ИСТОРИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Учитель физики КОГОКУ «ВСШ пгт. Лесной Верхнекамского района» Варина Полина Ивановна

ПУШКА АРХИМЕДА Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до н.э., великий греч. механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итал. ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.

Как же стреляла эта пушка? Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро.

ГЕРОНОВ ШАР сосуд с водой, из которого вода выгоняется избыточным давлением воздуха.

H 2 O ЭОЛИПИЛ – первая паровая машина I – II вв. н.э Создатель – Герон Александрийский Q

ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. главным образом в Англии. Копи, в которых добывали руду, нуждались в устройствах для откачки воды. Глубина шахт стала достигать 200 м. Эту работу выполняли животные на ступальных колесах. Приходилось держать до пятисот лошадей на одном руднике. Эта чисто практическая задача и стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки воды.

«ОГНЕННАЯ» МАШИНА ТОМАСА СЕВЕРИ В 1698 г. Томас Севери, шахтовладелец, получил патент 356 с формулировкой, что он выдан на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня...»

… Впоследствии машина Севери была усовершенствована Дезагюлье, предложившим охлаждать пар в сосуде путем впрыскивания в него воды. Это существенно увеличило частоту рабочих циклов. Одна из таких машин была выписана Петром I и установлена в Летнем саду.

ДЕНИ ПАПЕН Вклад Папена в науку и технику не ограничивается работами над созданием паровой машины. До сих пор успешно применяется его изобретение - автоклав. Ему же принадлежит изобретение предохранительного клапана. Известны его работы по изучению свойств водяного пара. На родине Папена, в маленьком французском городке Блуа, ему установлен красивый памятник. На вершине лестницы мраморный пьедестал, на котором стоит бронзовая фигура, прижимающая к боку цилиндр паровой машины.

МАШИНА ПАПЕНА Папен построил цилиндр 1, в котором вверх и вниз свободно перемещался поршень 2. Поршень был связан тросом, перекинутым через блок, с грузом 4. В нижнюю откидывающуюся часть цилиндра насыпали порох, который затем поджигали. Образовавшиеся газы, стремясь расшириться, толкали поршень вверх. После этого цилиндр и поршень с наружной стороны обливали холодной водой. Газы в цилиндре охлаждались, и их давление на поршень уменьшалось. Поршень под действием собственного веса и внешнего атмосферного давления опускался вниз, поднимая при этом груз. Двигатель совершал полезную работу. Для практических целей он не годился: слишком уж сложен был технологический цикл его работы (засыпка и поджигание пороха, обливание водой, и это на протяжении всей работы двигателя). Кроме того, применение подобного двигателя было далеко не безопасным. Однако нельзя не усмотреть в первой машине Папена черты современного двигателя внутреннего сгорания.

МАШИНА ТОМАСА НЬЮКОМЕНА Вслед за Севери паровую машину (также приспособленную для откачивания воды из шахты) сконструировал англ. кузнец Т.Ньюкомен. Он взял цилиндр с поршнем Папена, но пар для подъема поршня получал, как и Севери, в отдельном котле. Высотой машина была с четырех - пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно «прожорлива»: пятьдесят лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в «ненасытную пасть» топки, а механик управлял кранами, впускающими пар и холодную воду в цилиндр.

«ОГНЕДЕЙСТВУЮЩАЯ» МАШИНА ИВАНА ПОЛЗУНОВА Машина предназначалась для воздуходувных мехов, нагнетающих воздух в плавильные печи. Главной ее особенностью было то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых пауз. Это достигалось тем, что Ползунов предусмотрел вместо одного Цилиндра, как это было в машине Ньюкомена, два попеременно работающих. Пока в одном цилиндре поршень под действием пара поднимался вверх, в другом пар конденсировался, и поршень шел вниз. Оба поршня были связаны одним рабочим валом, который они поочередно поворачивали то в одну, то в другую стороны. Рабочий ход машины осуществлялся не за счет атмосферного давления, как у Ньюкомена, а благодаря работе пара в цилиндрах.

… Свою машину И. И. Ползунов начал строить в 1764 г. Машина была изготовлена в декабре 1765 г., а в мае 1766 г. ее создатель умер от чахотки. Машина была испытана уже после его смерти в октябре 1766 г. и работала, в общем, удовлетворительно. Как всякий первый образец, она нуждалась в доработке, к тому же в ноябре обнаружилась течь котла. Но изобретателя не было в живых, а без него устранением недостатков никто не занимался. Машина бездействовала до 1779 г., а затем была разобрана.

