Паровая машина Джеймса Уатта

РЕФЕРАТ

на тему: «Английский изобретатель Джеймс Уатт»

по дисциплине: История развития теплоэнергетики

Выполнил: Иванов Н.С студент гр. 13221/1

Проверил: / Попова Е. Ю./

Санкт-Петербург 2015

Содержание:

Введения………………………………………………………………….3стр.

Биография………………………………………………………………...4стр.

Паровая машина Джеймса Уатта……………………………………….6стр. Применение паровой машины ……………………………………..….10стр.

Другие изобретения и заслуги Джеймса Уатта………………………14стр.

Заключение……………………………………………………………..17стр.

Список используемой литературы……………………………………18стр.

Введение

Есть изобретения, которые стоят на рубеже двух эпох развития техники. И через десятилетия, а зачастую даже через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этих изобретений.

Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы (устройство прудов, строительство плотин и тому подобное). Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом поддавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина. И в ее совершенствование внес огромный вклад внес изобретатель Джеймс Уатт.

Биография Джеймса Уатта

Выдающийся инженер и изобретатель Джеймс Уатт родился 19 января 1736 г. в Гриноке (Шотландия) в семье купца. Из-за слабого здоровья Уатт формально мало учился, но очень многое изучил самостоятельно. Уже подростком он увлекался астрономией, химическими опытами, научился все делать своими руками, даже заслужил звание "мастера на все руки". В 1755 г. Уатт уехал в Лондон, где освоил профессию мастера по математическим и астрономическим инструментам. По этой профессии он устроился на работу в университет Глазго, заодно открыл собственную мастерскую по ремонту механики. В 1763 г. к нему обратились с просьбой отремонтировать паровую машину.

Здесь нужно сделать небольшое отступление. Когда-то нас учили в школе, что паровую машину изобрел русский крепостной механик Иван Ползунов, а вовсе не Джеймс Уатт. На самом деле изобретателем паровой машины является английский инженер Гарри Ньюкомен, который разработал паровую машину в 1712 г. (за полстолетия до Уатта). Машину Ньюкомена использовали для откачки воды из многочисленных шахт в Великобритании. Это было первое крупносерийное изделие в истории техники(выпущено несколько тысяч штук).

Именно такая машина и попала в руки Джеймса Уатта. Работая с этой машиной, Уатт убедился в ее неэффективности. Он загорелся идеей улучшить параметры паровой машины. Трудно перечислить все усовершенствования, которые внес Уатт в паровую машину (центробежный регулятор, отдельный конденсатор пара, уплотнители и др.). Благодаря этим усовершенствованиям поднялся коэффициент полезного действия, а главное - паровая машина стала легко управляемой.

Благодаря этому паровую машину стали применять на заводах и фабриках в качестве привода, что привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире. Более того, паровая машина пришла на транспорт(пароход Фултона, 1807 г., паровоз Стефенсона, 1815 г.).Благодаря преимуществу в средствах передвижения Англия стала крупнейшей державой мира. Изобретениями Уатта заинтересовался богатый промышленник Боултон. Возникла компания "Боултон и Уатт", которая монополизировала производство паровых машин. Так Джеймс Уатт стал обеспеченным человеком. Он прожил долгую жизнь и умер 19 августа 1819 г.

В качестве единицы мощности Уатт в свое время предложил такую единицу, как "лошадиная сила". Эта единица дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта почитают как пионера промышленной революции, решили иначе. В1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности, теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения. С него и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения.

Паровая машина Джеймса Уатта

В 1763 году механик университета в Глазго Джемс Уатт занялся усовершенствованием принципиальной схемы машины Ньюкомена .В 1763—1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. При этом он мог использовать некоторые приборы, принадлежавшие университету, и пользовался советами профессоров. Все это позволило ему взглянуть на проблему шире, чем смотрели на нее многие механики до него, и он смог создать гораздо более совершенную паровую машину.

Работая с моделью, Уатт обнаружил, что при запускании пара в охлажденный цилиндр он в значительном количестве конденсировался на его стенках. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. Но как в этом случае конденсировать пар? Несколько недель он раздумывал, как разрешить эту задачу, и наконец сообразил, что охлаждение пара должно происходить в отдельном цилиндре, соединенном с главным короткой трубкой. Сам Уатт вспоминал, что однажды во время вечерней прогулки он проходил мимо прачечной и тут при виде облаков пара, вырывавшихся из окошка, он догадался, что пар, будучи телом упругим, должен устремляться в разряженное пространство. Как раз тогда ему пришла мысль, что машину Ньюкомена надо дополнить отдельным сосудом для конденсации пара. Простой насос, приводимый в движение самой машиной, мог удалять из конденсатора воздух и воду, так что при каждом ходе машины там бы могло создаваться разряженное пространство.

