Кто является изобретателем первого парового двигателя. Для всех и обо всем

Бронетехника России и мира фото, видео смотреть онлайн значительно отличалась от всех предшественников. Для большого запаса плавучести заметно увеличили высоту корпуса, а для улучшения остойчивости ему в поперечном сечении была придана трапецеидальная форма. Нужную пулестойкость корпусу обеспечивала катаная цементованная броня с дополнительно закаленным наружным слоем марки КО ("Кулебаки- ОГПУ"). При изготовлении корпуса применялась сварка броневых листов с внутренней мягкой стороны, для облегчения сборки применялись специальные стапели. Для упрощения монтажа агрегатов верхние броневые листы корпуса сделали съемными с уплотнением на тканевых прокладках, смазанных суриком.

Бронетехника второй мировой войны в которой экипаж их двух человек размещался вблизи продольной оси в затылок друг другу, но башня с вооружением была смещена на 250 мм к левому борту. Силовой агрегат смещен к правому борту таким образом, что доступ для ремонта двигателя был возможен изнутри боевого отделения танка после снятия предохранительной перегородки. В корме танка по бортам располагались два бензобака емкостью по 100 л., а непосредственно за двигателем – радиатор и теплообменник, омываемые забортной водой при движении на плаву. На корме, в специальной нише, располагался гребной винт с водоходными рулями. Баланс танка был подобран таким образом, что на плаву он имел небольшой дифферент на корму. Привод гребного винта осуществлялся карданным валом от коробки отбора мощности, укрепленной на картере коробки перемены передач.

Бронетехника СССР в январе 1938 г. по ходатайству начальника АБТУ Д. Павлова вооружение танка должно было быть усилено путем установки 45-мм полуавтоматической пушки или 37-мм автоматической пушки, причем в случае установки полуавтомата экипаж должен был быть увеличен до трех человек. Боекомплект танка должен был состоять из 61 выстрела для 45-мм пушки и 1300 патронов к пулемету. КБ завода № 185 выполнило два проекта по теме "Замок", в качестве прототипа которых использовался шведский танк "Ландсверк-30".

Бронетехника вермахта не избежала неприятностей с форсированием двигателя. К сказанному можно добавить только то, что указанный кризис был преодолен фактически только в 1938 г., для чего танк получил не только форсированный двигатель. С целью усиления подвески в нем были применены более толстые листы рессор. Пошли резиновые бандажи из неопрена – отечественного синтетического каучука, начато изготовление траков из стали Гартфильда горячей штамповкой, введены закаленные ТВЧ пальцы. Но все эти изменения в танк были введены не одномоментно. Корпус танка с наклонными бронелистами изготовить в срок не удалось. Однако коническая башня улучшенной защиты была подана вовремя, и танк с прежним корпусом, усиленной подвеской (за счет установки более толстых листов рессор), форсированным двигателем и новой башней поступил на испытания на НИБТполигон.

Современная бронетехника шла под условным индексом Т-51. В нем был сохранен процесс перехода с гусениц на колеса, как у прототипа, – опусканием специальных рычагов с колесами без выхода человека. Однако после корректировки требований к танку, сделавших его трехместным (решено было сохранить дублирующее управление у заряжающего), и усиления его вооружения до уровня БТ колесный ход по типу "Ландсверка" реализовать оказалось уже невозможным. Кроме того, трансмиссия колесного привода танка была чрезмерно сложной. Поэтому вскоре работы по теме "Замок" велись уже над танком Т-116, в котором "переобувание" производилось по типу БТ – снятием гусеничных цепей.

Является дальнейшим развитием БРДМ-1 . Серийно производилась с 1963 по 1989 год Арзамасским машиностроительным заводом (а также по лицензии в Польше, Чехословакии и Югославии). БРДМ-2 имеет невысокую защищённость, броня защищает от пуль стрелкового оружия и осколков. Главная особенность машины - очень высокая проходимость. Кроме основного полноприводного шасси с регулируемым давлением в шинах, в средней части корпуса имеются специальные дополнительные выдвижные колеса, позволяющие, в частности, преодолевать значительные рвы, траншеи. В настоящее время в той или иной степени используется в разведывательных подразделениях более чем 50 стран. В войсках имеет прозвище Бардак. В СССР производство завершено в ноябре 1989 года. Производство продолжается по лицензии в Польше.

История создания и производства

Боевая разведывательно-дозорная машина была разработана в конструкторском бюро Горьковского автомобильного завода. Работами руководил В.А. Дедков. 22 мая 1962 г. машина была принята на вооружение. Серийное производство машины было организованно в 1963 г. на ГАЗе, а с 1965 г. и на Арзамасском машиностроительном заводе и продолжалось до 1989 г.

