Kalendarium mocy pary
Siła pary rozwijała się powoli przez kilkaset lat, przechodząc przez drogie i dość ograniczone urządzenia na początku XVII wieku, do użytecznych pomp górniczych w 1700 roku, a następnie do ulepszonych konstrukcji silników parowych Watta pod koniec XVIII wieku. To właśnie te późniejsze projekty, wprowadzone właśnie wtedy, gdy zapotrzebowanie na praktyczną moc rosło w związku z rewolucją przemysłową , sprawiły, że energia parowa stała się powszechna.
Fazy rozwoju
Wczesne przykłady
- I wiek n.e. – Bohater Aleksandrii opisuje Aeolipile jako przykład potęgi ogrzanego powietrza lub wody. Urządzenie składa się z obracającej się kuli wprawianej w ruch strumieniami pary; wytwarzał niewielką moc i nie miał praktycznego zastosowania, ale mimo to jest pierwszym znanym urządzeniem poruszanym ciśnieniem pary. Opisuje również sposób przenoszenia wody z jednego naczynia do drugiego za pomocą ciśnienia. Metody obejmowały napełnianie wiadra, którego ciężar poruszał się w celu otwarcia drzwi świątyni, które następnie ponownie zamykano ciężarem własnym, gdy woda w wiadrze została wyciągnięta przez próżnię spowodowaną ochłodzeniem początkowego naczynia.
- 1125 W Reims , według Williama z Malmesbury , organy były zasilane podgrzewaną wodą. Twierdzi, że został zbudowany przez papieża Sylwestra II. :
- Koniec XV wieku naszej ery: Leonardo Da Vinci opisał Architonnerre , armatę parową.
- 1551 Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf opisuje podobne do turbiny parowej urządzenie do obracania rożna. :
- 1601 Giovanni Battista della Porta przeprowadza eksperymenty z wykorzystaniem pary do wytworzenia ciśnienia lub próżni, budując proste fontanny podobne do perkolatorów . :
- 1606 Jerónimo de Ayanz y Beaumont otrzymuje patent na parowe urządzenie do wypompowywania wody z kopalń. :
- 1615 Salomon de Caus , który był inżynierem i architektem za Ludwika XIII , publikuje książkę przedstawiającą urządzenie podobne do tego z Porta. :
- 1629 Giovanni Branca sugeruje użycie turbiny parowej podobnej do opisanej przez Taqi al-Din, ale przeznaczonej do zasilania serii tłuczków pracujących w moździerzach. :
- 1630 David Ramsay otrzymuje patent na różne zastosowania pary, chociaż nie podano opisu, a patent obejmuje również szereg niepowiązanych wynalazków. Odnosi się do „wozu strażackiego”, a termin ten jest używany od wielu lat. :
Opracowanie praktycznej maszyny parowej
- 1663 Edward Somerset, 2. markiz Worcester , publikuje wybór swoich wynalazków. Jednym z nich jest nowy rodzaj pompy parowej, zasadniczo dwa urządzenia, takie jak de Caus, ale podłączone do jednego kotła. Kluczowym wynalazkiem jest dodanie chłodzenia wokół pojemników, aby wymusić skraplanie pary. Wytwarza to częściowe podciśnienie wewnątrz komór, które jest wykorzystywane do zasysania objętości wody do pojemników przez rurę, tworząc w ten sposób pompę. Wbudowuje jeden o bardzo dużych rozmiarach w bok zamku Raglan , najwyraźniej pierwszy silnik parowy „na skalę przemysłową”. Ma plany zbudowania ich dla górnictwa, ale umiera, zanim będzie mógł założyć swoją firmę. :
- 1680 Christiaan Huygens publikuje wspomnienia opisujące silnik prochowy napędzający tłok. Historycznie jest to godne uwagi jako pierwszy znany opis silnika tłokowego. :
