История паровой машины Ползунова

Машина – на пару

История паровой машины Ползунова

С постройкой в 1766 году двухцилиндрового двигателя непрерывного действия началась новая эпоха производства, когда любой механизм мог работать не как водяной насос, а как машина для заводских нужд.

Двигатель заводского применения

Иван Ползунов прожил всего 37 лет. Буквально сгорел на работе, скончавшись от скоротечной чахотки, которая теперь называется туберкулёзом. Всего неделю не дожил до пробного пуска своего детища – «огнедействующей машины». И всё же успел воплотить выстраданную идею.

До него в фабрично-заводском и иных производствах основным двигателем было старое водяное колесо, привязывавшее предприятия к водоёмам. А Иван Ползунов соорудил свою машину в полукилометре от берега Барнаулки, там, где позже построили здание дрожжевого завода, существующее поныне.

До этого машины действовали исключительно в качестве насоса для откачки воды. Его же предназначалась для подачи воздуха в плавильные печи. Предшествующие механизмы были одноцилиндровыми, а наш земляк приспособил на один вал два цилиндра, обеспечив непрерывную работу машины.

Применил вращающиеся детали передаточного механизма, оригинальное крановое паро- и водораспределение, изобрёл способ питания парового котла подогретой водой, балансирный передаточный механизм для двухцилиндрового двигателя, аккумулятор дутья – воздушный ларь, шарнирные цепи для передаточного механизма… Ни одна из требуемых деталей прежде не изготовлялась не только в Барнауле, но и в стране!

Значимость машины Ползунова огромна. Но ею не ограничивается его вклад в развитие Алтая, страны. Он был не только изобретателем и проектировщиком, но и конструктором и машиностроителем, архитектором и чертёжником, строителем пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, метеорологом и рудознатцем, горняком и металлургом, математиком и физиком.

Иван Иванович, составив в 1757 году план посёлка Барнаульского завода и его окрестностей, по сути дела, выступил в качестве главного архитектора населённого пункта. Историки утверждают, что Ползунов участвовал в проектировании Новопавловского сереброплавильного завода на речке Касмале.

Толковый юноша мастерски подготовил градостроительную документацию по выбору трассы гужевой дороги Тугозвоново – Змеиногорск для доставки по ней руды.

Спроектированная и построенная по его чертежам в Змеиногорске новая лесопилка расположена не у плотины, а отнесена в некоторое отдаление от речки Змеёвки на деривационный (отводной) канал.

Данный чертёж поныне хранится в Государственном архиве Алтайского края.

Ползунов был первым капитаном речного флота на Алтае, возглавляя рудовозную флотилию на реках Чарыш и Обь, распоряжаясь дюжиной грузовых судов и командой в 200 солдат.

Ему по плечу было решение сложных технических задач. Построенный в 1755 году в верховьях Барнаульского заводского пруда стекольный завод выдавал продукцию с браком – посуда не была прозрачной.

Ползунов, вникнув в неизвестную технологию, обнаружил причину, которая крылась в неправильном охлаждении готовой продукции.

Кстати, спустя десяток лет именно на этом месте он соорудил свою машину, обессмертившую его.

Механик увлекался изготовлением диковинных вещиц. К примеру, построил в селе Тугозвоново метеорологическую будку, соорудив для неё приборы, в том числе барометр.

Недаром за десять лет беспорочной службы на Алтае Иван Ползунов – сын солдата и простой гиттеншрейбер, то есть смотритель и учётчик при плавильных печах, стал шихтмейстером – офицером, а ещё через пять лет – механикусом, иными словами – капитаном. Но главное всё же в другом – он изобрёл машину, которая впервые в мире могла работать непрерывно.

Борьба за приоритет

Ещё в первом веке до нашей эры древнегреческий учёный Герон Александрийский в трактате «Пневматика» описал две машины, использовавшие энергию тепла.

Одна из них – эолипил (шар Эола), вращающийся вокруг своей оси под действием выходящего из него пара, – фактически явилась прообразом будущих паровых турбин.