Состоит на вооружении

Россия - более 2000 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Алжир - 26 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Ангола - 600 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Афганистан - некоторое количество БРДМ-1 и БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Белоруссия - некоторое количество БРДМ-2
-Бенин - 14 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Болгария - 24 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Бурунди - 30 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Вьетнам - 100 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Гвинея - 25 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Гвинея-Бисау - 10 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Египет - 300 БРДМ-2 (в египетской армии называлась Леопард, по состоянию на 2010 год
-Замбия - 70 БРДМ-1/БРДМ-2, из которых около 30 оцениваются как боеспособные, по состоянию на 2010 год
-Индия - 600 единиц поставлены из СССР в период с 1977 по 1979 годы
-Индонезия - 21 БРДМ-2, по состоянию на 2007 год
-Йемен - 50 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Кабо-Верде - 10 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Казахстан - 140 БРДМ-2, по состоянию на 2007 год
-Камбоджа - некоторое количество БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Киргизия - 30 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Кот-д’Ивуар - 13 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Республика Конго - 25 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Куба - некоторое количество БРДМ-1 и БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Ливия - 50 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Литва - 10 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Маврикий - некоторое количество БРДМ-2 по состоянию на 2010 год
-Мадагаскар - около 35 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Македония - 10 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Мали - 55 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Мозамбик - 30 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Монголия - 120 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Намибия - 12 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Никарагуа - 20 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Палестинская национальная администрация - 45 единиц поставлены из России в период с 1995 по 1996 годы, 25 единиц поставлены из России в 2007 году
-Перу - 30 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Польша - 376 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Приднестровье - некоторое количество в т.ч. в приданные МВД
-Сейшельские Острова - 6 БРДМ-2, оцениваются как небоеспособные, по состоянию на 2010 год
-Сербия - 46 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Сирия - 590 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Сомали - некоторое количество БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Словакия - 129 БРДМ-2, по состоянию на 2007 год
-Словения - 8 БРДМ-2, по состоянию на 2007 год
-Судан - 60 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-США - 7 единиц БРДМ-2 поставлены из ФРГ в 1991 году
-Танзания - 10 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Туркмения - 170 БРДМ-1 и БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Узбекистан - 13 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Украина - более 600 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Хорватия - 2 БРДМ-2, по состоянию на 2011 год
-ЦАР - 1 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Чад - около 100 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Экваториальная Гвинея - 6 БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Эритрея - 40 БРДМ-1/БРДМ-2, по состоянию на 2010 год
-Эфиопия - 120 единиц поставлены из СССР в период с 1977 по 1982 годы, 60 единиц поставлены из СССР в период с 1985 по 1988 годы, по состоянию на 2007 год имеется некоторое количество на вооружении.

Боевое применение

Операция «Дунай»
-Война Судного дня Одно из крупнейших сражений с участием БРДМ-2, вооружённых ПТУР «Малютка», произошло 6 октября 1973 года, когда египетская армия форсировала Суэцкий канал. Перешедшие канал египетские войска были атакованы израильскими танками M48 Patton и M60 Patton 252-й бронетанковой дивизии. Танки шли без предварительной разведки и без пехоты, что привело к их разгрому. Египетские БРДМ и пехота подбили и сожгли 165 израильских танков M48 и M60. Сожжённые танки усеяли пустыню перед египетскими позициями. Десантные машины применялись также и на сирийском фронте. В частности, 12 октября сирийские БРДМ-2 и пехота остановили наступление израильских танков 188-й резервной бригады вдоль шоссе Эль-Кунейтра-Дамаск, при этом израильтяне понесли тяжёлые потери.
-Китайско-вьетнамская война
-Афганская война (1979-1989)
-Вооружённый конфликт в Южной Осетии - по данным независимых экспертов Центра анализа стратегий и технологий, российские войска потеряли 3 БРДМ. Один из механиков-водителей российских БРДМ-2, Олег Рудель был награждён медалью «За отвагу».
-Вооружённый конфликт на востоке Украины.

