Джеймс Уатт (1736–1819) – английский изобретатель, создатель универсальной паровой машины, член Лондонского королевского общества – родился в городе Гринок в Шотландии. С 1757 года работал механиком в университете в Глазго. В 1763–1764 годах начинаются его работы по усовершенствованию паровых машин, которые продолжались всю его жизнь. Джеймсу Уатту удалось предложить промышленности универсальную паровую машину. В 1769 году Уатт запатентовал паровой двигатель с отдельным конденсатором, а затем – применение в двигателе избыточного давления пара, что значительно снижало расход топлива.
В машине Уатта решающей движущей силой стало не атмосферное давление, а упругость пара повышенного давления, приводящего в движение поршень. Новый принцип работы пара потребовал полного изменения в устройстве машины, особенно цилиндра и парораспределения. Для устранения конденсации пара в цилиндре Уатт впервые ввел паровую рубашку цилиндра, при помощи которой он стал обогревать его рабочие стенки паром, а наружную сторону паровой рубашки заизолировал. Уатт ввел центробежный регулятор скорости для изменения количества подачи пара в цилиндр машины при изменении числа оборотов. Таким образом, Уатт в своей паровой машине заложил основные принципы устройства и работы современной паровой машины. Паровые машины, измененные таким образом, дали прекрасные результаты, понизив в несколько раз расход угля на л.с./ч (лошадиную силу в час) по сравнению с машинами Ньюкомена, и вытеснили водяное колесо из горнорудной промышленности. В середине 1780 годов конструкция паровой машины была окончательно разработана, и паровая машина двойного действия стала универсальным тепловым двигателем, нашедшим широкое применение почти во всех отраслях хозяйства многих стран. В XIX веке распространение получают шахтные подъемные паросиловые установки, паросиловые воздуходувки, прокатные паросиловые установки, паровые молоты, паровые насосы. Уатт стал по справедливости творцом паровой поршневой машины. С вакуумным двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии. Паровая машина кардинально изменила картину мира, произвела революцию в промышленности, на транспорте, дала импульс для новых открытий. Она служила универсальным двигателем на протяжении XIX века, и даже с появлением механизмов, требующих высоких скоростей, не канула в лету.
Среди положительных качеств парового двигателя:
– высокая надёжность;
– возможность эксплуатации при значительных колебаниях нагрузки; – допустимость продолжительных перегрузок;
– долговечность;
– низкие расходы на эксплуатацию;
– простота в обслуживании.
Сегодня паровые машины нашли широкое применение в виде паровых турбин, которые работают как приводы электрогенераторов. Турбина преобразует энергию пара во вращательное движение без каких-либо дополнительных механизмов. Сфера использования паровых турбин – производство электроэнергии. Более 85 % электрической энергии вырабатывают именно паровые турбины. Также их используют как судовые двигатели, в частности на подводных лодках и атомоходах. Перспективы применения паровых машин на автомобилях имеют пока туманные очертания, но видимо скоро появятся двигатели с элементами парового носителя.
Паровоз Стеферсона
Для общественных нужд первый в мире паровоз создал Стефенсон (1781–1848) в 1814 году. Он родился в семье английского шахтёра. Никто из его семьи не умел ни читать, ни писать. С 8 лет работал по найму. В 18 лет научился читать и писать и путём упорного самообразования приобрёл специальность механика по паровым машинам. В 1802 году Стефенсон устроился на работу машинистом угольной шахты. В 1812 году, будучи главным механиком Киллингуортских копей, Стефенсон предложил своему хозяину Лидделу проект своего первого паровоза. Тот согласился оплатить его постройку. К 1814 году Стефенсон спроектировал свой первый локомотив, предназначенный для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги. Он состоял из двух цилиндров диаметром 8 дюймов с ходом 24 дюймов. Котел 34 дюймов в диаметре и длиной 8 футов с одной жаровой трубой 20 дюймов в диаметре, проходящей через него. Цилиндры были расположены вертикально вдоль осевой линии котла. Отработанный пар выбрасывался прямо в атмосферу. Поршни через шатуны вращали шестерни, через которые приводились в движение. Поперечные балки с помощью направляющих крепились к верхней части цилиндра. Паровоз имел четыре колеса, прикрепленные к фланцам без пружин. Задние ведущие колеса и передние колеса вагона, несущие уголь и воду, имели рифленую поверхность качения и были соединены между собой бесконечной цепью (для улучшения сцепления с дорогой).