- 1698 Thomas Savery przedstawia pompę parową, którą nazywa Przyjacielem Górnika. Jest to prawie na pewno bezpośrednia kopia projektu Somerseta. Później dodano jedno kluczowe ulepszenie, zastępując przepływ zimnej wody na zewnątrz cylindra strumieniem bezpośrednio w jego wnętrzu. Zbudowano niewielką liczbę jego pomp, głównie z natury eksperymentalnych, ale jak każdy system oparty na ssaniu do podnoszenia wody, mają one maksymalną wysokość 32 stóp (i zazwyczaj znacznie mniej). Aby być praktycznym, jego projekt może również wykorzystywać ciśnienie dodatkowej pary do wypychania wody z górnej części cylindra, umożliwiając „układanie pomp w stos”, ale wielu właścicieli kopalń obawiało się wysokiego ryzyka wybuchu i unikało ta opcja. (Silniki Savery zostały ponownie wprowadzone w latach osiemdziesiątych XVIII wieku w celu recyrkulacji wody do kół wodnych napędzających fabryki włókiennicze, zwłaszcza w okresach suszy). :
- C. 1705 Thomas Newcomen opracowuje silnik atmosferyczny , który w przeciwieństwie do pompy Savery'ego wykorzystuje tłok w cylindrze; podciśnienie ciągnące tłok w dół do dna cylindra, gdy wtryskiwana jest do niego woda. Silnik umożliwił znaczne zwiększenie wysokości pompowania i osuszanie głębszych kopalń niż było to możliwe przy użyciu podciśnienia do podnoszenia wody. Savery posiada patent obejmujący wszystkie wyobrażone zastosowania energii parowej, więc Newcomen i jego partner John Calley przekonać Savery'ego do połączenia z nimi sił w celu wykorzystania ich wynalazku aż do wygaśnięcia patentu w 1733 roku. :
- 1707 Denis Papin publikuje studium na temat energii parowej, zawierające szereg pomysłów. Jeden wykorzystuje silnik podobny do Savery'ego do podnoszenia wody na koło wodne w celu uzyskania mocy obrotowej. W badaniu zaproponowano również zastąpienie wody silnika Savery'ego tłokiem, który jest wciągany przez próżnię w cylindrze po skropleniu pary w środku, ale nie był w stanie zbudować urządzenia. :
- 1718 Jean Desaguliers wprowadza ulepszoną wersję silnika Savery, która zawiera zawory bezpieczeństwa i zawór dwukierunkowy, który obsługiwał zarówno parę, jak i zimną wodę (w przeciwieństwie do dwóch oddzielnych zaworów). Nie jest wykorzystywany komercyjnie. :
Silnik Newcomena: Moc pary w praktyce
- 1712 Newcomen instaluje swój pierwszy komercyjny silnik. :
- 1713 Humphrey Potter , chłopiec odpowiedzialny za obsługę silnika Newcomena, instaluje prosty system automatycznego otwierania i zamykania zaworów roboczych. Silnik może teraz pracować z prędkością 15 uderzeń na minutę przy niewielkiej pracy innej niż rozpalanie bojlera. :
- 1718 Henry Beighton wprowadza ulepszoną i znacznie bardziej niezawodną wersję systemu operacyjnego Pottera. :
- 1720 Leupold projektuje silnik oparty na rozprężaniu, które przypisuje Papinowi, w którym dwa cylindry na przemian otrzymują parę, a następnie odprowadzają ją do atmosfery. Chociaż prawdopodobnie był to użyteczny projekt, wydaje się, że żaden nie został zbudowany. :
- 1733 wygasa patent Newcomena. Do tego czasu zbudowano około 100 silników Newcomen. W ciągu następnych 50 lat silniki są instalowane w kopalniach i kopalniach metali w całej Anglii, zwłaszcza w Kornwalii , a także są używane do zaopatrzenia w wodę komunalną i pompowania wody przez koła wodne, zwłaszcza w hutach żelaza. :
- 1755 Josiah Hornblower instaluje pierwszy komercyjny silnik Newcomen w USA, w Schuyler Copper Mine w obecnym North Arlington w hrabstwie Bergen w stanie New Jersey , używając części importowanych z Wielkiej Brytanii. :
- 1769 John Smeaton eksperymentuje z silnikami Newcomen, a także zaczyna budować ulepszone silniki o znacznie dłuższym skoku tłoka niż poprzednia praktyka. Późniejsze silniki, które prawdopodobnie stanowiły szczyt konstrukcji silnika Newcomen, dostarczały do 80 koni mechanicznych (około 60 kW). :