Характеристики

Классификация: боевая разведывательная машина / бронеавтомобиль
-Боевая масса, т: 7,0
-Экипаж, чел.: 4
-Размеры:
-Длина корпуса, мм: 5750
-Ширина корпуса, мм: 2350
-Высота, мм: 2395
-База, мм: 3100
-Колея, мм: 1840 спереди 1790 сзади
-Клиренс, мм: 330
-Бронирование:
-Тип брони: стальная катаная
-Лоб корпуса (верх), мм/град.: 5
-Лоб корпуса (низ), мм/град.: 14
-Борт корпуса, мм/град.: 7
-Корма корпуса, мм/град.: 7
-Днище, мм: 2..3
-Крыша корпуса, мм: 7
-Лоб башни, мм/град.: 10
-Борт башни, мм/град.: 7
-Корма башни, мм/град.: 7
-Крыша башни, мм: 7
-Вооружение:
-Углы ВН, град.: -5..+30
-Углы ГН, град.: 360
-Дальность стрельбы, км: 1..2 (КПВТ) 1,5 (ПКТ)
-Прицелы: ПП-61АМ
-Пулемёты: 1 х 14,5-мм КПВТ 1 х 7,62-мм ПКТ
-Подвижность:
-Двигатель: Производитель: Горьковский автомобильный завод Марка: ГАЗ-41 Тип: карбюраторный бензиновый Объём: 5530 куб.см. Максимальная мощность: 103 кВт (140 л.с.), при 3400 об/мин Максимальный крутящий момент: 350 Н·м, при 2500 об/мин Конфигурация: V8 Цилиндров: 8 Диаметр цилиндра: 100 мм Ход поршня: 88 мм Степень сжатия: 6,7 Охлаждение: жидкостное Тактность (число тактов): 4 Порядок работы цилиндров: 1-5-4-2-6-3-7-8 Максимальные обороты: 3650 Рекомендованное топливо: А-76
-Скорость по шоссе, км/ч: 95..100
-Скорость по пересечённой местности, км/ч: 8..10 на плаву
-Запас хода по шоссе, км: до 750
-Удельная мощность, л. с./т: 20,0
-Колёсная формула: 4х4 (8х8)
-Тип подвески: на полуэллиптических рессорах
-Удельное давление на грунт, кг/кв.см.: 0,5..2,7
-Преодолеваемый подъём, град.: 30
-Преодолеваемая стенка, м: 0,4
-Преодолеваемый ров, м: 1,22
-Преодолеваемый брод, м: плавает

Промышленность Англии нуждалась в большом количестве топлива, а леса становилось всё меньше. В связи с этим добыча каменного угля стала черезвычайно актуальна.
Основной проблемой добычи была вода, она затопляла шахты быстрее чем её успевали откачивать, приходилось бросать разработаные рудники и искать новые.
В силу этих причин, срочно требовались механизмы для откачки воды, вот ими то и стали первые паровые машины.

Следующим этапом развития паровых машин, было создание (в 1690 году ) поршневого парового двигателя, который совершал полезную работу за счёт нагревания и конденсации пара.

Родился во французском городе Блуа в 1647 году. В Университете Анже он изучал медицину и получил степень доктора, но врачом не стал. Во многом его судьбу предопределила встреча с голландским физиком Х. Гюйгенсом, под влиянием которого Папен начал изучать физику и механику. В 1688 году он опубликовал описание (со своими конструктивными дополнениями) представленного Гюйгенсом в Парижскую академию наук проекта порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем.
Папен также предложил конструкцию центробежного насоса, сконструировал печь для плавки стекла, паровую повозку и подводную лодку, изобрёл скороварку и несколько машин для подъёма воды.

Первая в мире скороварка:

В 1685 Папен был вынужден бежать из Франций (из-за гонений на гугенотов) в Германию и продолжал там работать над своей машиной.
В 1704 году, на заводе «Veckerhagen», он отлил первый в мире цилиндр для паровой машины и в том же году построил катер на паровой тяге.

Первая «машина» Дени Папена (1690 год)

Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх, а при охлаждении (пар конденсировался) создавалось разрежение и атмосферное давление двигало поршень вниз.

Чтобы заставить машину работать, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой.

В 1705 году Папен разработал второй паровой двигатель

При открытии крана (D), пар из котла (справа) устремлялся в среднюю ёмкость и по средствам поршня продавливал воду в ёмкость слева. После чего кран (D) закрывался, открывался краны (G) и (L) в воронку доливали воду и средняя ёмкость заполнялась новой порцией, краны (G) и (L) закрывали и повторяли цикл. Тем самым удавалась поднять воду на высоту.

В 1707 году, Папен приехал в Лондон с целью получить патент на свои работы 1690-го года. Работы не были признаны, так как к тому времени уже появились машины Томаса Севери и Томаса Ньюкомена (см. ниже).

