История паровых машин, часть первая

Helene & Marie

Цикл статей о великолепных и могучих машинах, когда-то разогнавших локомотив прогресса.

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.

Первое известное устройство приводимое в движение паром, описал Герон Александрийский в своём трактате «Pneumatica».

Герона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).
В трактате «Пневматика» (Πνευματικά) Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром.

Эолипил (шар Эола)

Пар поступающий по боковым трубкам из нижнего резервуара в полость шара, вырывался из дюз и заставлял его вращаться. «Pneumatica»

Рисунки из книги Эдварда Сомерсета (см. ниже) «The Century of Inventions» (1655).

Первая паровая турбина была изобретена в средневековом Египте турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аль-Асади. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара направляемого на лопасти колеса.

В 1574 году султан Османской империи Мурад III пригласил Такиюддина в Стамбул для постройки обсерватории. Обладая огромными познаниями в ремесленном деле, Такиюддин разработал инструменты для астрономических наблюдений, такие как огромные армиллярные и механические часы, которые использовал для наблюдения за кометой в 1577 году. Он также использовал европейский глобус звёздного неба и глобус Земли, которые были доставлены ко двору султана в качестве подарков. Одной из наиболее значимых его работ за время работы в обсерватории «Древо высшего познания в Царстве вращающихся сфер»: астрономические таблица Царя царей [Мурад III] (Sidrat al-muntah al-afkar fi malkūt al-falak al-dawār- al-zij al-Shāhinshāhi). Данная работа являлась результатом астрономических наблюдений, которые были выполнены в Египте и Стамбуле для того, чтобы дополнить труд Улугбека «Зидж ас-Султани».
Согласно некоторым источникам той эпохи, метод Такиюддина для вычисления координат звёзд был более точным чем тот, что применялся Николаем Коперником и Браге Тихо.

Данная иллюстрация лишь описывает принцип.

Наш современник, историк и инженер Nicolas Garcia Tapia, в своей книге ‘JERONIMO DE AYANZ Y BEAUMONT’ пишет о том, что испанский изобретатель Йеронимо де Аянс в 1606 году построил паровое устройство для подъёма воды на высоту.

Йеронимо де Аянс был военным, художником, космографом, музыкантом и прежде всего изобретателем. (обладатель «привилегий на изобретения» (патент — по нынешнему) на 48 устройств, подписанный Филиппом III).
Занимался разработкой научных приборов, металлических роликов для ветряных мельниц, металлургических печей, водолазного колокола и гидрокостюма (2 августа 1602 года, он погружался в этом гидрокостюме в реку Писуэрга и пробыл под водой в течение часа), подводной лодки, а также арочных плотин, точных весов (в документах говорится о том, что он мог взвесить муху), дистиллятора, поршневых насосов и т.д.

Вот тут можно почитать…

Подводная лодка (в прямом смысле слова).

Рукопись принадлежат перу Йеронимо де Аянса.

Наглядное изображение машины де Аянса. Пар из котла (D) поступал через открытый кран в ёмкость (2) и выдавливал воду наверх. В то же время, ёмкость (1) наполнялась водой из ёмкости (В).После чего, открытые краны закрывались, закрытые наоборот открывались и теперь уже пар выдавливал воду из ёмкости (1), а ёмкость (2) наполнялась новой порцией воды. В котёл, воду доливали по мере надобности. Благодаря двум ёмкостям, (а не одной) достигалась равномерная работа.

В 1615 году Саломон де Косс в своём сочинении «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines» описал машину основанную на упругости пара.

Работал строителем при курфюрсте Фридрихе V в Хайдельберге. Построил часть Хайдельбергского замка и создал окружающие его парки «Hortus Palatinus». Кроме того, он разбил несколько садов в Англии, например, в Гринвич-парке (ныне разрушенном музее кораблестроениия), Уилтон-хаузе, дом Хатфильда и в Соммерсет-хаусе (последний также уничтожен), также некоторые сохранившиеся работы в Ричмонд-парке.
Работал инженером-гидротехником и архитектором у Людовика XIII. Он также спланировал сады в Сомерсет-хаус.