Ещё одно замечательное устройство учёного – привод дверей храма, открывающихся под действием зажжённого на алтаре огня, – чем не первый паровой насос?!

Бум паровых машин пришёлся на XVII век. Одним из первых создал действующий прообраз паровой машины француз Дени Папен, правда, в виде набросков и модели.

Строго говоря, датой рождения парового двигателя следует считать 2 июля 1698 года, когда английский военный инженер Томас Севери получил патент на сконструированную и изготовленную им «пожарную установку».

В шутку он называл своё детище другом рудокопа, поскольку это был первый паровой насос, способный откачивать воду на угольных шахтах.

При этом устройство оказалось громоздким, небезопасным, поскольку трубопроводы иногда взрывались из-за высокого давления пара, с крайне низким КПД и высоким потреблением угля.

В 1712 году появилась паровая машина англичанина Томаса Ньюкомена, которая не изменила предназначения двигателя и сохранила его громоздкие размеры и низкую эффективность.

1763 год стал прорывным в развитии паровой машины: одновременно три человека в разных странах пришли к выводу о принципиально ином использовании пара. Русский Иван Ползунов в Барнауле, англичанин Джеймс Уатт (Ватт) в Глазго и француз Никола Кюньо в Париже.

Первый заменил одноцилиндровый двигатель Томаса Ньюкомена на двухцилиндровый, построив такую машину в 1766 году. Второй усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, снабдив её в 1765 году конденсатором и соорудив в 1782 году универсальную машину.

Третий, сконструировав паровую повозку для перевозки артиллерийских снарядов, построил трёхколёсный прообраз будущего автомобиля в 1769 — 1770 годах.

Интересно, как сложились судьбы великих новаторов?

Иван Ползунов не дожил ровно неделю до первого испытания своего детища, а его машину, проработавшую три месяца и три дня, через 15 лет до основания разобрали.

Джеймс Уатт стал состоятельным человеком, заработав на своём изобретении неплохие деньги. Он также сконструировал ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, индикатор давления.

И получил общественное признание, став членом Эдинбургского и Лондонского королевских обществ, Парижской академии наук.

Это он предложил в качестве единицы мощности лошадиную силу, но в 1882 году Британская ассоциация инженеров решила присвоить единице мощности имя самого изобретателя – мы её знаем со школьной скамьи как ватт.

Повозка для перевозки артиллерийских снарядов Николы Кюньо двигалась всего 12 — 15 минут, после чего вынуждена была останавливаться на такой же период. А тот самый прообраз автомобиля, сооружённый им в конце 1760 годов, пугал жителей Парижа тем, что налетал на дома, разрушая стены, поскольку был неуправляемым.

Но если говорить о времени изобретения постоянно действующей паровой машины, то, бесспорно, приоритет за Иваном Ползуновым, нашим земляком.

Первый в России, но не в мире

Но говорить, как об этом указывается в ряде источников, что Ползунов изобрёл первую в мире паровую машину, неверно.

Ведь более чем за полвека до него машины, использующие силу пара, уже работали на английских шахтах, откачивая из них воду.

Корректнее будет сказать, что Ползунов – создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя непрерывного действия.

25 апреля 1763 года он положил на стол начальнику Колывано-Воскресенских заводов Андрею Порошину чертежи паровой машины.

На них была нанесена небольшая конструкция для обслуживания воздуходувной установки одной плавильной печи, состоявшей из двух клинчатых мехов.

Основой задумки горного офицера явилась машина Ньюкомена, только не с одним, а с двумя цилиндрами: пока один поршень двигался вверх, второй шёл вниз, обеспечивая беспрерывность рабочего процесса.

Алтайское горное начальство одобрило проект Ползунова и направило его на заключение в Петербург. Президент Берг-коллегии Иван Шлаттер высоко оценил идею Ползунова: «Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно». Императрица Екатерина II также поддержала предложение алтайского новатора, произведя его в чин горного капитана с указанием выдать ему четыреста рублей.