В 1712 году Дени Папен умер обездоленным и похоронен в безымянной могиле.

Первые паровые машины представляли из себя громоздкие стационарные насосы для перекачки воды. Это объяснялось тем, что нужно было откачивать воду из рудников и угольных шахт. Чем глубже были шахты, тем труднее было откачивать из них пребывающую воду, в итоге не выработаные шахты приходилось бросать и переходить на новое место.

В 1699 году , английский инженер , получил патент на изобретение «огневого двигателя», предназначенного для откачивания воды из рудников.
Машина Севери - это паровой насос, а не двигатель, в нем не было цилиндра с поршнем.

Главной изюминкой в машине Севери было то, что пар образовывался в отдельном котле .

Справка

Машина Томаса Севери

При открытии крана 5 пар из котла 2 подавался в сосуд 1, выгоняя оттуда воду по трубке 6. Клапан 10 при этом открыт, а клапан 11 закрыт. В конце нагнетания кран 5 закрывался, и через кран 9 в сосуд 1 подавалась холодная вода. Пар в сосуде 1 охлаждался, конденсировался, и давление падало, засасывая туда воду по трубке 12. Клапан 11 при этом открывался, а клапан 10 закрывался.

Насос Севери был маломощным, потреблял много топлива и работал прерывисто. В силу этих причин, машина Севери не получила широкого распространения и ей на смену пришли «поршневые паровые машины».

В 1705 году совместив идеи Севери (отдельно стоящий котёл) и Папена (цилиндр с поршнем) построил поршневой паровой насос для работы на рудниках.
Опыты по совершенствованию машины продолжались около десяти лет, пока она не начала исправно работать.

О Томасе Ньюкомене

Родился 28 февраля 1663 в Дартмуте. Кузнец по профессии. В 1705 году совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой насос. Эта довольно эффективная для своего времени паро-атмосферная машина использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Такую технологию, в наше время используют бетононасосы на стройках.
Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1699 году Т. Севери. Паровая машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными.

Скончался 7 августа 1729 года в Лондоне. Имя Ньюкомена носит «Общество историков техники Великобритании».

Машина Томаса Ньюкомэна

Вначале пар поднимал поршень, затем в цилиндр впрыскивалось немного холодной воды, пар кондесировался (образовывая тем самым разряжение в цилиндре) и поршень под влиянием атмосферного давления опускался.

В отличии от «цилиндра Папена» (у которого цилиндр служил котлом), в машине Ньюкомена цилиндр был отделён от котла. Таким образом удалось добиться более или менее равномерной работы.
В первых версиях машины, управление клапанами было ручным, но в последствии Ньюкомэн придумал механизм, автоматически открывающий и закрывающий в нужный момент соответствующие краны.

Фото

О цилиндрах

Первые цилиндры ньюкоменовской машины делались из меди, трубы - из свинца, а коромысло было деревянным. Мелкие части делались из ковкого железа. Более поздние машины Ньюкомена, примерно после 1718 года, имели уже чугунный цилинр.
Изготовляли цилиндры на литейном заводе Абрахама Дерби в Колбрукдэле. Дэрби усовершенствовал технику литья и это позволило получать цилиндры достаточно хорошего качества. Для получения более или менее правильной и гладкой поверхности стенок цилиндра, использовался станок для высверливания дула орудий.

Как-то так:

С некоторыми доработками, машины Ньюкомена на протяжении 50 лет оставались единственными механизмами, пригодными для промышленного использования.

В 1720 году описал двухцилиндровую паровую машину. Изобретение было опубликовано в его главной работе "Theatri Machinarum Hydraulicarum ". Эта рукопись была первым систематическим анализом машиностроения.

Машина предложенная Якобом Леопольдом

Предполагалось что поршни сделаные из свинца, будут подниматься давлением пара, а опускаться под собственным весом. Любопытна идея крана (между цилиндрами), с его помощью пар впускался в один цилиндр и одновременно выпускался из другого.
Якоб не строил эту машину, он только её придумал.

В 1766 году русский изобретатель , работая механиком на алтайских горнорудных и металургических заводах, создал первую в России и первую в мире двухцилиндровую паровую машину.
Ползунов модернизировал машину Ньюкомена (для обеспечения непрерывной работы он задействовал два цилиндра, вместо одного) и предложил использовать её для привидения в движение мехов плавильных печей.

Грустная справка

В России того времени, паровые машины практически не использовались и всю информацию Ползунов получил из книги “Обстоятельное наставление рудному делу” (1760) за авторством Шлаттера И.А., в которой описывалась паровая машина Ньюкомена.

