Солнечная электростанция 30кВт - бизнес под ключ за 27000$

15.08.2018 Солнце в сеть




Производство оборудования и технологии
Рубрики

Паровая машина

ЭНЕРГИЮ какого-либо природного источника в механическую энергию, способную приводить в движение ма­шины, преобразуют первичные двигатели. Долгое время было известно два первичных двигателя: водяное колесо и ветряная мельница. Третьим первичным двигателем стала паровая машина, под котлами которой могли сжигаться уголь или дрова, а позже — и нефтетопливо.

Идея превращения тепловой энергии пара в механическую впервые появилась еще в Древней Греции. Древнегреческий ме­ханик Герои Александрийский, живший во ІІ-І вв. до н. э., сконст­руировал прибор — эолипил, представлявший собой закрытый котел с водой, к крышке которого была прикреплена Н-образная трубка. Посредине трубки находилась свободно вращающаяся сфера — полый шар с двумя отверстиями, в которые были встав­лены небольшие Г-образные трубки. Реакцией выходящей из трубок струи пара производилось вращение полого шара. Это был прообраз паровой машины, примитивная паровая турбина. Для Герона это была просто забава, о каком-либо практическом применении своего эолипила он не думал.1

Затем на полторы тысячи лет эксперименты с паром прекра­тились.

В 1602 г. итальянский математик Джамбаттисто делла Порта описал устройство, аналогичное эолипилу Герона. Следующие попытки сконструировать аппарат, использующий силу пара, [407] были предприняты в 1615 г. французским инженером Саломоном де Ко, в 1629 г. — итальянцем Джованни Бранка, в 1663 г. — Эд­вардом Сомерсетом, вторым маркизом Ворчестерским[408].

Первая практически действующая водоподъемная паровая установка была создана английским инженером Т. Севери. Опи­сание опубликовано в 1696 г., в 1698 г. взят патент. Машина была крайне неэкономична: на 1 лошадиную силу в час требовалось до 80 кг угля. Глубина подачи воды этой машиной не превышала 30 метров[409]. Двигатель Севери имел котел, но не имел цилиндра с поршнем; напротив, в паровом двигателе Д. Папена, также соз­данном в 1690-е годы, имелся поршень в цилиндре, но не было котла.

В 1712 г. Томас Ньюкомен построил и пустіш в работу по откачке воды из рудника "пароатмосферную машину", в которой имелись и котел, и поршень с цилиндром. Принцип ее работы был таким: в цилиндре, куда поступал пар, ходил поршень, кото­рый передавал давление насосу. Движение поршня вызывалось не давлением пара, а его разрежением: цилиндр, в который по­ступал пар, обливался холодной водой, пар под поршнем сгущал­ся и возникшее таким образом разрежение всасывало поршень. Поршень поднимался и опускался не более 12 раз в минуту. Мощность машины Ньюкомена составляла 8 лош. сил; на 1 лош. силу требовалось 25 кг угля в час. Машина обеспечивала подъем воды с глубины до 80 м.[410] Ее применение для откачки воды ни шахтах и в рудниках оказалось экономически выгодным. В 1769 г. в Англии работало около 100 таких машин. Машины Ньюко­мена получили распространение и в других странах.

До изобретения "пароатмосферной" машины развитие угольной и вообще всей горнодобывающей промышленности тормозилось напором воды в рудниках и шахтах, для выкачива* ния которой обычно применялось огромное количество лошадей. Машина, примененная для откачки воды из шахт, открыла путь для широкого развития угольной и всей горнодобывающей про­мышленности.

Мощность машин Ньюкомена постоянно возрастала: до 15 лош. сил в 1733 г., 30 лош. сил — в 1755 г., 52 лош. сил — в 1763 г.[411]

В 1770-х годах Дж. Смитон существенно усовершенствовал машину Ньюкомена. В Чейсуотере он построил двигатель мощ­ностью 76,5 лош. сил, с диаметром цилиндра около 1,8 м и ходом поршня почти 3 м. В 1810 г. в Уайтхэвене была построена маши­на Ньюкомена мощностью более 100 лош. сил[412]. Усовершенство­ванная машина Ньюкомена эксплуатировалась весь XIX век и даже в начале XX в.; на угольных конях Англии последний эк­земпляр такой машины был демонстрирован лишь в 1931 г.[413]

Честь создания настоящей паровой машины принадлежит Дж. Уатту. В 1769 г. Дж. Уатт построил свою первую паровую машину, назвав ее "Вельзевул". Она — как и машина Ньюкомена — использовалась на откачке воды в шахтах. До 1781 г. машина Уатта была просто усовершенствованным насосом, в этом она не отличалась от машины Ньюкомена. С 1781 г. Уатт предусмотрел передачу движения поршня на вал для придания ему вращатель­ного движения. Теперь паровая машина стала универсальным двигателем.

