Колонка: Первоначальные конструкции паровых двигателей, предназначенных для горнодобывающей промышленности.

13 мая 2023 г.

Когда Томас Савери получил в 1689 году британский патент на свою паровую машину, это было не совсем его изобретение. По мнению многих историков, Савери основывал свой дизайн на более ранней идее Эдварда Сомерсета, Второго шатра Вустера. По данным Фонда королевской коллекции, идея Сомерсета, которую он назвал «двигателем, управляющим водой», была предшественником парового двигателя. Фонд утверждает, что это был гидравлический двигатель, построенный на основе ствола пушки, и Вустер надеялся, что его можно будет реализовать. используется в сельском хозяйстве для ускорения орошения.

Савери сконструировал свой двигатель не для орошения, а для откачки воды из шахты в Корнуолле.

Ирония заключается в том, что двигатель Савери, который он сконструировал для шахт, не использовался для откачки шахт, но его паровой насос пригодился для подачи воды в поместья и загородные дома, он не нашел интереса у владельцев шахт, утверждает Американский физический журнал. Общество, в июле 2018 г., Vol. 27, номер 7 журнала APS News. Статья «2 июля 1698 года: Томас Савери патентует первый паровой двигатель».

В статье «Паровой двигатель» научного онлайн-журнала Economic Historian от 31 июля 2022 года говорится, что двигатель Савери был предназначен для использования огня для откачки воды из шахт. Он работал путем заполнения резервуара паром, а затем последующей изоляции резервуара от источника пара. Когда температура в заполненном паром резервуаре из-за изоляции падала, пар конденсировался, создавая в резервуаре вакуум. Вакуум образовался за счет разницы объемов жидкой и газообразной фаз воды. Вода из шахт хлынула, чтобы заполнить вакуум, и хотя вакуумная система оказалась успешной, эффективно работать она могла только на небольших глубинах. Вода, набранная в резервуар, затем выбрасывалась или поднималась на высоту до 80 футов под давлением пара.

У двигателя было несколько недостатков, сообщает APS News. Он был неэффективен для подъема воды, отчасти потому, что еще не существовало технологии обработки герметичных соединений. Все детали изготавливались из латуни, меди и бронзы, собирались из отлитых или формованных деталей, а затем спаивались или клепались вместе. Несовершенная герметизация означала, что двигатели были склонны к взрыву. Он также потреблял слишком много топлива, чтобы сделать его экономически выгодным для горнодобывающей промышленности.

Томас Ньюкомен был кузнецом (торговцем скобяными изделиями), которого Савери нанял для изготовления собственного двигателя. NPS заявляет, что Савери позволил Ньюкомену подделать копию машины для своих собственных исследований на заднем дворе. В 1712 году Ньюкомен построил свою собственную паровую машину на основе конструкции Савери, но атмосферная паровая машина Ньюкомена намного превосходила машину Савери, говорит NPS. Двигатель Ньюкомена показал значительно улучшенные характеристики, существенные механические отличия, не нуждался в давлении пара и по-другому использовал вакуум.

По данным Национального музея Шотландии, в котором находится оригинальный двигатель Ньюкомена, в двигателе Ньюкомена использовался поршень, работающий внутри цилиндра с открытым верхом. Поршень был соединен цепями с качающейся балкой. На другом конце балка была соединена стержнем с насосами в шахте. При ходе вверх цилиндр наполняется паром из котла, а затем в цилиндр впрыскивается холодная вода, чтобы превратить пар обратно в воду и создать вакуум (когда вода превращается в пар, она расширяется в 1500 раз, поэтому удерживаемый объем пар, если конденсируется обратно в воду, создаст вакуум). Затем вакуум потянул поршень вниз и с помощью качающейся балки поднял плунжер водяного насоса.

Использование коромысла в двигателе Ньюкомена привело к тому, что двигатель позже стал называться лучевым двигателем.

Как отмечает журнал Economic Historian, главный недостаток двигателя Ньюкомена заключался в том, что он потреблял слишком много пара для повторного нагрева поршня во время каждого такта нагрева и охлаждения. Однако на тот момент это был лучший дизайн из доступных.

Следующее изобретение – и оно было важным – пришло от производителя инструментов из Шотландии по имени Джеймс Уотт. Уатт не изобретал паровую машину; он изобрел конденсатор пара. Он изучил один из двигателей Ньюкомена, который его попросили отремонтировать, увидел его недостатки и усовершенствовал их, используя собственное изобретение. Это произвело революцию в применении пара.