О проекте было доложено императрице Екатерине Второй. Она одобрила его, распорядилась произвести И.И.Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика» и наградить 400 рублями…
Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину. В апреле 1764 г. Ползунов приступил к строительству.
Весной 1766 года, строительство в основном было закончено и проведены испытания.
Но 27 мая Ползунов умер от чахотки.
Его ученики Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины. В «Дневной записке» от 4 июля было отмечено «исправное машинное действие», а 7 августа 1766 г. вся установка, паровая машина и мощная воздуходувка, была сдана в эксплуатацию. Всего за три месяца работы машина Ползунова не только оправдала все затраты на её постройку в сумме 7233 рублей 55 копеек, но и дала чистую прибыль в 12640 рублей 28 копеек. Однако, 10 ноября 1766 г. после того, как у машины перегорел котел, она простояла без действия 15 лет 5 месяцев и 10 дней. В 1782 г. машина была разобрана.

(Энциклопедия Алтайского края. Барнаул. 1996. Т. 2. С. 281-282; Барнаул. Летопись города. Барнаул. 1994. ч. 1.с.30).

Машина Ползунова

Принцип работы аналогичен машине Ньюкомена.
В один из цилиндров наполненных паром, впрыскивали воду, пар конденсировался и в цилиндре создавалось разряжение, под действием атмосферного давления поршень опускался вниз, в тот же момент в другой цилиндр поступал пар и он поднимался.

Подача воды и пара в цилиндры была полностью автоматизирована.

Макет паровой машины И.И. Ползунова, сделанный по оригинальным чертежам в 1820-е годы.
Краеведческий музей Барнаула.

В 1765 году Джеимсу Уатту работающему механиком в университете Глазго, было поручено отремонтировать модель машины Ньюкомена. Неизвестно, кто её сделал, но в университете она находилась уже несколько лет.
Проффесор Джон Андерсон предложил Уатту посмотреть, нельзя ли что-нибудь сделать с этим любопытным, но капризным прибором.
Уатт не только отремонтировал, но и усовершенствовал машину. Он добавил к ней отдельную ёмкость для охлаждения пара и назвал её конденсатор.

Модель паровой машины Ньюкомена

Макет был оснащен цилиндром (диаметр 5 см) с рабочим ходом 15 см. Уатт провел ряд экспериментов, в частности заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет заработал.
В процессе экспериментов Уатт убедился в неэффективности машины.
При каждом новом цикле часть энергии пара уходила на нагрев цилиндра, который охлаждался после впрыскивания воды для охлаждения пара.
Проведя ряд опытов Уатт пришёл к выводу:
«…Для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда горяч, как и входящий в него пар; но с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна была происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра» (38 по Цельсию)…

Модель машины Ньюкомена, с которой экспериментировал Уатт

Как всё начиналось...

Впервые Уатт заинтересовался паром в 1759 году, этому поспособствовал его приятель Робисон, который носился тогда с мыслью «о применении силы паровой машины для приведения в движение повозок».
В том же году Робисон уехал воевать в Северную Америку, а Уатт и без этого был завален делами.
Спустя два года Уатт вернулся к идее паровых машин.

«Около 1761–1762 гг., - пишет Уатт, - я проделал несколько опытов над силой пара в Папеновом котле и сделал нечто вроде паровой машины, укрепив на нем спринцовку, диаметром около 1/8 дюйма, с прочным поршнем, снабженную краном для впуска пара из котла, а также для выпуска его из спринцовки на воздух». Когда открывался кран из котла в цилиндр, то пар, поступая в цилиндр и действуя на поршень, поднимал значительный груз (15 фунтов), которым был нагружен поршень. Когда груз был поднят до нужной высоты, то сообщение с котлом закрывалось и открывался кран для выпуска пара в атмосферу. Пар выходил, и груз опускался. Эта операция повторялась несколько раз, и хотя в данном приборе кран поворачивался от руки, однако, не трудно было придумать приспособление, чтобы поворачивать его автоматически.

А - цилиндр; В - поршень; С - шток с крюком для подвешивания груза; D - наружный цилиндр (кожух); Е и G - паровпускные отверстия; F - трубка, соединяющая цилиндр с конденсатором; К - конденсатор; Р - насос; R - резервуар; V - клапан для выхода воздуха, вытесняемого паром; К, Р, R - заполнены водой. Пар впускается через G в пространство между А и D и через Е в цилиндр А. При небольшом подъеме поршня в цилиндре насоса Р (поршень не изображен на рисунке) уровень воды в К понижается и пар из А переходит в К и тут осаждается. В А получается разрежение, и пар, находящийся между А и D, давит на поршень В и поднимает его вместе с подвешенным к нему грузом.