Пока бумаги гуляли в столице, Иван Иванович разработал второй проект с мощным тепловым двигателем на 15 плавильных печей и рядом других крупных конструктивных изменений. Вот эта огромная машина и была построена, по сути дела, ценою жизни её изобретателя.

А первый проект так никогда и не был реализован. Модель данного двигателя, изготовленную в 1825 году, – раритетный экспонат Алтайского краеведческого музея – многие годы принимали за уменьшенную копию машины Ползунова.

Тени облика новатора

Почти всё, что связано с именем русского изобретателя, обросло легендами, мифами, домыслами – от даты его рождения, облика и других биографических подробностей до утверждений о «недоучке», «забытом изобретателе», «кознях начальства» и «борце за народные права». Как это часто бывает, недостоверные сведения перекочёвывают из одной публикации в другую, обрастая новыми, порой невероятными подробностями.

Сотрудник Главного управления Алтайского округа краевед Пётр Чупин предполагал, что «годом рождения механика надо принимать либо 1730 год, либо какой-нибудь из смежных с ним, но который именно, сказать не можем».

Поныне в «Википедии» значится, что Иван Ползунов появился на свет 14 марта 1728 года, другие справочные издания сообщают общо: 1728 год.

На этой дате настаивал и биограф изобретателя Виктор Данилевский, неверно прочитавший архивный документ: «Механической ученик Иван Ползунов, от роду 14 лет в службу вступил в 1742 году апреля с 19 дня в механические ученики, из солдатских детей, поместья не имеет».

В 1955 году уральский историк Анатолий Козлов привёл архивный документ, сообщавший, что отец привёл Ваню Ползунова в школу в 1736 году. В те годы в школу принимали с семи лет. Получается, что будущий изобретатель родился в первой половине 1729 года. Именно эта дата и считается официально принятым временем рождения Ивана Ползунова.

Имеются попытки показать, что наш земляк был «недоучкой», неспособным к новаторскому поиску.

Бывший научный сотрудник Института истории естествознания и техники АН СССР Гелий Салахутдинов, с треском уволенный из науки, в статье «Мастер паровых дел» (журнал «Инженер», 2000 г., № 2, с.

12-14) рассуждал: «Изучив зарубежные чертежи, алтайский рабочий Ползунов решил: да что же мы совсем уже тюхи-матюхи, да неужто не построим такую же машину, какую англичане сделали?! Умные люди ему говорили: это невозможно сделать в России, поскольку здесь нет необходимых технологий.

Но у Ползунова было шесть классов образования, про технологии он мало чего понимал…»

Оставим на совести автора его непозволительный тон, но зачем же передёргивать факты?! Ползунов был не рабочим, а горным офицером.

За 20 лет службы на Колывано-Воскресенских заводах много чего понимал «про технологии» и машину всё-таки построил! А шесть лет его учёбы в школе плюс постоянное самообразование и практическая работа на горнорудных предприятиях – чем же плохи его университеты XVIII века?!

Также несостоятельны утверждения, что «начальство строило козни» изобретателю. Ему благоволили, продвигали проект губернатор Андрей Порошин, директор Монетного двора Иван Шлаттер и императрица Екатерина II. И вовсе не забыт Иван Ползунов ни современниками, ни потомками.

Долгое время было принято считать, что первая публикация о «совершенно забытом барнаульском механикусе» горного инженера Воейкова состоялась в журнале «Русская старина» лишь в 1884 году. Но, по подсчёту алтайского краеведа Якова Кривоносова, это была уже 17 публикация о Ползунове и его изобретении.

Сейчас его имя носят улицы, заводы, вузы на Алтае и в других регионах страны.

Источник: https://www.ap22.ru/paper/paper_9559.html

История создания паровой машины и ее применение

История паровой машины Ползунова

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и ветряных мельниц на совершенно новые и уникальные механизмы – паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровую машину? Кому человечество этим обязано? И когда это было? На все эти вопросы и постараемся найти ответы.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях до нашей эры. Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар.

Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) – Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил – лопасти вращались.

Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно.

Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял.

Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен.

Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

История создания паровой машины начинается с изобретения пароатмосферной машины. В 1681 году ученый из Франции Дени Папен изобрел устройство, которое откачивало воду из шахт.

В качестве движущей силы в первое время применялся порох, а затем его заменили на водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен.

Неоценимую помощь также оказал русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел.

Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты.

Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень.

Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра.

Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным.

Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат.

Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле.

Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления).

Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах.

Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. Томас Ньюкомен пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена.

Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда.

Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных машин того времени было множество специфических недостатков.

История создания паровой машины в России

Следующий прорыв случился в Российской Империи. В 1766 году на металлургическом заводе в Барнауле была создана первая паровая машина, которая подавала в плавильные печи воздух при помощи специальных воздуходувных мехов.

Создателем ее стал Иван Иванович Ползунов, которому за заслуги перед родиной даже дали офицерское звание.

Изобретатель представил своему начальству чертежи и планы «огненной машины», способной приводить в действие воздуходувные мехи.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после того, как его проект был принят, а машина собрана, он заболел и умер от чахотки — всего за неделю до того, как начались испытания его двигателя. Однако его инструкций оказалось достаточно, чтобы завести двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года паровая машина Ползунова была запущена и поставлена под нагрузку. Однако уже в ноябре того же года она сломалась. Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для нагрузки.

Причем изобретатель в своих инструкциях писал, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Изготовление нового котла легко бы окупилось, ведь КПД паровой машины Ползунова был положительный.

За 1023 часа работы с ее помощью выплавили серебра 14 с лишним пудов!

Но несмотря на это, никто ремонтировать механизм не стал. Паровая машина Ползунова пылилась более 15 лет на складе, пока мир промышленности не стоял на месте и развивался. А потом и вовсе была разобрана на запчасти. Видимо, в тот момент Россия еще не доросла до паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь на месте не стояла. И человечество постоянно задумывалось над тем, чтобы создать механизм, позволяющий не зависеть от капризной природы, а самим управлять судьбой. От паруса все хотели отказаться как можно быстрее. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно висел в воздухе.

В 1753 году в Париже был выдвинут конкурс среди мастеров, ученых и изобретателей. Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, способный заменить силу ветра. Но несмотря на то что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д.

Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, дельного предложения не вынес никто.

Годы шли. И промышленная революция накрывала все больше и больше стран. Первенство и лидерство среди других держав доставалось неизменно Англии.

К концу восемнадцатого века именно Великобритания стала создательницей крупной промышленности, благодаря чему завоевала титул всемирной монополистки в данной отрасли.

Вопрос о механическом двигателе с каждым днем становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая паровая машина в мире

1784 год стал для Англии и для всего мира переломным моментом в промышленной революции. И человеком, ответственным за это, стал английский механик Джеймс Уатт. Паровая машина, которую он создал, стала самым громким открытием века.

Джеймс Уатт на протяжении нескольких лет изучал чертежи, строение и принципы работы пароатмосферных машин.

И на основании всего этого он сделал вывод, что для эффективности работы двигателя необходимо сравнять температуры воды в цилиндре и пара, который попадает в механизм.

Главный минус пароатмосферных машин заключался в постоянной необходимости охлаждения цилиндра водой. Это было расходно и неудобно.

Новая паровая машина была сконструирована иным образом. Так, цилиндр заключался в специальную рубашку из пара. Таким образом Уатт добился его постоянного нагретого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор). К нему трубой присоединялся цилиндр.

Когда пар отрабатывался в цилиндре, то через трубу попадал в конденсатор и там превращался обратно в воду. Работая над усовершенствованием своей машины, Уатт создал разрежение в конденсаторе. Таким образом, весь пар, попадавший из цилиндра, конденсировался в нем.

Благодаря этому нововведению очень сильно увеличивался процесс расширения пара, что в свою очередь позволяло извлекать из того же количества пара намного больше энергии. Это был венец успеха.

Создатель паровой машины также изменил и принцип подачи воздуха. Теперь пар попадал сначала под поршень, тем самым поднимая его, а затем собирался над поршнем, опуская.

Таким образом, оба хода поршня в механизме стали рабочими, что ранее даже не представлялось возможным. А расход угля на одну лошадиную силу был в четыре раза меньше, чем, соответственно, у пароатмосферных машин, чего и добивался Джеймс Уатт.

Паровая машина очень быстро завоевала сначала Великобританию, ну а затем и целый мир.

«Шарлотта Дандас»

После того как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, началось широкое применение паровых машин. Так, в 1802 году в Англии появился первый корабль на пару – катер «Шарлотта Дандас». Его создателем считается Уильям Саймингтон.

Катер применялся в качестве буксировки барж по каналу. Роль движителя на судне играло гребное колесо, установленное на корме. Катер с первого раза успешно прошел испытания: отбуксировал две огромные баржи на 18 миль за шесть часов.

При этом ему сильно мешал встречный ветер. Но он справился.

И все-таки его поставили на прикол, потому что опасались, что из-за сильных волн, которые создавались под гребным колесом, берега канала будут размыты. Кстати, на испытаниях «Шарлотты» присутствовал человек, которого весь мир сегодня считает создателем первого парохода.

Первый пароход в мире

Английский судостроитель Роберт Фултон с юношеских лет мечтал о судне с паровым двигателем. И вот его мечта стала осуществима. Ведь изобретение паровых машин стало новым толчком в судостроительстве. Вместе с посланником из Америки Р. Ливингстоном, который взял на себя материальную сторону вопроса, Фултон занялся проектом корабля с паровой машиной.

Это было сложное изобретение, основанное на идее весельного движителя. По бортам судна тянулись в ряд плицы, имитирующие множество весел. При этом плицы то и дело мешали друг другу и ломались. Сегодня можно с легкостью сказать, что тот же эффект мог быть достигнут всего при трех-четырех плицах. Но с позиции науки и техники того времени это увидеть было нереально.

Поэтому судостроителям приходилось намного сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру. Пароход медленно и ровно шел по Сене, поражая умы и воображение многих ученых и деятелей Парижа. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и раздосадованные судостроители вынуждены были искать счастья в Америке.

И вот в августе 1807 года первый в мире пароход под названием «Клермонт», в котором была задействована мощнейшая паровая машина (фото представлено), пошел по Гудзонскому заливу. Многие тогда просто не верили в успех.

В свой первый рейс «Клермонт» отправился без грузов и без пассажиров. Никто не хотел отправляться в путешествие на борту огнедышащего судна.

Но уже на обратном пути появился первый пассажир – местный фермер, заплативший шесть долларов за билет. Он стал первым пассажиром в истории пароходства.

Фултон был так сильно растроган, что предоставил смельчаку пожизненный бесплатный проезд на всех своих изобретениях.

Источник: https://FB.ru/article/162986/istoriya-sozdaniya-parovoy-mashinyi-i-ee-primenenie

Плавиленная фабрика. Что представлял собой двигатель Ивана Ползунова?

История паровой машины Ползунова

Паровые установки, впервые увидевшие свет в начале XVIII века, использовались в Европе только в качестве насосов. Имя первого изобретателя, как сообщают исторические источники, вряд ли может бытьдостоверно установлено. Известно, что к 1705 году англичанин Томас Ньюкомен построил пароатмосферную машину для откачки воды из шахт.

Эта работа была описана в книге русского ученого Ивана Шлаттера«Обстоятельные наставления по рудному делу», вышедшей в Петербурге в 1760 году. Здесь же шла речь о других изобретениях (например, Сайвери 1698 года).

Труд Шлаттера попал в руки Ползунову,и на его основе он в 1763 году разработал собственный проект, соединив две машины Ньюкомена в одном паровом котле. Кабинет одобрил проект и спустя год выдал Ползунову приоритет на изобретение (аналогнынешнего патента).

