Povestea tristă a primului vas cu aburi din lume și a inventatorului său
"...Sunt într-o situație tristă. Când fac tot ce pot, trezesc doar ostilitate."
Denis Papin (din scrisoarea către Leibniz, 1712)
Denis Papin (din scrisoarea către Leibniz, 1712)
O scurtă istorie a primelor motoare
Nu se știe exact când a fost inventat primul mecanism conceput pentru producția în masă a articolelor necesare oamenilor. Dar datorită înregistrărilor lăsate de înțeleptul Arhimede, descrierile mecanismelor uimitoare care au fost concepute cu câteva mii de ani în urmă și au funcționat impecabil în beneficiul oamenilor antici au ajuns la noi din adâncul secolelor. Aceste mașini preistorice au fost conduse de puterea musculară umană, iar cele mai mari de puterea animală. Astfel, primele motoare au fost omul însuși și asistenții săi cu patru picioare (cu excepția pisicii – nu a fost niciodată posibil să o implice în muncă utilă social).
Gândirea umană nu stă pe loc și, în acei ani îndepărtați, oamenii au început să se gândească că ar fi frumos să înlocuiască puterea animalelor cu un fel de sursă constantă de energie care nu trebuie hrănită și adăpată. Apoi cineva a observat un râu care curge fără sens în apropiere și nu aduce niciun beneficiu semnificativ producției. Acest cineva a decis să folosească puterea apei în mișcare și să facă râul să funcționeze în beneficiul umanității leneșe. Așa a fost inventat primul. povestiri motor - apă.
La început a fost folosit pentru a ridica (pompa) apa din râu și a o pompa în canale de irigare (pompa de apă), iar apoi pentru măcinarea făinii (moara de apă). Mai târziu, oamenii au început să folosească forța luată din apă pentru a antrena arborii diferitelor mașini concepute pentru a fabrica o varietate de produse. Vechiul motor cu apă era destul de primitiv: apa punea în mișcare o roată mare și de la ea rotația era transferată prin intermediul unor angrenaje și arbori la arborele de antrenare al unei mașini-unelte.
Aici a apărut o mică problemă de design: curentul rotește roata de apă cu o viteză constantă, dar mașinile necesită rotație la viteze variabile și cel mai adesea la viteze mai mari decât viteza roții. Mecanica antică a fost destul de inteligentă și a învățat să schimbe viteza de rotație a arborilor de antrenare folosind roți dințate de diferite diametre: la transferul de la o viteză mică la una mare, rotația a încetinit, dar forța transmisă creștea, iar la transferul de la una mare la una mică, dimpotrivă, viteza creștea, iar forța scade. Prin conectarea unor roți dințate de diferite diametre (cu un număr diferit de dinți), a fost posibil să se obțină un număr mare de rapoarte de transmisie, ceea ce este vital pentru mașină atunci când se efectuează lucrări complexe. Așa au fost inventate cutiile de viteze în mai multe etape - cutii de viteze preistorice.
Puțin mai târziu, oamenii au început să folosească energia eoliană și au început să construiască motoare eoliene - mori de vânt. Dar vântul era o sursă de energie prea capricioasă: uneori sufla, alteori nu, alteori sufla prea slab sau în direcția greșită și alteori sufla brusc atât de tare încât moara se răsturna. Dar apa din râu curge întotdeauna într-o singură direcție, rotind roata cu o viteză practic constantă. Invenția motorului cu apă a marcat începutul unei etape importante în viața omenirii – trecerea de la munca manuală la munca la mașină.
Soluția problemei prizei de putere din râu a dat un impuls puternic dezvoltării gândirii designului și a scos la lumină o nouă profesie: tehnicianul mecanic. Cea mai interesantă construcție tehnică antică a fost o fabrică de cherestea din secolul al XVII-lea.
Datorită unui set complex de angrenaje cilindrice conectate secvențial, rotația a fost deviată de la roata de apă și împărțită în două fluxuri de putere. Primul, printr-o manivela și tije, asigura mișcarea alternativă a pânzei de ferăstrău, iar al doilea era direcționat către un mecanism complex care trăgea un buștean sau o scândură pe lamă. Prin modificarea diametrului roților a fost posibilă reglarea atât a vitezei ferăstrăului, cât și a vitezei buștenului.
Treptat, fabricile mari și mici au început să crească de-a lungul malurilor râului: filaturi, egrenări de bumbac, fabrici de cherestea. Ca urmare, tot mai mulți oameni s-au îndepărtat de agricultură și au fost atrași de munca industrială și a început să apară o nouă clasă - proletariatul.
Dar nici motorul cu apă s-a dovedit a nu fi ideal. În primul rând, fabricile erau „legate” de râuri și nu toate zonele au râuri. În al doilea rând, în unele regate-state era foarte frig iarna, iar motoarele de apă au înghețat. Iar mecanicii din întreaga lume au început să-și chinuie mintea cum să inventeze un motor, astfel încât funcționarea lui să nu depindă de capriciile Mamei Natură și să nu fie legată de râu.