Основная идея, отличающая машину Уатта от машины Ньюкомена, заключалась в изолированной камере для конденсации (охлаждения пара).

Наглядное изображение:

В машине Уатта конденсатор «С» был отделён от рабочего цилиндра «Р» его не нужно было постоянно нагревать и охлаждать, благодаря этому удалось немного увеличить КПД.

В 1769-1770 годах на шахте горнозаводчика Джона Робака (Робак интересовался паровыми машинами и некоторое время финансировал Уатта), была построена большая модель машины Уатта, на которую он получил в 1769 году свой первый патент.

Суть патента

Уатт определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах».
В патенте (№ 013) излагался ряд новых технич. положений, использованных Уаттом в своём двигателе:
1) Поддержание температуры стенок цилиндра равной, температуре поступающего в него пара за счёт тепловой изоляции, паровой рубашки
и отсутствия контакта с холодными телами.
2) Конденсация пара в отдельном сосуде - конденсаторе, температура в к-ром должна была поддерживаться на уровне окружающей среды.
3) Удаление из конденсатора воздуха и других неконденсирующихся тел посредством насосов.
4) Применение избыточного давления пара; в случаях недостатка воды для конденсации пара применение только избыточного давления с выхлопом в атмосферу.
5) Применение «коловратных» машин с однонаправленно вращающимся поршнем.
6) Работа с неполной конденсацией (т. е. с ухудшенным вакуумом). В этом же пункте патента описаны конструкции уплотнения поршня и отдельных деталей. При применявшихся в то время давлениях пара в 1 атм введение отдельного конденсатора и откачка воздуха из него означали реальную возможность снижения расхода пара и топлива более чем вдвое.

Спустя некоторое время Робак обанкротился и новым компаньоном Уатта стал английский промышленник Мэттью Болтон .
После ликвидации соглашения Уатта с Робаком, построенная машина была разобрана и отправлена в на завод Болтона в Сохо. На ней Уатт в течение долгого времени проверял почти все свои усовершенствования и изобретения.

О Мэттью Болтоне

Если Робак видел в уаттовской машине прежде всего лишь усовершенствованный насос, который должен был спасти его шахты от затопления, то Болтон в изобретениях Уатта видел новый вид двигателя, который должен был заменить водяное колесо.
Болтон сам пытался внести усовершенствования в машину Ньюкомена, чтобы уменьшить расход топлива. Он сделал модель, которая вызывала восторг у многочисленных лондонских великосветских друзей и покровителей. Болтон вел переписку с американским ученым и дипломатом Бенджамином Франклином о том, как лучше впрыскивать в цилиндр охлаждающую воду, о наилучшей системе клапанов. Франклин в этой области ничего толкового посоветовать не мог, но обратил внимание на другой способ достижения экономии топлива, на лучшее его сжигание и уничтожение дыма.
Болтон мечтал не о чем ином, как о мировой монополии производства новых машин. «Моей мыслью было, - писал Болтон Уатту, - устроить рядом с моим заводом, предприятие, где я сосредоточил бы все технические средства, необходимые для постройки машин, и откуда мы снабжали бы весь мир машинами любых размеров».

Болтон ясно отдавал себе отчет в том, какие для этого нужны предпосылки. Новая машина не может строиться старыми кустарными способами. «Я предполагал, - писал он Уатту, - что ваша машина потребует денег, очень точной работы и обширных связей, чтобы наивыгоднейшим образом пустить ее в оборот. Наилучший способ поддержать ее репутацию и отдать должное изобретению - это изъять ее производство из рук множества техников, которые по своему невежеству, недостатку опыта и технических средств, стали бы давать плохую работу, а это отразилось бы и на репутации изобретения».
Чтобы избежать этого, он предлагал строить специальный завод, где «при вашем содействии мы могли бы привлечь и обучить известное количество превосходных рабочих, которые, снабженные наилучшим инструментом, могли бы выполнить это изобретение на двадцать процентов дешевле и со столь же большой разницей в точности работы, какая существует между работой кузнеца и мастера математических инструментов».
Кадры высококвалифицированных рабочих, новое техническое оборудование - вот что требовалось для постройки машины в массовом масштабе. Болтон уже мыслил категориями и понятиями развитого капитализма XIX века. Но пока это были еще мечты. Не Болтоном и Уаттом, а их сыновьями было организовано лет тридцать спустя массовое производство машин - первый машиностроительный завод.

