Jamais Contente 29 апреля либо 1 мая 1899 года, управляемый гонщиком Камилем Женацци, первым преодолел 100-километровый (62 мили/ч) барьер скорости на суше. Официальный рекорд скорости составил 105,882 км/ч. Позже известный американский конструктор электромобилей Уолтер Бейкер достиг скорости в 130 км/ч. Рекорд по дальности пробега на одной зарядке поставил электромобиль фирмы «Борланд Электрик», проехавший 103,8 мили (167 км) от Чикаго до Милуоки. На следующий день (после перезарядки) электромобиль вернулся в Чикаго своим ходом. Средняя скорость составила 55 км/ч.

ustroistvo-avtomobilya.ru


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf