Атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена 1712 года: первый практический шаг к паровой эре
Начало XVIII века в Великобритании ознаменовалось тяжелейшим топливным кризисом. Деревянные лесные массивы страны были уничтожены, а добыча угля в шахтах сталкивалась с непреодолимым препятствием: при углублении штреков подземные грунтовые воды затопляли шахты, а водоотливные помпы с конной тягой не справлялись с откачкой воды. В 1712 году английский кузнец и инженер-самоучка Томас Ньюкомен сконструировал и запустил на угольной шахте в Стаффордшире первый в истории практический пароатмосферный двигатель (Newcomen atmospheric engine), положивший начало мировой промышленной революции.
Физический принцип давления атмосферного воздуха
Вопреки распространенному заблуждению, поршень двигателя Ньюкомена двигался вниз не под давлением пара, а за счет силы внешнего атмосферного давления воздуха, создаваемой при конденсации пара в цилиндре.
Цикл работы атмосферной машины Ньюкомена:
- Заполнение цилиндра паром: Пар из котла низкого давления поступает в вертикальный цилиндр под поршень, поднимаемый тяжелым коромыслом насоса.
- Впрыск холодной воды: В цилиндр через клапан впрыскивается струя холодной воды, из-за чего пар мгновенно конденсируется, превращаясь в несколько капель воды.
- Образование вакуума: Конденсация пара создает внутри цилиндра глубокое разрежение (вакуум).
- Рабочий ход атмосферы: Внешний атмосферный воздух с огромной силой давит на поршень сверху, опуская его вниз и поднимая коромыслом шток с водой из шахты.
Сравнение способов водоотлива из шахт начала XVIII века
Машина Ньюкомена обеспечила непрерывную откачку тысяч литров воды в час без истощения лошадей.
| Метод водоотлива | Источник энергии | Производительность откачки | Ограничения эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Конный нориат (конные вороты) | Мускульная сила 50–80 лошадей | До 1,5–2 тысяч литров в час | Высокие затраты на корм и гибель коней |
| Паровой водоподъемник Севери (1698) | Прямое давление пара на воду | Низкая, ограниченная высота подъема | Частые взрывы котлов высокого давления |
| Атмосферный двигатель Ньюкомена (1712) | Атмосферное давление и вакуум | До 15–20 тысяч литров в час | Высокий расход угля (низкий КПД) |
Совет от istoknews.com
Изучая историю паровых машин, обратите внимание на то, как Джеймс Уатт спустя 50 лет усовершенствовал машину Ньюкомена. Уатт вынес конденсатор пара в отдельную камеру, благодаря чему цилиндр перестали постоянно охлаждать и нагревать, что увеличило КПД двигателя в 4 раза. Читайте материалы из архива истории техники на istoknews.com.