За 1775-1785 гг. завод Болтона и Уатта в Сохо, получивший тогда монопольное право на производство паровых двигателей в Англии, выпустил всего 70 штук двигателей общей мощностью 1381 лош. сил, к 1800 г. на заводе было произведено 325 машин общей мощностью 5411 лош. сил8. Первые паровые машины Уит та применялись лишь к водоподъемным насосам.

Но очень скоро паровые машины стали применяться и и других отраслях. В 1785 г. начала работать первая паровая бум» гопрядильня Робинсонов в Папльвике. Как уже отмечалось, в эн) же время паровые машины стали использовать в металлургиче ской промышленности.

С. Г.Струмилин, опираясь на на доступные ему данные, со ставил таблицу распределения паровых машин по отраслям • 1800 г. Английские историки затем существенно уточнили Э1И данные.

Распределение по отраслям паровых двигателей британской индустрии в 1800 г.9

Отрасль

Количество

паровых

машин

Мощность в лошадиных силах

абсо­

лютная

В процентах от общей по всей промышленности

Текстильная

141

1888

40,3

Металлург ия и обра-

37

922

19.7

ботка металлов

Мерные и свинцовые

29

532

11,2

рудники, соляные

копи

Угольные шахты

34

412

8,8

Пивоваренные и вино-

27

349

7,5

куренные заводы

Зерновые мельницы

13

192

4,1

Прочие производства

34

391

8,4

По данным Дж. Лорда, производившего подсчеты в 1923 г,, к 1800 г. в Великобритании и Ирландии была 321 паровая машним общей мощностью 5210 лошадиных сил. В 1930-е гоЛМ Э. Дикинсон показал, что Дж. Лорд учел не все машины, их обш[414]

число было 496, а мощность — около 7,5 тыс. лошадиных сил[415] [416]. Кще позже, в 1978 г. появилась новая оценка, принадлежавшая Дж. фон Танзельманну: в течение XVIII в. в Англии было по­строено паровых машин всех типов (Севери, Ньюкомена, Уатта) общей мощностью 25-30 тыс. лошадиных сил".

Применение паровой машины вело к концентрации произ — иодства. Для обслуживания парового двигателя и передаточного механизма требовалось, как минимум 4-5 человек: машинист, кочегара масленщик, правильщик, шорник. Кроме силового хо — іяйства, на любом предприятии ведется и основное производство, для которого также требовались рабочие. Поэтому машинное производство, основанное на паровой машине, не могло быть мелким, общее число рабочих должно было иметь никак не менее К) рабочих[417].

Коэффициент полезного действия первых паровых машин был очень низок.

Промежуточным звеном между паровым двигателем и рабо­чими машинами был передаточный механизм, из-за его несовер­шенства много энергии терялось. После 1828 г. зубчатую переда­чу относительно быстро заменила ременная, имевшая больший коэффициент полезного действия, но и при этой системе в про­цессе передачи терялось до 80% производимой энергии13.

Паровые машины в Англии — как затем и в других странах — долго существовали рядом с водяным колесом. В хлопчатобу­мажной промышленности Великобритании паровая машина стала і лавным источником энергии лишь в 1830-х годах в прядении и в 1840-х годах — в ткачестве14.

К 1839 г. на текстильных фабриках Великобритании 3000 паровых машин обшей мощностью 74 тыс. лош. сил, я и время как водяные колеса давали энергию в 28 тыс. лош. сил1,

В США период доминирования паровых машин насіуин позже. В 1870 г. на долю паровых машин в текстильной промміи ленности США приходилось 25% мощности, в 1880 г. -440/л, й По С. Ю.Глазьеву, паровой двигатель (вместе со сгапкммн| стал ключевым фактором второго технологического уклади, м риод доминирования которого пришелся на 1830-1880 годы[418] [419] [420],

А лауреат Нобелевской премии Саймон Кузнец полагал, чі из всех изобретений периода промышленной революции ИйН большее влияние на экономический рост оказала именно парим» машина[421].

