История энергетической техники - Белькинд Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
геометрического подобия отношении объемов котла и цилиндра.
154
не останавливался из-за недостатка пара, то Уатт все свое внимание
направил на изыскание способов уменьшения потребления пара ма-
Ц1ИНОЙ.
Так определилась основная линия всей деятельности Уатта в области
сооружения паровых двигателей. Та же модель дала ему возможность найти
решение возникшей задачи. Цилиндр модели был выполнен из тонкой латуни,
тогда как в двигателе Ньюкомена применялись толстые чугунные стенки.
Модель наглядно показала Уатту резкие колебания температуры в полости
цилиндра по нагреву и охлаждению стенок. Уатт поставил перед собой задачу
создать такой двигатель, цилиндр которого был бы "всегда горячим". После
5 лет упорной работы (в 1769 г.) он пришел к отделенному от цилиндра
конденсатору - охлаждаемому водой сосуду, в котором происходит
конденсация пара. Применение конденсатора настолько снизило расход пара,
что даже модель, нарушавшая правила подобия, стала работоспособной.
В 1769 г. Уатт запатентовал паровой двигатель с отдельным конденсатором.
Теперь конструкция парового двигателя содержала все основные элементы:
паровой котел, цилиндр, конденсатор. Отделение конденсатора явилось
существенным шагом в поисках путей снижения расхода топлива, но не
разрешило основную задачу того времени - получение непрерывного
вращательного движения; универсальный двигатель с таким движением может
работать и без конденсатора.
Благоприятные условия деятельности Уатта - денежная поддержка
капиталистов, общение с учеными, поддержка в парламенте и, наконец,
возможность использования высококвалифицированных инженерных кадров -
позволили ему осуществить ряд ценных мероприятий, резко повысивших
экономичность парового двигателя. Главными из этих мероприятий являлись:
введение паровой рубашки, уменьшавшее температурные колебания стенок
цилиндра и потерю пара от конденсации на них, и расширение пара в полости
цилиндра.
Расширение пара (правда, очень незначительное) применялось уже в
двигателях Ньюкомена, где оно являлось следствием прекращения впуска пара
при подходе поршня к мертвому положению во избежание резких толчков.
Уатт, которому шахтовладельцы по договору выплачивали Уз прибыли,
получаемой от экономии топлива в насосных Двигателях с отдельным
конденсатором (рис. 3-6), исследовал экономический эффект более раннего
прекращения впуска пара в цилиндр и запатентовал расширение пара иа
значительной доле хода поршня. Это резко снижало Удельный расход пара.
Стремясь компенсировать потерю Мощности, вызванную отсечкой пара, без
увеличения раз-
155
меров цилиндра, Уатт предложил впускать пар во вторую полость цилиндра.
Таким путем он пришел к двигателю двойного действия, в котором
осуществляется один из методов суммирования работы полостей. \
Теперь уже не составляло особого труда построить j двигатель с
вращательным движением: нужно было толь- \ ко применить маховик для
достижения равномерности вра-
Рис. 3-6. "Усовершенствованная" машина Ньюкомена по патенту Уатта с
отделенным конденсатором.
щающего момента. Уатт писал, что применить кривошипно-шатунный механизм к
"...паровой машине было так же легко, как воспользоваться ножом,
предназначенным для резки хлеба, для разрезания сыра". Но здесь Уатт
столкнулся с людьми, умевшими не хуже его самого патентовать давно
известные изобретения. Подобно тому как он в своем ^ патенте 1769 г.
запатентовал избыточное давление пара,: предложенное Леупольдом в 1724
г., два "изобретателя" •> сумели получить в 1779 и 1780 гг. патенты на
давно из- : веетный технике шатунно-кривошипный механизм.
Обходя эти патенты, Уатт применил планетарную передачу (рис. 3-7),
использовав ее свойство вдвое увеличивать число оборотов вала, что
приводит к четырехкратному увеличению выравнивающего действия маховика.
156
уатт не мог отказаться от балансира и применил соединение его со штоком
двигателя при помощи параллелограмма теория которого была разработана
значительно позднее П. Л. Чебышевым.
Наконец, Уатт ввел центробежный регулятор скорости, изменявший сечение
паропровода и, следовательно, подачу пара к двигателю при изменении числа
оборотов вала. Так же как и регулятор уровня воды в котле Ползунова, этот
регулятор явился одноимпульсным механическим регулятором простого
действия с одним регулируемым па-
раметром. Теория центробежных регуляторов была разработана И. А.
Вышнеградским только в 1877 г.
Двигатели Уатта начали решительно вытеснять водяное колесо. Если за 70
лет до 1769 г. было установлено около 140 паронасосных установок, из
которых около 100 работали по откачке воды на рудниках и шахтах, а
остальные- в водопроводных схемах различного назначения (городские,
промышленные, парковые), то, начиная с 1775 г., количество паровых
установок резко возрастает. Вначале все еще преобладали насосные
установки. Из 66 сооруженных установок 34 предназначались для целей
водоподъема. В 17 установках двигатели прерывного действия применялись