- 1775 Do tego czasu w Wielkiej Brytanii zbudowano około 600 silników Newcomen. :
- 1779 Korba zastosowana po raz pierwszy przez Jamesa Pickarda w silniku Newcomena, wytwarzająca ruch obrotowy. Pickard patentuje to w następnym roku, ale patent jest niewykonalny. :
- 1780 Newcomen są nadal budowane w dużych ilościach (około tysiąca w latach 1775-1800), zwłaszcza dla kopalń, ale coraz częściej w młynach i fabrykach. Wiele z nich ma dodane kondensatory Watta po wygaśnięciu patentu (patrz poniżej). Powstaje również kilkadziesiąt ulepszonych silników Savery . : Silniki
Silnik Watta
- 1765 James Watt wymyśla oddzielny skraplacz, którego kluczem jest przeniesienie strumienia wody (który skrapla parę i wytwarza podciśnienie w silniku Newcomena) do dodatkowego cylindrycznego naczynia o mniejszych rozmiarach, zamkniętego w łaźni wodnej; jeszcze ciepły kondensat jest następnie odprowadzany do studni gorącej za pomocą pompy ssącej, co umożliwia powrót podgrzanej wody do kotła. To znacznie zwiększa sprawność cieplną, zapewniając, że główny cylinder może być przez cały czas utrzymywany w wysokiej temperaturze, w przeciwieństwie do silników Newcomen, w których skraplająca się woda chłodziła cylinder przy każdym suwie. Watt uszczelnia również górną część cylindra, dzięki czemu para pod ciśnieniem nieznacznie wyższym od atmosferycznego może oddziaływać na górę tłoka, przeciwdziałając wytwarzanej pod nim próżni. :
- 1765 Matthew Boulton otwiera zakłady inżynieryjne Soho Manufactory w Handsworth . :
- 1765 Ivan Polzunov buduje dwucylindrowy silnik Newcomen do zasilania wentylacji kopalni w Barnauł w Rosji . Zawiera zautomatyzowany system regulacji poziomu wody w kotle. :
- 1769 James Watt otrzymuje patent na swój ulepszony projekt. Nie jest w stanie znaleźć kogoś, kto dokładnie wywierciłby cylinder i jest zmuszony użyć młotkowanego żelaznego cylindra. Silnik działał słabo, ponieważ cylinder był nieokrągły, co umożliwiało wyciek przez tłok. Jednak wzrost wydajności wystarczy, aby Watt i jego partner Matthew Boulton udzielili licencji na projekt w oparciu o oszczędności węgla rocznie, w przeciwieństwie do stałej opłaty. Uzyskanie dokładnie wywierconego cylindra zajęłoby Wattowi w sumie dziesięć lat. :
- 1774 John Wilkinson konstruuje wytaczarkę zdolną do wytaczania precyzyjnych cylindrów. Wytaczadło przechodzi całkowicie przez cylinder i jest podparte na obu końcach, w przeciwieństwie do wcześniejszych narzędzi do wytaczania wspornikowego. Boulton w 1776 roku pisze, że „Pan Wilkinson znudził nam kilka cylindrów prawie bezbłędnie; ten o średnicy 50 cali, który umieściliśmy w Tipton, w żadnej części nie błądzi co do grubości starego szylinga”. :
- 1775 Watt i Boulton wchodzą w formalne partnerstwo. Patent Watta zostaje przedłużony ustawą parlamentu na 25 lat do 1800 roku. :
- 1776 Zbudowano pierwszy komercyjny silnik Boultona i Watta. Na tym etapie i do 1795 roku B&W dostarczało jedynie projekty i plany, najbardziej skomplikowane części silnika oraz wsparcie przy montażu na miejscu. :
- 1781 Jonathan Hornblower opatentowuje dwucylindrowy „ złożony ” silnik, w którym para naciska na jeden tłok (w przeciwieństwie do ciągnięcia przez próżnię, jak w poprzednich konstrukcjach), a kiedy osiąga koniec suwu, jest przenoszona do drugi cylinder, który jest „normalnie” odprowadzany do skraplacza. Projekt Hornblowera jest bardziej wydajny niż projekty Watta jednostronnego działania, ale na tyle podobny do jego systemu dwustronnego działania, że Boulton i Watt są w stanie obalić patent przez sądy w 1799 roku. :