Паровой двигатель оказал серьезное воздействие на cipv* туру размещения производительных сил. К. Маркс называет impu вой двигатель "городским", противопоставляя его "сельском»* водяному колесу, паровой двигатель "позволяет концентриромш производство в городах, вместо того, чтобы рассеивать его я л» ревне"[422]. Благодаря паровому двигателю начинается бурный р»ні промышленных городов и относительный упадок деревенски* кустарной промышленности.

Между 1840 и 1880 гг. общая мощность всех паровых мй шин в Великобритании увеличилась с 620 тыс. лош. сил до 1,1 млн. лош. сил. В остальных странах Европы за тот же псріїїм ииокупная мощность паровых машин возросла с 240 тыс. лош. мм до 14 млн. лош. сил21.

Мощности паровых машин в 1840-1896 годах (в тыс. лош. сил)22

1840

1850

1860

1870

1880

1896

Цсликобритания

620

1290

2450

4040

7600

13700

і ІІІЛ

760

1680

3470

5590

9110

18060

1ермания

40

260

850

2480

5120

8080

■|>|>111ЩИЯ

90

270

1120

1850

3070

5920

1‘шсия

20

70

200

920

1740

3100

Мир в целом

1650

3990

9380

18460

34150

66100

За последнюю треть XIX в. суммарная мощность стационар­ных паровых машин, в развитых странах выросла почти в 5 раз, а шля их в силовом оборудовании промышленности достигла поч­ім ‘М>%23.

Но второй половине XIX в. все сильнее давали о себе знать їм’достатки паровых машин. Рабочие машины могли размещаться пии, ко рядом с паровым двигателем — точно так же, как и при и» пользовании водяного колеса. Кроме того, неустранимыми не­достатками паровой машины были громоздкость, малая эконо­мичность, большие потери при передаче энергии, малая дели­мость производимой энергии. Г. К.Широков обратил внимание на и», что технологическая структура производительных сил в сере­дине XIX в. определялась возможностями применения парового шшгателя: во многих случаях его использование было невозмож­но или ограниченно. В наибольшей мере удалось механизировать ж новные производственные процессы в легкой и пишевой про­мышленности, на железных дорогах и паровом судоходстве. В машиностроении из-за малой делимости паровой энергии удалось механизировать лишь две из четырех основных операций: реза — [423] [424] ние металлов и ковку; литье и клепка выполнялись вручную И добывающей промышленности были механизированы откичм воды и подъем угля и руд на поверхность, их добыче ни прежнему велась вручную24.

В первой половине XVIII в. в Англии чистый продукт ни »н ного занятого в промышленности составлял 9 фунтов стерв II год, а в сельском хозяйстве — 18,3 фунта стерл.25 Промышлсни»* революция изменила это соотношение, производительность тр| в* в промышленности стала существенно выше, чем в сельском «и зяйстве. Попытки внедрить паровой двигатель в сельское хонН» ство оказались в целом безрезультатными; исключением спиш его использование при обмолоте хлебов. Наиболее энергоемки операция — пахота в XIX в. по-прежнему велась на лошадях ичн волах, хотя инженерная мысль и была занята поиском эффекте ной конструкции парового плуга.

Первые попытки изобрести паровой плуг относятся к IK III м годам. В 1858 г. английский инженер Джон Фаулер предлтки — действующую модель парового плуга, за которую получил під­мию Британского Королевского общества в 500 фунтов. В XIX * в Европе на больших фермах паровые самодвижущиеся ниуіи получили некоторое распространение26.

В начале XX в. о производстве паровых плутов в ЗаншшнН Европе забыли, победу одержал трактор. Однако в 1930 г. к или парового плуга неожиданно вернулись в СССР — правда, нс ни женеры и технологи, а борцы с "вредителями". Вьіступивінни | советской печати в 1930 г. некий Ф. А.Франкль резко осудил (у*» осужденных на процессе "Промпартии") "вредителей", "строив ших всю энергетику сельского хозяйства на бакинской нсфпі Он утверждал: "Известны те расчеты, которые делаются аш лип ским генеральным штабом насчет Баку и т. д. Значит, в случи» [425]

М’ІІНЬІ может случиться, что сельское хозяйство будет лишено nivpi етической базы". А ведь выход, по мнению Ф. А.Франкля, 1.1.|її производство паровых плугов, которым не нужно нефтето-

……. о: "Паровой плуг — это локомобиль, канат и плуг. Локомо-

ПІІІІІ, можно топить торфом, можно топить соломой, МОЖНО ТО­НИН. местным углем и бурыми углями самого худшего качества; шкомобиль можно топить сельскохозяйственными отбросами, •1’|>цс брикетов из отбросов конопли и льна"27. Аргументом про­мін трактора называлось и то, что "трактор за границей применя — ■ и я в кулацком хозяйстве"28.