На некоторое время, де Косс был помёщён в приют Bicetre (для больных и сумасшедших) за то, что приставал к кардиналу со своими открытиями в области использвания силы пара.

В своих сочинениях, Саломон де Косс уделяет много внимания устроиствам работающим по принципу «водяных мельниц».
Вот тут можно почитать…

де Косс в окружении своих устройств.

Из книги «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines».

Шар стоящий на костре хорошо иллюстрирует идеи де Косса.

«Первые записи о паровых устройствах были сделаны Героном Александрийским в трактате „Pneumatica“. Следующие свидетельства использования паровой силы, появились лишь спустя много лет, в книге „Whirling Oelopile“ (Вращающийся Эолипил), напечатанной в Лейпциге, в 1597 году. До этого времени, невозможно точно сказать, кому принадлежат те или иные изобретения в области „паростроения“, так-как они носили скорее философско-развлекательный характер, нежели имели практическую пользу. Исходя из этого, читатели не должны удивлятся неясностям возникающим во время изучения истории паровых машин. Далее речь пойдёт о первых попытках предпринятых Саломоном де Коссом поставить паровой двигатель на службу человеку.»

Итальянский инженер Джованни Бранка, в 1629 году предложил ипользовать пар для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах.

Иллюстрация из книги Джованни Бранка ‘Le Machine’.

Большая часть пара в таких устройствах рассеивалась в пустую.

Джованни Бранка применил кривошип для организации возвратно-поступательных движений.

В 1655 году, Эдвард Сомерсет собрал в своей книге «The Century of Inventions» описания более чем ста различных изобретений, в том числе и устройство для подъёма воды на определённую высоту.

В замке «Ragland» он сконструировал машину, которую назвал «Water-commanding engine». С её помощью вода под давлением пара поднималась на верхние этажи замка.

До наших дней не сохранилось, ни каких-либо следов, ни рисунков этой машины. Однако проффесор Миллингтон, будучи редактором «The Century of Inventions» (книга переиздавалась много раз), предложил свой дизаин машины Сомерсета для объяснения приципа её работы.

На рисунке показана топка (f) с котлом (k), вмонтированным в кирпичную кладку.
В нижней части расположены ёмкости для воды погружённые в бассеин.
Когда ёмкости (t,r) пусты, то вода начинает проникать в них приподнимая клапана (u). Как только ёмкости (t,r) заполнятся, клапана (u) опускаются под собственным весом и закрывают ёмкости.
Когда вода в котле (k) закипит, открывают кран (z) и давление пара выталкивает воду из ёмкости (t) в сосуд (y) по трубе (x). Когда давление падает, кран (z) закрывают и вода вновь заполняет ёмкость (t). Клапан (а) не даёт воде полностью вытечь из трубы (х).
Пока вода заполняет ёмкость (t), все те же операции проделавают с краном (b) и ёмкостью ®.
Остаётся непонятным как заполняли водой котёл, но видимо просто доливали вручную.

Автор книги «History and progress of the steam engine» предлагает свой эскиз машины Сомерсета:

Здесь описан тот же принцип, что и на рисунке выше. Отличие заключается в способе подачи воды в ёмкости (c,b). И вода, и пар подавались в ёмкость с помощью одного крана.
И опять же, остаётся непонятным способ заполнения котла водой.

В 1663 году Сомерсет получил патент на «Water-commanding engine», сроком на 99 лет.
Существует предположение, что Сомерсет взаимствовал идею парового двигателя у Саломона де Косса, с которым познакомился во время посещения больницы «Bicetre».

Эдварда Сомерсета можно по праву считать одной из ключевых фигур в истории паровых машин.

Позже его идеи легли в основу изобретений Томаса Севери и Томаса Ньюкомена (см.ниже).

Конец первой части.

Ранее эта статья публиковалась мной на geektimes.