Болтон и Уатт обсуждают производство паровых машин на заводе в Сохо

Очередным этапом развития паровых машин, была герметизация верхней части цилиндра и подача пара не только в нижнюю, но и в верхнюю часть цилиндра.

Так Уаттом и Болтоном, была построена паровая машина двойного действия .

Теперь пар подавался попеременно в обе полости цилиндра. Стенки цилиндра были теплоизолированы от внешней среды.

Машина Уатта хоть и стала эффективнее машины Ньюкомена, но КПД, всё ещё был черезвычайно низок (1-2%).

Как Уатт и Болтон строили и PRили свои машины

О технологичности и культуре производства в 18 веке и речи быть не могло. Письма Уатта к Болтону наполнены жалобами на пьянство, воровство и леность рабочих. «Мы можем очень мало рассчитывать на наших рабочих в Сохо, - писал он Болтону. - Джемс Тейлор начал сильнее пить. Он упрям, своенравен и недоволен. Машина, над которой работал Картрайт, - сплошной ряд ошибок и промахов. Смит и остальные невежественны, и за всеми ими нужно ежедневно присматривать, чтобы не вышло чего-либо худшего».
Он требовал от Болтона принятия строгих мер и вообще был склонен прекратить производство машин в Сохо. «Всем лентяям нужно сказать, - писал он, - что если они будут так же невнимательны, как до сих пор, то их прогонят с завода. Расходы по постройке машины в Сохо, обходятся нам очень дорого, и если нельзя улучшить производство, то нужно его совсем прекратить и раздавать работу на сторону».

Изготовление деталей для машин, требовало надлежащего оборудывания. Поэтому разные узлы машин производились на разных заводах.
Так, на заводе Уилкинсона отливали и растачивали цилиндры, там же делали днища цилиндров, поршень, воздушный насос и конденсатор. Чугунный кожух для цилиндра отливали на одном из литейных заводов в Бирмингеме, медные трубы везли из Лондона, а небольшие детали производили на месте постройки машины. Все эти части фирма «Болтон и Уатт» заказывала за счет заказчика - владельца рудника или мельницы.
Постепенно отдельные части привозились на место и собирались под личным контролем Уатта. Позже он составил подробную инструкцию по сборке машины. Котел обычно клепался на месте местными кузнецами.

После успешного запуска машины для откачки воды на одном из рудников в Корнуолле (считался труднейшим рудником), компания «Болтон и Уатт» получила много заказов. Хозяева рудников увидели, что машина Уатта успешно справляется там, где была бессильна машина Ньюкомена. И они немедленно начали заказывать уаттовские насосы.
Уатт был завален работой. Он неделями сидел над своими чертежами, ездил на установки машин, - нигде нельзя было обойтись без его помощи и наблюдения. Он был один и всюду должен был поспевать.

Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие механизмы, нужно было возвратно-поступательные движения преобразовать во вращательные, а для равномерного движения приспособить колесо в качестве маховика.

В первую очередь нужно было жёстко связать поршень и балансир (до этого момента использовались цепь или верёвка).
Уатт предполагал осуществлять передачу от поршня к балансиру с помощью зубчатой полосы, а на балансире поместить зубчатый сектор.

Зубчатый сектор

Эта система оказалась ненадёжной и Уатт был вынужден от неё отказаться

Передачу вращательного момента планировалось усуществить с помощью кривошипного механизма.

Кривошипный механизм

Но от кривошипа пришлось отказаться так как эта система уже была запатентована (в 1780 году) Джеимсом Пикардом . Пикард предложил Уатту кросс-лицензирование, но Уатт отказался от этого предложения и использовал в своей машине планетарную передачу. (про патенты есть неясности, в конце статьи можно почитать)

Планетарная передача

Двигатель Уатта (1788)

При создании машины с непрерывным вращательным движением, Уатту пришлось решать ряд нетривиальных задач (распределение пара по двум полостям цилиндра, автоматическая регулировка оборотов и прямолинейное движение штока поршня).

Параллелограмм Уатта

Механизм Уатта был изобретён для придания тяге поршня прямолинейного движения.

Паровой двигатель построенный по патенту Джеймса Уатта в 1848 году в Фрайберге в Германии.

Центробежный регулятор

Принцип действия центробежного регулятора простой, чем быстрее крутится вал, тем выше расходятся грузы под действием центробежной силы и тем сильнее перекрывается паропровод. Грузы опускаются - паропровод открывается.
Похожая система, давно уже была известена в мукомольном деле для регулирования расстояния между жерновами.
Уатт адаптировал регулятор для паровой машины.