К счастью, эти дилетантские рассуждения реального вреда нишей стране не принесли; коллективизация проводилась с при­нтом на трактор, а не на существующий исключительно в вооб­ражении товарища Франкля паровой плуг.

В России интерес к паровым машинам был проявлен еще в юнце XVIII в. Импортировать первые английские паровые ма­шины конструкции Уатта не удавалось, так как в 1786 г. вывоз Мишин из Англии был запрещен под страхом смертной казни. В І’нссии предприняли попытку узнать секрет их производства у •индийских специалистов. В 1786 г из Англии прибыл инженер I ш койн, уверявший, что он может строить паровые машины, и ншросивший за это фантастическое жалованье в 2,5 тыс. фунтов і іс|)лингов. Первые паровые машины обходились по 1000 рублей ні ношадиную силу (во много раз дороже лошади), пожирали не — • четное количество дров и быстро ломались29.

Первая (после Ползунова) паровая машина в России была построена в 1790 г. на Александровском заводе в Петрозаводске ши отлива воды на Воицком золотом прииске30.

" Цит. по: Кржижановский Г. М. Вредительство в энергетике.

М II, 1931.С.53.

•н Гам же С.54.

Струмилин С. Г История черной металлургии в СССР Т. 1. М, 1954. С.400. Ильинский Д. П., Иваницкий В. П. Очерк истории русской паровозострои — м Щ. ІШЙ и вагоностроительной промышленности. М., 1929. С.12.

В апреле 1805 г. на Александровской прядильной мануі|ш* туре в Петербурге, была пущена первая паровая машина мошіш стью в 5 лошадиных сил[426]. В 1810 г. на заводе Берда в Петербург была построена первая паровая машина для Арсенала, в ІН11 ( паровая машина для Тульского оружейного завода. Первый < и» циализированный завод по производству паровых машин — Ним** Илиса в Петербурге — начал работать с 1824 г.

Все первые паровые машины в России были очень дорінн слишком быстро выходили из строя, требовали огромного мши чества дров, что при наличии дешевого труда сильно зямслл»*’ внедрение их в производство. На Урале хорошо обеспечении — водной энергией доменные и молотовые заводы меньше, •!»•’ рудники, нуждались для своего действия в паровых машини» •• вначале обзаводились ими только в качестве резерва на мр***- маловодья.

В 1842 г. на 1157 фабриках и заводах, существовавши* і Москве и Московской губернии, было всего лишь 63 іицяімн машины. Производства, требовавшие двигателей значительии* силы, как выплавка чугуна и выделка железа, пользовались и» ключительно водяными двигателями, в других произвол! им — употреблялись еще конные приводы[427].

К 1860 г. число паровых машин в Москве составило 81, №» сковской губернии — 191. По всей России в 1860 г. насчитыии/тм до 60 тыс. лош. сил паровой мощности в стационарных усипні» ках, до 100 тыс. лош. сил — на железных дорогах, до 40 тыс, ШЛ сил — на паровых судах, что в сумме составляло до 200 тыс, пт

После реформы 1861 г. количество паровых машин стало і’піюльно быстро расти; так, в Москве в 1871 г. на фабриках и іііиодах работала491 паровая машина (вместо 83 в I860 г.)34.

В 1908 г. в России (на территории СССР в границах до сен — іибря 1939 г.) было установлено 57884 паровых котлов, из них Ю682 фабрично-заводских, 22033 — сельскохозяйственных, 169 — прочих35.

К началу XX в. по численности, к общей мощности установ — пспных паровых машин Россия приблизилась к наиболее разви — H. IM странам мира, но технологический уклад, основанный на паровой машине, тогда уже уходил в прошлое. Началась замена парового двигателя двигателем внутреннего сгорания и электро­мотором. Во втором десятилетии XX в. в нефтяном хозяйстве, например, паровой двигатель становился признаком отста- иости. ♦ [428] [429]

Оставить комментарий