К тому времени самородок продумал второй, более совершенный вариант «огнедейственной машины» и начал строительство. Примечательно, что чертежей и описаний конструкций в книге, по которой он изучал вопрос, не было.

— котел;
— собственно пароатмосферную машину (она состояла из двух цилиндров, в которых поочередно в противоположных направлениях двигались поршни («эмволы»), снабженные парораспределительнойи водораспределительной системами;
— резервуары, насосы и трубы для снабжения установки водой;
— передаточный механизм в виде системы шкивов с цепями (от балансира Ползунов отказался), приводящей в движение воздуходувные меха.

Отличие

Второй проект паровой машины отличался от первого мощностью — он был рассчитан на 15 плавильных печей. Это была уже настоящая теплосиловая станция.

Принцип работы

Водяной пар из котла поступал на поршень одного из рабочих цилиндров. Этим выравнивалось давление атмосферного воздуха. Поршни в цилиндре были соединены цепями: когда один поднимался, второйопускался.

Когда поршень достигал верхнего положения, доступ пара автоматически прекращался, и внутрь цилиндра вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался, и под поршнем образовывался вакуум.

Силой атмосферного давления поршень опускался в нижнее положение и тянул за собой поршень во втором рабочем цилиндре, куда для уравнивания давления впускался пар из того же котла автоматом,действующим от передаточного механизма двигателя. Работали все части двигателя за счет энергии опускающегося поршня.

Пар не производил полезной работы в двигателе. Величина этой работы зависела от затраты тепловой энергии на протяжении всего цикла. Количество затраченной тепловой энергии выражало величину потенциальной энергии каждого из поршней. Это был сдвоенный пароатмосферный цикл.

Назначение изобретения

Двигатель предназначался для подачи воздуха в плавильные печи воздуходувными мехами.

Одновременно с этим он мог приводить в действие два разных механизма — водяные насосы и воздуходувныемехи, чего не делала до него ни одна машина.

Кроме того, он заставлял работать молоты, рудодробилки и многие другие завод­ские и рудничные механизмы. Также двигатель мог совершать вращательныедвижения с помощью широко известного в России кривошипного механизма.

Ресурсы

Для выполнения работ, по расчетам Ползунова, требовалось 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных рабочих, которых он хотел пригласить с уральских заводов. Канцелярия распорядиласьиначе: Ивану Ивановичу было разрешено взять в работу четверых учеников (Овчинникова, Левзина, Черницына и Вятченина) и нескольких отставных мастеровых.

Строительство началась в 1764 году в Барнауле. Во время работы Ползунову приходилось выступать одновременно в роли проектировщика, конструктора, технолога, строителя и воспитателякадров.

Строительство

Машина строилась сразу в двух местах. Поддоны, цилиндры и другие крупные части отливали и обрабатывали в одном из цехов Барнаульского завода, где можно было использовать водяное колесо, токарныестанки, молоты и т. д.

Мелкие детали делали в помещении временно закрытого стекольного завода, где специально для этой цели была построена небольшая плавильная печь с кузнечным горном. Заводнаходился в верховьях пруда, в трех верстах от поселка.

К 1765 году большинство частей машины было готово. Для сборки построили сарай (высотой с пятиэтажный дом) на правом берегу пруда, недалеко от сереброплавильного и стекольного заводов.

Осень ушлана эту работу: надо было поднять на высоту 150-пудовые цилиндры, установить их точно по вертикали в заданных точках, собрать многометровую паутину труб, насосную установку, балансиры и т. д.,все закрепить, пропаять. К 7 декабря сборка была закончена.

Ползунов взялся за исправление недостатков и не дожил неделю до запуска машины.