Устройство парораспределения

Система «поршневых клапанов»

Чертеж составлен одним из помощников Уатта в 1783 году (буквы поставлены для пояснения). В и В - поршни, соединенные между собой трубкой С и двигающиеся в трубе D, соединенной с конденсатором Н и трубками Е и F с цилиндром A; G - паропровод; К - шток, служащий для передвижения ВВ.
В изображенном на чертеже положении поршней ВВ пространство трубы D между поршнями В и В, а также нижняя часть цилиндра А под поршнем (не изображенном на рисунке), примыкающая к F, заполнены паром, тогда как в верхней части цилиндра А, над поршнем, сообщающейся через Е и через С с конденсатором Н - состояние разрежения; при подъеме ВВ выше F и E нижняя часть А через F будет сообщаться с H, а верхняя часть через Е и D - с паропроводом.

Нагляный рисунок

Однако, вплоть до 1800 года Уатт продолжал пользоваться тарелочными клапанами (металлические диски, поднимавшиеся или опускавшиеся над соответствующими окнами, и приводившиеся в движение сложной системой рычагов), так как изготовление системы «поршневых клапанов» требовало высокой точности.

Разработкой механизма парораспределения занимался в основном помошник Уатта Уильям Мердок .

Мердок, продолжал совершенствовать механизм парораспределения и в 1799 году запатентовал D - образный золотник (коробчатый золотник).

В зависимости от положения золотника, окна (4) и (5) сообщаются с замкнутым пространством (6) окружающим золотник и заполненным паром, или с полостью 7, соединённой с атмосферой или конденсатором.

После всех усовершенствований была построенна вот такая машина:

Пар с помощью парораспределителя, попеременно подавался в разные полости цилиндра, а центробежный регулятор управлял клапаном подачи пара (если машина слишком разгонялась клапан прикрывался и наоборот открывался если слишком замедлялась).

Наглядное видео

Эта машина уже могла работать не только как насос, но и приводить в действие другие механизмы.

В 1784 году Уатт получил патент на универсальный по применению паровой двигатель (патент № 1432).

Про мельницу

В 1986 году Болтон и Уатт построили в Лондоне мельницу («Мельница Альбиона»), приводимую в действие паровой машиной. Когда мельницу пустили в ход, началось настоящее паломничество. Лондонцы живо интересовались техническими усовершенствованиями.

Уатт, не знакомый с маркетингом, возмущался тем, что зеваки мешают ему работать и требовал прекращения доступа посторонних. Болтон же считал что, о машине должны узнать как можно больше людей и поэтому отвергал просьбы Уатта.
Вобщем недостатка в клиентах Болтон и Уатт не испытывали. В 1791 году мельница сгорела (а может её подожгли, так как мукомолы боялись конкуренции).

В конце восьмидесятых годов, Уатт прекращает совершенствовать свою машину. В письмах Болтону он пишет:
«Очень возможно, что за исключением некоторых улучшений в механизме машины ничего лучшего, чем то, что мы уже произвели, не будет допущено природой, которая для большинства вещей предопределила свой nec plus ultra (лат. «дальше некуда»)».
И позднее, Уатт утверждал, что не может открыть в паровой машине ничего нового, и если он занимается ею, то только усовершенствованием деталей и проверкой своих прежних выводов и наблюдений.

Список русской литературы

Каменский А.В. Джемс Уатт, его жизнь и научно-практическая деятельность. СПб, 1891
Вайсенберг Л.М. Джемс Уатт, изобретатель паровой машины. М. – Л., 1930
Лесников М.П. Джемс Уатт. М., 1935
Конфедератов И.Я. Джемс Уатт – изобретатель паровой машины. М., 1969

Таким образом, можно считать, что первый этап развития паровых машин закончился.

Цитата из БСЭ

Универсальный двигатель Уатта благодаря его экономичности получил широкое распространение и сыграл большую роль в переходе к капиталистическому машинному производству. «Великий гений Уатта,- писал К. Маркс,- обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 г., давая описание паровой машины, изображает её не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности» (Маркс К., Капитал, т. 1,1955, стр. 383-384).

Завод Уатта и Болтона к 1800 году построил св. 250 паровых машин, а к 1826 в Англии насчитывалось до 1500 машин с общей мощностью ок. 80000 л.с. За редким исключением это были машины уаттовского типа. После 1784 года Уатт занимался главным образом улучшением производства, а после 1800 года и вовсе отошёл от дел.