ПАРОВАЯ МАШИНА УАТТА В 1782 г. английский изобретатель Джемс Уатт ( ) построил паровую машину. В ней имелся один цилиндр с поршнем (См.рис.). Пар впускался попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Это достигалось к результате применения специального механизма, который затем был заменен золотником.

… Уатт продолжал совершенствовать паровые двигатели. Задумывался он и о паромобилях. Но Уатт рассчитал, что сделать компактный пригодный для самоходного экипажа паровой двигатель можно только при высоком давлении в котле – до 8,3 атм. при толщине медных стенок в 6,35 мм. И, решив, что это крайне небезопасно (котел может попросту взорваться!), Уатт, по сути остановил развитие паромобилей в Великобритании на целых 32 года – на срок действия своего патента!

КОНЬО НИКОЛА ЖОЗЕФ Коньо начал постройку собственной паровой машины. Но так как получавшиеся конструкции были слишком велики, изобретатель вскоре был вынужден прекратить работы, на которые уже не хватало средств, а попытки добиться дополнительного финансирования от правительства не дали результата.

МАШИНА КОНЬО

МОТОЦИКЛ ПЕРРО

СТРОИТЕЛЬСТВО ПАРОВОЗОВ Р. Тревитик был инженером- угольщиком из Корнуолла. Там во многих шахтах были железные рельсы для вагонов. В 1804 г. Тревитик приделал к паровому двигателю Уатта специальные колеса. Получился первый паровоз. Вскоре паровозы вовсю дымили не только в шахтах, но и на поверхности.

СТРОИТЕЛЬСТВО ПАРОВОЗОВ Первая пассажирская железная дорога была открыта в 1825 г. на севере Англии между Стоктоном и Дарлингтоном. По ней ходили паровозы «Движение», созданные Джорджем Стефенсоном. В 1829 г. лучший из его паровозов «Ракета» с грузом в 20 тонн развивал скорость до 40 км /час.

… В России первый паровоз построен в 1833 г. отцом и сыном Черепановыми

ПЕРВЫЕ ПАРОХОДЫ Первый пароход - "Клермонт" построен в 1807 в США Р. Фултоном. В России один из первых пароходов - "Елизавета" (для рейсов между Санкт-Петербургом и Кронштадтом) сооружен в 1815

ПАРОВОЙ САМОЛЕТ Клеман Адер, в 1890 г. построил паровой самолет «Эол» или "Авьон 1". Его крылья были сделаны из бамбуковых шестов, обтянутых плотной тканью, и настолько копировали крылья летучей мыши, что даже складывались вдоль корпуса. Самолет пролетел по прямой над парижским велотреком 50 м. В 1897 г. усовершенствованная модель продержалась около 300 м, но упала и разбилась. Военное министерство, израсходовав на опыты франков, отказалось от планов создания "воздушной армии". Удрученный неудачей, Адер больше не принимался за свои опыты.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА Первый патент на двигатель, использующий нагретый воздух, выдан в Великобритании в 1816 г. пастору Роберту Стирлингу. Изготовление двигателей Стирлинга началось в 1818 г. их применяли там где не годились громоздкие паровые машины.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1876 год – Николаус Отто. Один из самых распространенных тепловых двигателей существующий в двух вариантах: в виде бензинового ДВС и дизеля. Сегодня проектируются ДВС, в которых в качестве горючего будет использоваться водород. Основная часть ДВС - один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда, и название двигателя.

ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВС 1-ый такт - впуск (всасывание). Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-ой такт сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь. 3-ий такт рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. 4-ый такт выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ После знакомства с основами теории тепловых машин, Дизель Рудольф увлекся идеей увеличения КПД паровой машины. Немецкий инженер Р. Дизель получил патент на это изобретение в 1892 и сумел заинтересовать им два ведущих завода Германии. К 1897 двигатель был изготовлен, испытан и поступил на рынок.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сгорающих газов преобразуется в механическую с помощью ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно корпуса. Идея создания была впервые выдвинута в 16 в. Первая попытка постройки действующего образца относится к 1799, однако практически пригодные двигатели появились лишь в 1957

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую энергию реактивной струи в могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная).

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!