- 1782 Silnik obrotowy First Watt, napędzający koło zamachowe za pomocą koła zębatego słonecznego i planetarnego , a nie korby, unikając w ten sposób patentu Jamesa Pickarda . Watt zabezpiecza dalsze patenty w tym roku i 1784. :
- 1783 Watt konstruuje swój pierwszy silnik „dwustronnego działania”, który dopuszcza parę tak, aby naprzemiennie działała na jedną stronę tłoka, a potem na drugą, a wprowadzenie jego mechanizmu ruchu równoległego umożliwia przenoszenie mocy tłoka ruch tłoka przenoszony na belkę w obu skokach. Zmiana ta umożliwia zastosowanie koła zamachowego nadającego stały ruch obrotowy sterowany regulatorem , umożliwiając w ten sposób silnikowi napędzanie maszyn w zastosowaniach, które nie mają krytycznego znaczenia dla prędkości, takich jak młynarstwo, browary i inne gałęzie przemysłu wytwórczego. Ponieważ sam regulator odśrodkowy słabo reagował na zmiany obciążenia, silnik Watta nie nadawał się do przędzenia bawełny. :
- 1784 William Murdoch demonstruje model wagonu parowego pracującego na „silnej parze”. Jest odradzany przez swojego pracodawcę, Jamesa Watta, przed opatentowaniem swojego wynalazku. :
- 1788 Watt buduje pierwszy silnik parowy wykorzystujący regulator odśrodkowy dla fabryki Boulton & Watt Soho. :
- 1790 Nathan Read wynalazł kocioł rurowy i ulepszony cylinder, opracowując wysokociśnieniowy silnik parowy. :
- 1791 Edward Bull dokonuje pozornie oczywistej zmiany konstrukcyjnej, odwracając silnik parowy bezpośrednio nad pompami kopalnianymi, eliminując dużą belkę używaną od czasów projektów Newcomena. W Kornwalii zbudowano około 10 jego silników. :
- 1795 Boulton i Watt otwierają odlewnię Soho do produkcji silników parowych :
- 1799 Richard Trevithick buduje swój pierwszy silnik wysokociśnieniowy w kopalni cyny Dolcoth w Kornwalii. :
- 1800 Patent Watta wygasa. Do tego czasu w Wielkiej Brytanii zbudowano około 450-watowych silników (łącznie 7500 KM) i ponad 1500 silników Newcomen. :
Poprawa mocy
- 1801 Richard Trevithick buduje i uruchamia silnik drogowy Camborne. :
- 1801 Oliver Evans buduje swój pierwszy wysokociśnieniowy silnik parowy w USA (Ptd. 1804) :
- 1804 Richard Trevithick buduje i uruchamia jednocylindrową lokomotywę z kołem zamachowym na 9-milowym tramwaju Pen-y-Darran. Ze względu na pęknięcia płyt silnik jest instalowany w Dowlais do użytku stacjonarnego. :
- 1804 John Steel buduje lokomotywę według modelu Trevithicka w Gateshead dla pana Smitha. Zostało to zademonstrowane Christopherowi Blackettowi , który odmawia tego z powodu nadwagi. :
- 1804 Arthur Woolf ponownie wprowadza konstrukcje dwucylindrowe Hornblowera po wygaśnięciu patentów Watta. Kontynuuje budowę wielu przykładów z maksymalnie dziewięcioma cylindrami, ponieważ ciśnienie w kotle wzrasta dzięki lepszej produkcji i materiałom. :
- 1808 Christopher Blackett przekazuje tor w Wylam Colliery. :
- 1808 Richard Trevithick demonstruje kolej przewożącą pasażerów w swoim „cyrku parowym” (przy użyciu lokomotywy Catch Me Who Can na okrągłym torze) w Londynie. :
- 1811 Blackett zatrudnia Thomasa Watersa do budowy nowej lokomotywy z kołem zamachowym. :
- 1811 Blackett instruuje Timothy'ego Hackwortha , aby zbudował ręcznie obracane podwozie, aby udowodnić wykonalność gładkiej szyny do trakcji. :