Istoria invenției mașinii cu abur
Cotul este aproape, încearcă să-l muști. Ei bine, mecanicii antici pur și simplu nu au putut găsi un principiu pentru construirea unui motor care să-l facă să funcționeze fără ajutorul forțelor naturale capricioase. Era nevoie de un fel de forță motrice, dar de unde ai putea-o obține?
Și apoi, ca întotdeauna, Majestatea Sa Chance a venit în ajutorul umanității.
Într-o zi, un om de știință cu un nume amuzant, Papin, a decis să fierbe niște cartofi. A pus tigaia pe foc, iar după un timp apa a fiert, iar aburul care se scurgea a început să zdrănnească capacul neplăcut. Acest fenomen comun, observat fără gânduri de milioane de ori de mulți oameni din întreaga lume, l-a interesat brusc pe iscoditorul Papin. A pus o piatră pe capac și a început să privească: ce avea să se întâmple mai departe?
Capacul a rămas nemișcat o vreme, dar apoi a început din nou să zdrăngănească. Tata a pus o piatră mai mare, iar după un timp aburul a început să scuture din nou capacul. Omul de știință, parcă fermecat, a privit îndelung, fără să privească în altă parte, cum aburul împingea cu încăpățânare capacul în sus, apoi presiunea aburului a scăzut, iar capacul, sub greutatea pietrei, a coborât, apoi s-a ridicat din nou. Și asta a continuat până când apa a fiert complet.
Tata a adăugat niște apă și apoi i-a venit în minte o idee interesantă. A mai luat un capac cu un diametru mai mic, care se potrivea strâns în interiorul cratiței, atingându-i abia pereții. Iar când apa a fiert, a coborât capacul înăuntru și a fost surprins să descopere că aburul apăsa uniform de jos, iar capacul, sub presiunea lui, s-a ridicat repede la nivelul marginilor tigaii. Tata a turnat niște apă, astfel încât capacul să poată sta aproape de fund și a repetat experimentul. Aburul a apăsat din nou pe capac și l-a forțat să iasă din tigaie, dar acum capacul a călătorit mai mult decât înainte. Aici Papin și-a dat seama că apa clocotită poate dezvolta o forță decentă și a început să se gândească la cum să ia această forță de la ea și să o facă să rotească roata de antrenare a mașinii.
În împrejurări atât de amuzante a fost descoperit principiul de funcționare al primului motor cu piston, în care capacul era pistonul, iar cratița era cilindrul. Papin și-a subliniat ideea de a folosi puterea aburului pentru a efectua lucrări utile în lucrarea sa „New Art” (1707).
După această descoperire, mecanicii nu trebuiau decât să-și dea seama cum să transforme mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a roții. Acest lucru a fost realizat prin intermediul unei tije (bielei) atașate la piston și a unui cerc de metal greu - un volant, care, s-a rotit din împingerea bielei și a câștigat inerție după ce pistonul și-a încheiat cursa de lucru, l-a readus în poziția inițială - împingând capacul în tigaie, ceea ce a fost facilitat de o scădere bruscă a presiunii în exterior datorită scăderii presiunii în exterior. Și volantul era legat de biela printr-o tijă scurtă numită manivelă. Trei balamale asigurau mobilitate pieselor. Asta e toată înțelepciunea.
Astfel, la începutul secolului al XVIII-lea, din întâmplare, a apărut un impuls creativ care a dus în cele din urmă la crearea primului motor cu piston, care mai târziu a fost numit motor cu abur.
Cele de mai sus sugerează că toate cele mai importante invenții sunt extrem de simple, iar indiciile care duc la ele sunt chiar lângă noi, dar nu fiecare persoană are ocazia să le vadă.
Deoarece apa era fiartă folosind un foc în afara cilindrului, motoarele cu abur, conform clasificării adoptate în secolul al XIX-lea, au fost denumite motoare cu ardere externă, dar în acei ani îndepărtați ai secolului al XVIII-lea au fost numiți mai puțin fantezist - „mașini de foc”.
Este clar că cratița Papin menționată mai sus nu ar putea servi în această formă ca un motor cu abur funcțional, potrivit pentru îndeplinirea diferitelor sarcini de producție, iar în istoria general acceptată a construcției de motoare, onoarea de a descoperi primul motor cu abur nu i se atribuie de obicei.
Un singur lucru se știe cu siguranță: Denis Papin a fost un om extrem de talentat și a intrat în istorie ca inventatorul primei supape de siguranță la cazane de abur de înaltă presiune, care a salvat multe vieți omenești și este folosită și astăzi.