Как появились машины. Краткая история создания автомобиля.

Автомобиль является одним из величайших изобретений человечества, которое имело и до сих пор имеет большое значение для человека. На сегодняшний день значение автомобиля ощущается не только в транспортной отрасли, но и во всех сферах человеческой жизни. Он стал ощутимым воплощением технического прогресса, преобразил облик планеты. История создания автомобиля поражает своей увлекательностью и непредсказуемостью.

Слово автомобиль в переводе с греческого означает ( autos сам и лат. mobilis двигающийся) «самодвижущийся».

Предшественником автомобиля с бензиновым двигателем был паромобиль, точнее паровая телега, которую смастерил французский изобретатель Ж. Кюньо в 1769 году. Громоздкая машина двигалась со скоростью 2-4 км в час и могла перевозить до трех тонн груза. Для преодоления большого расстояни я необходимо было делать остановки через каждые 15 минут для розжига топки, т. к. быстро падало давление в котле, кроме того, машина была плохо управляема, часто наезжала на дома и заборы.

Уже в 1803 году Тривайтиком был создан в Великобритании первый паровой автомобиль. Задние колеса машины имели 2,5 метра в диаметре, между ними и задней частью рамы был помещен котел, который обслуживал кочегар, стоявший на запятках. Водитель сидел на высоком облучке. Кузов машины был подвешен на высоких рессорах. Машина вмещала в себя до десяти пассажиров и развивала скорость до 15 км в час, что было величайшим достижением для того времени.

Автомобиль с бензиновым двигателем появился в 1864 году. Его изобрел австриец Зигфрид Маркус, что послужило мощным толчком для дальнейшего создания и развития транспортной техники. Проводя опыты, связанные с пиротехникой, он поджог смесь паров воздуха и бензина электрической искрой, в результате чего произошел мощный взрыв. Вскоре после этого, ему удалось создать двухтактный бензиновый двигатель с электрической системой зажигания, который был установлен на повозку. Работая в этом направлении, Маркус создает в 1875 году более совершенную машину.

Появление компактного, довольно легкого и мощного двигателя внутреннего сгорания открыло широчайшие возможности для развития автомобиля. Официально изобретателями автомобиля назовут немецкого инженера К. Бенца и его соотечественника изобретателя Г. Даймлера. Бенц являлся разработчиком двухтактных газовых двигателей, а также хозяином предприятия, которое их выпускало. Несмотря на приносимую предприятием прибыль, Бенц мечтает создать самодвижущуюся машину с двигателем внутреннего сгорания, т. к. созданные им и Даймлером двигатели имели невысокую скорость хода.

Затем в 1891 году Эдуард Мишлен создал съемную пневматическую шину, предназначенную для велосипеда, а уже в 1895 году выпускают съемные пневматические шины для автомобилей. В этом же году шины были опробованы на гонке Париж-Бордо-Париж, однако автомобиль, оснащенный ими, сошел с дистанции, т. к. шины часто прокалывались. Несмотря на это, специалисты и автолюбители по достоинству оценили плавность хода машины, постепенно пневматическими шинами стали оснащать все автомобили.

В заключении хотелось бы сказать что на сегодняшний день автомобиль является самым распространенным средством механического транспорта во всем мире, насчитывается сотни миллионов автомобилей, и это число растет в геометрической прогрессии.

Кто и когда изобрел первый автомобиль

Как только человечество ни извращалось в попытках придумать автомобиль. Еще 150 лет назад люди строили и самоходные тележки с парусами, и электромобили на проводе

Как только человечество ни извращалось в попытках придумать автомобиль. Еще 150 лет назад люди строили и самоходные тележки с парусами, и электромобили на проводе. В 1886 году Карл Бенц получил патент на автомобиль. Но он не придумал его первым, да и первый самодвижущийся транспорт создал тоже не он. Давайте разбираться, кто и как изобрел авто.