Вслед за этим Уатт внес еще несколько усовершенствований, в результате чего машина приняла следующий вид. К обеим сторонам цилиндра были подведены трубки: через нижнюю пар поступал внутрь из парового котла, через верхнюю — отводился в конденсатор. Конденсатор

представлял собой две жестяные трубки, стоявшие вертикально и сообщавшиеся между собой вверху короткой горизонтальной трубкой с отверстием, перекрывавшимся краном.

Дно этих трубок было соединено с третьей вертикальной трубкой, которая служила воздушным отводным насосом. Трубки, составлявшие холодильник и воздушный насос, были помешены в небольшой цилиндр с холодной водой. Паровая трубка была соединена с котлом; из которого пар выпускался в цилиндр. Когда пар заполнял цилиндр, паровой кран закрывали и поднимали поршень воздушного насоса конденсатора, вследствие чего в трубках конденсатора получалось сильно разряженное пространство. Пар устремлялся в трубки и конденсировался там, а поршень поднимался вверх, увлекая за собой груз (так измеряли полезную работу поршня). Затем выпускной кран закрывали.

В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился. Несколько последующих лет Уатт упорно трудился над совершенствованием своего двигателя. При этом ему пришлось преодолеть множество затруднений как финансового, так и технического порядка. паровая машина уатт

Он вошел в компанию с владельцем металлообрабатывающего завода Болтоном, который обеспечил его деньгами. Были и другие проблемы; двигатель требовал герметичности и точнейшей подгонки деталей друг к другу. Поршень и цилиндр должны были идеально подходить по своим размерам, чтобы не допускать утечки пара. Такая точность была в новинку для машиностроения тех времен, не было даже необходимых точных станков. Выточка цилиндров большого диаметра представлялась почти неразрешимой проблемой. В результате первые машины Уатта работали

неудовлетворительно: из цилиндра вырывался пар, конденсаторы действовали плохо, пар свистел через отверстие, в котором двигался поршневой шток, просачивался между стенками поршня и цилиндра. Пришлось создавать специальные станки для расточки цилиндров. (Вообще, создание паровой машины положило начало настоящей революции в станкостроении — чтобы освоить производство паровых двигателей, машиностроению пришлось подняться на качественно более высокий уровень.) Наконец все трудности были преодолены, и с 1776 года началось фабричное производство паровых машин.

В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом (рубашкой). Благодаря этому была до минимума сокращена потеря тепла. Кожух сверху был закрыт, тогда как цилиндр — открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Несколько выше этого клапана и ближе к цилиндру был размещен второй, уравновешивающий клапан. Когда оба клапана были открыты, пар, выпущенный из котла, наполнял все пространство над поршнем и под ним, вытесняя воздух по трубе в конденсатор.

Когда клапаны закрывали, вся система продолжала оставаться в равновесии. Затем открывали нижний выпускной клапан, отделяющий пространство под поршнем от конденсатора. Пар из этого пространства направлялся в конденсатор, охлаждался здесь и конденсировался. При этом под поршнем создавалось разряженное пространство, к давление падало. Сверху же продолжал оказывать давление пар, поступавший из котла. Под его действием поршень спускался вниз и совершал полезную работу, которая при помощи балансира передавалась штоку насоса. После того как поршень опускался до своего крайнего нижнего положения, открывался верхний, уравновешивающий, клапан.

Пар снова заполнял пространство над поршнем и под ним. Давление в цилиндре уравновешивалось. Под действием противовеса, расположенного на конце балансира, поршень свободно поднимался вверх (не выполняя при этом полезной работы). Затем весь процесс продолжался в той же последовательности. Хотя эта машина Уатта, так же как и двигатель Ньюкомена, оставалась односторонней, Она имела уже важное отличие — если у Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, то у Уатта ее совершал пар. Увеличивая давление пара, можно было увеличить мощность двигателя и таким образом влиять на его работу. Впрочем, это не устраняло основного недостатка такого типа машин — они совершали только одно рабочее движение, работали рывками и потому могли использоваться только как насосы. (Рис.1)

В 1775—1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей.

Рис.1Схема паровой машины двойного действия Дж.Уатта