Istoria inventării primului vapor cu aburi
Cu toate acestea, judecând după corespondența supraviețuitoare dintre Denis Papin și celebrul om de știință german Leibniz, inventatorul în 1707 a reușit încă să realizeze visul întregii sale vieți și să construiască o mașină cu abur funcțională. Și nu doar construiți-l, ci chiar testați-l și găsiți o aplicație practică, adaptându-l ca motor marin pentru o goeletă mică. De fapt, genialul Papin a construit primul vas cu aburi din lume, care a fost cu 100 de ani înaintea erei construcției navelor cu aburi. Potrivit inventatorului, mașina a funcționat fără probleme și fiabil, iar goeleta a mers ușor împotriva curentului.
Dar conducătorii cu mintea îngustă ai Germaniei nu numai că nu au arătat niciun interes față de invenție, dar nici nu i-au dat lui Papin permisiunea (trecerea) să navigheze de la gura râului. Fulda la Weser și mai departe la Bremen, ajungând în cele din urmă la Londra, unde spera să trezească un mare interes pentru descoperirea sa. Condus într-o fundătură a vieții, inventatorul, sever constrâns de fonduri, a decis să facă un pas disperat - să navigheze fără permisiune, fără un permis stabilit, s-a îmbarcat cu ambarcațiunea lui din Kassel împreună cu familia și bunurile sale slabe și a pornit în dimineața zilei de 24 septembrie 1707. Vasul de lemn cu două uriașe vâsle, în apropierea satului Münden Locha, a ajuns în satul Lochain. malul să-și reînnoiască aprovizionarea cu cărbune.
Această navă ciudată, care respiră zgomot abur și învăluită în nori de fum gros, li se părea armatorilor locali înapoiați din punct de vedere tehnic a fi un nenorocit groaznic din iad, care, în plus, intenționa să se strecoare fără trecere prin zona de apă pe care o monopolizau. Proprietarii navelor cu vele au fost furioși, au târât „nava cu aburi preistoric” pe țărm și l-au zdrobit în bucăți, învinețind în același timp părțile laterale ale proprietarului său. În amintirea acestui eveniment, oamenii proști, analfabeți din punct de vedere tehnic au început să fie numiți nebuni.
Gravură a unui artist necunoscut care ilustrează distrugerea navei cu aburi a lui Papin (inventatorul disperat este reprezentat în colțul din dreapta jos)
Descrierea de mai sus a dispariției navei cu aburi este o glumă a autorului, dar, după cum știm, în fiecare glumă există doar un sâmbure de adevăr. Cel mai probabil, proprietarii de nave au simțit intuitiv că această goeletă autopropulsată a fost precursorul unui nou tip de vas, independent de voința vântului curent și capricios și capabil să devină concurenți serioși ai navelor lor cu vele antediluviane. De aceea au decis să distrugă inamicul potențial periculos.
Șocat de tragedia care avusese loc, Papin a părăsit această țară sălbatică, blocat în întunericul Ev Mediu și s-a mutat în Anglia. Cu toate acestea, rupt de eșecul care l-a abătut, și-a oprit activitatea inventivă și s-a stins din viață, petrecându-și ultimii ani ai vieții în sărăcie și uitare completă - până și data morții a rămas necunoscută.
Așa a tratat omenirea ingrată pe un inventator talentat care și-a petrecut întreaga viață lucrând pentru progresul tehnic.
Desenele motorului navei lui Papin nu au supraviețuit, iar însuși faptul construcției sale a rămas necunoscut în acel secol, iar în următorul a fost declarat dubios din punct de vedere istoric. Motivul pentru acesta din urmă este evident: mândrii germani, care se considerau o națiune de tehnicieni, le-a fost jenat să admită că nu au reușit să înțeleagă valoarea invenției lui Papin. Iar inventatorul însuși era francez, ceea ce, se pare, a contribuit și la eșecul său fatal de a promova invenția în Germania și a fost motivul pentru care germanii au negat faptul de a construi primul vapor cu aburi.
Ulterior, mulți inventatori, nefamiliarizați cu designul mașinii lui Papin, au încercat multă vreme să găsească o schemă de proiectare, astfel încât mașina cu abur să funcționeze cu efectul maxim posibil și să fie suficient de fiabilă. În diferiți ani ai secolului al XVIII-lea, au fost dezvoltate multe modele de motoare cu abur, dar problema nu a declanșat niciodată.
Doar scoțianul James Watt a reușit să rezolve pe deplin o sarcină atât de dificilă, despre care vom discuta mai jos.
Surse:
Baudry de Saunier. Un curs detaliat despre structura unei mașini. Tipografia Nick. Orlovski, Petrograd, 1916.
Gumilevsky L. Creatorii primelor motoare. Colegiul editorial principal al științei populare și literaturii pentru tineret. M., 1936
Kuznetsov B.V. Dezvoltarea motoarelor termice. Editura State Energy, M, 1953.
Shpanov N. Nașterea unui motor. Editura State Energy, M, 1934.
informații