Еще 500 лет назад знаменитый итальянский гений Леонардо да Винчи придумал и начертил повозку, которая могла бы ездить самостоятельно. К сожалению, техника того времени не позволяла создать работающий экземпляр.

Сто лет спустя для европейцев открылся Китай со всеми его изобретениями. Голландцу Саймону Стивену китайцы показали повозки под парусами, которые могли двигаться без помощи лошади. Это изобретение либо не получило популярность, либо его просто выдумал голландец.

Медленнее человека, зато едет сам

Первый «автомобиль» с двигателем, правда, паровым изобрел Никола Кюньо. Это произошло в 1769 году во Франции. Его самоходная машина должна была останавливаться каждые 20 минут, чтобы успел накопиться пар. Ее максимальная скорость была, внимание, 3 километра в час. Для сравнения при спокойной ходьбе ваша скорость равна 5 км/ч. Тем не менее даже такая «черепаха» оказалась полезной. Она помогала артиллеристам перевозить пушки.

Двигатель внутреннего сгорания

Первый ДВС сконструировали во Франции в 1858 году. Сначала топливом для механизма был угольный газ, а после модификации – бензин. Двигатель прикрепили к трехколесной тележке, и она смогла проехать около 70 километров.

Едва стали появляться рабочие автомобили с двигателем внутреннего сгорания, как уже начали конструировать электромобили. Первую машину, работающую на электричестве, создали в США в 1881 году. Уже в 1900 году в Нью-Йорке работало 60 электромобилей-такси.

Первый серийный автомобиль

Первое производство машин создал целеустремленный немец Карл Бенц в 1886 году. Ему понадобилось больше 10 лет, чтобы разработать оптимальную версию автомобиля. Какая машина у него получилась в итоге?

Его авто называлось Benz Patent-Motorwagen. Это была небольшая трехколесная повозка всего 2 с половиной метра в длину, где вращались задние колеса. Четырехтактный одноцилиндровый двигатель, который находился под сидением, разгонял автомобиль до 16 км/ч.

Мощность движка была меньше одной лошадиной силы, а объем бака равнялся 4 литрам. Также Бенц сделал 2 очень важных изобретения, которые применил в своем автомобиле. Он создал свечи зажигания и коробку передач. Несмотря на то что его разработка была инновационной, его авто не хотели покупать, и производство Бенца закончилось на 25-м автомобиле.

Машины были изобретены, но на них ездили лишь единицы людей по всему миру. Сделать их популярными удалось американцу Генри Форду, который, как и Бенц, долго и упорно трудился над своими моделями.

В 1903 его компания выпустила на рынок Ford A с двухцилиндровым двигателем в 8 л. с. и цепной передачей. Авто имело оглушительный успех: за год было продано 1700 машин! Но Форд и не думал останавливаться. Вся его прибыль шла на развитие производства, что позволило ему поднять продажи Ford A до 45 тысяч в год.

Народное американское авто

Главной идеей Форда было сделать машину доступной для обычного американца. Эту идею он осуществил в 1908 году, когда создал Ford Т. Это авто стоило всего 1100 долларов и постоянно дешевело, что сделало его невероятно популярным в народе. Спустя всего 6 лет после начала производства компания отпраздновала выпуск юбилейного 10-миллионного экземпляра.

Ford T мог разогнаться до 70 км/час, что гораздо быстрее, чем было нужно американцу в начале 20 века. Четырехцилиндровый двигатель Форда считался современным в те времена. Его объем составлял почти 3 литра, а мощность достигала 20 л. с. Коробка передач была двухступенчатой.

Мы проследили историю создания авто от первой идеи до всемирной популярности. Так кто же изобрел автомобиль? Нельзя ответить точно, но каждый из упомянутых изобретателей сделал большой вклад в создание авто:

– Француз Никола Кюньо в создал первую самоходную машину на пару

– Немец Карл Бенз в пустил автомобиль в серийное производство

– Американец Форд в сделал его популярным

А кого считаете изобретателем машины вы? Пишите ответы в комментарии.