- 1811 Druga lokomotywa Wylam zbudowana przez zespół programistów Blacketta składający się z Timothy'ego Hackwortha , Williama Hedleya i Jonathana Fostera. :
- 1812 Blenkinsop opracowuje system kolejki zębatej we współpracy z Matthew Murrayem z Leeds Round Foundry - kocioł jednopalnikowy; cylindry pionowe zatopione w kotle. :
- 1813 Zbudowano trzecią lokomotywę Wylam, z 8 kołami do rozłożenia nacisku na oś. :
- 1815 George Stephenson buduje Blücher - podobny do modelu Blenkinsop. :
- 1825 Robert Stephenson & Co buduje Locomotion dla Stockton and Darlington Railway . :
- 1827 Timothy Hackworth buduje wysoce wydajny Royal George z centralnie umieszczoną rurą wybuchową w kominie dla kolei Stockton i Darlington. :
- 1829 Robert Stephenson & Co z powodzeniem konkuruje w Rainhill Trials z The Rocket przeciwko Hackworth's Sans Pareil oraz Braithwaite's and Ericsson's Novelty . :
- 1830 Stephensona z typem Planet Stephensona wraz z Liverpoolem Edwarda Bury'ego - poziome cylindry umieszczone pod wędzarnią; napęd na tylną korbę - ramy barowe. Liverpool Manchester Line otwiera się z burzliwym uznaniem : Pojawia się konfiguracja lokomotywy
- 1849 George Henry Corliss opracowuje i sprzedaje silnik parowy typu Corliss , czterozaworowy silnik przeciwprądowy z oddzielnymi zaworami wlotowymi i wylotowymi pary. Zawór wyzwalający mechanizmy zapewniają ostre odcięcie pary podczas skoku wejściowego. Regulator służy do sterowania odcięciem zamiast przepustnicy. Wydajność silników Corlissa znacznie przewyższa inne silniki z tego okresu i są one szybko wdrażane w służbie stacjonarnej w całym przemyśle. Silnik Corliss lepiej reaguje na zmiany obciążenia i pracuje z bardziej stałą prędkością, dzięki czemu nadaje się do zastosowań takich jak przędzenie nici. :
- 1854 John Ramsbottom publikuje raport o zastosowaniu nadwymiarowych pierścieni tłokowych ze stali dzielonej, które utrzymują uszczelnienie poprzez zewnętrzne napięcie sprężyny na ściance cylindra. Pozwala to na znacznie lepsze uszczelnienie (w porównaniu z wcześniejszymi uszczelkami bawełnianymi), co prowadzi do znacznie wyższych ciśnień w systemie, zanim wystąpi „przedmuch”. :
- 1862 Silnik parowy Allena (później nazwany Porter-Allen) zostaje wystawiony na wystawie w Londynie. Jest precyzyjnie zaprojektowany i wyważony, dzięki czemu może pracować z prędkością od trzech do pięciu razy większą niż inne silniki stacjonarne. Krótki skok i duża prędkość minimalizują kondensację w cylindrze, znacznie poprawiając wydajność. Wysoka prędkość umożliwia bezpośrednie sprzęganie lub stosowanie kół pasowych i pasów o zmniejszonych rozmiarach. :
- 1862 Pokaz silnika parowego na wystawie w Londynie. Opracowany dla Charlesa Portera przez Charlesa Richarda wskaźnik silnika parowego śledzi na papierze ciśnienie w cylindrze podczas całego cyklu, co można wykorzystać do wykrywania różnych problemów i optymalizacji wydajności. Wcześniejsze wersje wskaźnika silnika parowego były używane do 1851 r., Chociaż były stosunkowo nieznane. :
- 1865 Auguste Mouchout wynajduje pierwsze urządzenie do przekształcania energii słonecznej w mechaniczną energię parową, wykorzystując kocioł wypełniony wodą zamkniętą w szkle, który umieszcza się na słońcu w celu zagotowania wody. :
- 1867 Stephen Wilcox i jego partner George Herman Babcock patentują „Babcock & Wilcox Non-Explosive Boiler”, który wykorzystuje wodę wewnątrz wiązek rur do wytwarzania pary, zwykle przy wyższym ciśnieniu i wydajniej niż typowe kotły „firetube” tamtego czasu. Konstrukcje kotłów typu Babcock & Wilcox stają się popularne w nowych instalacjach. :