Результат

Современники называли двигатель Ползунова «плавиленной фабрикой». Высота готовой конструкции составляла около 10 метров. Тепловой двигатель развивал мощность 40 лошадиных сил. Общеевремя полезной работы машины составило 1023 часа (42 суток и 15 часов). За это время было получено:

— серебра 14 пудов 38 фунтов 17 золотников 42 доли;

— золота 14 фунтов 22 золотника 75 долей.

За вычетом всех расходов на постройку машины, оплату плавильщиков и награды, выплаченной семье уже покойного Ползунова (400 рублей), чистая прибыль от машины составила более 10 000 рублей (по разным источникам, от 11 016 до 12 640 рублей).

Технический аспект

Специалисты Алтайского государственного технического университета проанализировали достоинства и недостатки универсального двигателя Ползунова.

Достоинства

— Введение двух цилиндров, работающих на один вал. Автомат питания котла.
— Парораспределительный механизм, управляющий подачей воды и пара на основе зубчатых передач.— Автоматический регулятор.

Отказ от «водяного руководства», суммирование энергии двух цилиндров.— КПД машины оценивается в 3,5%.— Обеспеченность цветными и черными металлами.

— Технологии обработки камня (точение) использованы для обработки деталей.

— Использование плотин для получения энергии.— Подготовка квалифицированных рабочих осуществлена самим автором.— Автору известны работы от Л. да Винчи до Д. Блэка. Работы Ломоносова могли лечь в основу создания.— Относительно сформированная приборная база.— Просматривается попытка создания методики теплового расчета.— Определена топливная экономичность.

— Двигатель мог приводить в движение орудие непрерывного действия, групповой привод агрегатов.

— Двигатель мог быть отсоединенным от приводимого им агрегата.— Удельная масса снижена за счет исключения системы балансиров.— Материалоемкость снижена за счет использования стали.— Двигатель был всесезонным.— В качестве топлива использовался древесный уголь.— Сложность обслуживания снижена за счет применения автоматики управления.

— Безопасность обеспечивалась клапанами сброса давления. Автоматическое наполнение котла водой.

Недостатки

— Не использовалась идея подачи пара с двух сторон поршней.— Не использован золотник парораспределения.— Отсутствует конденсатор паров воды.— Недостаточно внимания уделено снижению механических потерь в паре «поршень-цилиндр».

— Использование меди для изготовления котла.— Привод энергии воды с низким КПД.— Зависимость от климатических условий.— Нехватка инженерных кадров.— Нет специальной измерительной аппаратуры.— Методика теплового расчета несовершенна.

— Двигатель не рассчитан на использование каменного угля, газа, нефти.

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закрепленных на шаре, заставлял последнийвращаться.

Реальная паровая турбина была изобретена в средневековом Египте арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Диноме. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара,направляемого на лопасти, закрепленные по ободу колеса.

Англичанин Эдвард Сомерсет опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъема воды на стену Большой башни в замке Реглан.

Дэни Папен в ходе множественных экспериментов понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведен отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла.

Первым примененным на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сайвери.

Английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный двигатель» — первую паровую машину, пущеную в серийное производство.

Ученики Ивана Ползунова, умершего за несколько дней до испытания машины, сдают ее успешно в эксплуатацию. Двигатель Ползунова коренным образом отличался от машины Ньюкомена. Та былаодноцилиндровой и пригодной лишь для откачки воды из шахт. Двухцилиндровый двигатель непрерывного действия Ползунова мог подавать дутье в печи и откачивать воду.

Джеймс Уатт модернизирует машину Ньюкомена, вдвое увеличивая ее эффективность. В 1776 г. машина была построена и успешно прошла испытания.

Ричард Тревитник усовершенствует машину Уатта, для того чтобы приспособить ее к новым котлам Корниша. Давление пара над поршнем достигло 275 кПа (2,8 атмосферы), и именно оно давало основнуюмощность для совершения рабочего хода. Такие машины получили название машин Корниша и строились вплоть до 1890-х годов.

Источник: https://altapress.ru/zhizn/story/plavilennaya-fabrika-chto-predstavlyal-soboy-dvigatel-ivana-polzunova-64735

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.