- 1881 Alexander C. Kirk uzyskał niezbędne kotły wysokociśnieniowe do pierwszej praktycznej instalacji silnika okrętowego z potrójnym rozprężaniem w SS Aberdeen . :
- 1884 Charles Algernon Parsons konstruuje turbinę parową . Używane na początku w wytwarzaniu energii elektrycznej i do napędzania statków, turbiny były kołami z łopatkami, które wytwarzały ruch obrotowy, gdy przepuszczano przez nie parę pod wysokim ciśnieniem. Sprawność dużych turbin parowych była znacznie lepsza niż najlepszych silników złożonych , a jednocześnie była znacznie prostsza, bardziej niezawodna, mniejsza i lżejsza. Turbiny parowe ostatecznie zastąpiłyby silniki tłokowe w większości generatorów energii. :
- 1893 Nikola Tesla patentuje oscylacyjny generator elektromechaniczny napędzany parą . Tesla miał nadzieję, że stanie się konkurencyjny w stosunku do turbin parowych w wytwarzaniu prądu elektrycznego, ale nigdy nie znalazł zastosowania poza jego eksperymentami laboratoryjnymi. :
- 1897 Stanley Brothers rozpoczynają sprzedaż lekkich samochodów parowych, wyprodukowano ponad 200 sztuk. :
- 1899 The Locomobile Company rozpoczyna produkcję pierwszych wagonów parowych, po zakupieniu praw produkcyjnych od braci Stanley. :
- 1902 Stanley Motor Carriage Company rozpoczyna produkcję Stanley Steamer , najpopularniejszego produkowanego samochodu parowego. :
- 1903 W Chicago zostaje otwarta stacja generująca Commonwealth Edison Fisk , wykorzystująca 32 kotły Babcock & Wilcox napędzające kilka turbin GE Curtis o mocy 5000 i 9000 kilowatów każda, największe turbiny na świecie w tamtym czasie. Niemal cała produkcja energii elektrycznej, od czasów Stacji Fisk do chwili obecnej [ potrzebne źródło ] , opiera się na napędzanych parą turbin-generatorach. :
- 1913 Nikola Tesla patentuje bezłopatkową turbinę parową , która wykorzystuje efekt warstwy granicznej . Ten projekt nigdy nie był używany komercyjnie ze względu na jego niską wydajność. :
- 1923 Alan Arnold Griffith publikuje An Aerodynamic Theory of Turbine Design , opisujący sposób radykalnej poprawy wydajności wszystkich turbin. Oprócz tego, że nowsze elektrownie są bardziej ekonomiczne, zapewnia również wystarczającą wydajność do zbudowania silnika odrzutowego . :
- 1933 George i William Besler ze Stanów Zjednoczonych są pierwszymi lotnikami (i do tej pory tylko lotnikami), którzy z powodzeniem latali na silniku parowym 12 kwietnia 1933 r. Przerobionym dwupłatowcem Travel Air 2000 , używając 90 ° V- bliźniaczy silnik mieszany własnej konstrukcji. :
- 2009 25 sierpnia 2009, Team Inspiration z British Steam Car Challenge pobił wieloletni rekord pojazdu parowego ustanowiony przez Stanleya Steamera w 1906 roku, ustanawiając nowy rekord prędkości 139,843 mil na godzinę (225,055 km / h) ) ponad mierzoną milę w Bazie Sił Powietrznych Edwards na pustyni Mojave w Kalifornii . :
- 2009 26 sierpnia 2009 Team Inspiration pobił drugi rekord, ustanawiając nowy rekord prędkości 148,308 mil na godzinę (238,679 km/h) na jednym kilometrze. :
- Turbiny parowe są produkowane do 1500 MW (2 000 000 KM) do wytwarzania energii elektrycznej.
Zobacz też
- Silnik parowy
- Moc pary podczas rewolucji przemysłowej
- Morska oś czasu
- Kalendarium technologii silników cieplnych
Notatki
Linki zewnętrzne
- Rozwój silnika parowego
- Alternatywna oś czasu: gdyby generatory elektryczne i silniki poprzedzały parę
- Dane zdarzenia jako RDF [ martwy link ]
Kategorie: