Реферат: Паровые турбины и судовые дизеля

1743: Введение понятия энергии в Ньютоновскую механику, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);

1744: Введение понятия энергии в гидродинамику, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);

1744: Открытие взаимосвязи температуры со скоростью движения молекул, Михал Ломоносов (Mikhail Lomonosov);

1748: Закон сохранения массы и энергии, Михал Ломоносов (Mikhail Lomonosov);

1752: Открытие вязкости жидких сред, Жан де Аламбер (Jean d'Alembert);

1761: Опыты по фазовым превращениям воды. Открытие скрытой теплоты, Джозеф Блэк (Joseph Black) – официальная дата появления термодинамики.

В 1765 г. Джеймс Уатт создает первую действующую модель двигателя, рабочий ход которого обеспечивался не созданием вакуума, а избыточным давлением, подаваемым в цилиндр для подъема груза.

В период с 1765 по 1769 Уатт создает последовательный ряд все более мощных моделей и в 1769 г. получает патент на свое изобретение. Несмотря на то, что первые двигатели Уатта были одностороннего действия, т.к. для шахтных подъемников не было необходимости обеспечивать полезную нагрузку обратного хода, преимущество его перед двигателем Ньюкомена была очевидна – мощность двигателя определялась уже не только габаритами цилиндра, но и давлением пара.

С 1774 на заводе М. Болтона (Matthew Boulton), вблизи Бирмингема, начинается выпуск насосов Дж. Уатта, представляющих модернизированный вариант насоса Ньюкомена.

Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.

В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической установкой морских паровых судов

Эволюция паровой машины Дж.Уатта
1774 г.	1781 г.	1784 г.

С созданим парового двигателя двухстороннего действия с КШМ начинается разделение энергетических установок на стационарные и транспортные. Объектом дальнейшего рассмотрения является конкретный класс транспортных объектов - судовые энергетические установки, тепловозные, автомобильные и авиационные рассматриваются только в целях сравнительного анализа их конструктивных и технических параметров.

Роберт Фултон и первые пароходы.

Паровой буксир Дж.Халлса (патент, 1736 г).

История создание судов, движимых силой пара, насчитывает несколько столетий. Привелегии (авторство) на паровые механизмы движения транспортных судов и лодок в Европе получили: Рамсей (Ramsay, 1578), Грант (Grant, 1630), Лин (Lin, 1632), Форд (Ford, 1637), лорд Сомерсет (Marquis Worcester, 1640), Чешем (Chatham, 1661), Тугод (Twogood, 1667), Аллен (Allen, 1682), Халлс (Hulls, 1730), но ни одна из этих моделей не описывает способа преобразования прямолинейного движения поршня теплового двигателя во вращательное. Как правило, все схемы движения воспроизводили галерную схему весельного привода.

В 1730 г. доктор Джон Аллен предложил прототип водометного двигателя, в котором движение судна обеспечивалось переодическим закачиванием и выбросом воды из кормовых сопел, для чего предлагалась схема создания вакуума, применяемая в насосе Савери.

Пароход Саймингтона и Миллера (1788 г., 20 т, UK)

Идея преобразования поступательного движения парового двигателя во вращательное была предложена англичанином Джонатаном Халлсом (Jonathan Hulls), получившим в 1736 году первый в истории флота патент на паровое судно для буксировки кораблей в гавани.

Патент предусматривал использование парового двигателя Ньюкомена, однако низкая мощность и громоздкость пароатмосферной машины не позволили реально осуществить этот проект. Реальные попытки установить паровой двигатель на судно начались только после изобретения Дж. Уаттом паровой машины избыточного давления (1774 г.).

Эру паровой навигации открывает Клод Франциск Жофрей де Аббанс (Claude Francois Jouffroy d'Abbans), построивший судно, способное двигаться по воде без паруса и весел. Первая попытка маркиза де Аббанса построить паровое судно была предпринята в 1774 г., но окончилась неудачно. Вторую попытку маркиз осуществил 9 лет спустя. построив колесный пароход "Пироскаф" ("Pyroscaphe") длиной 148,5 ft/45 м.

Пароход Дж.Фитча (1790, 30 т).

На испытаниях. проведенных в 1783 г. на р. Сона вблизи Лиона (Saone, Lyons). судно 15 минут двигалось против течения с грузом в 182 т., однако производительность парового котла оказалась слишком низкой для более продолжительного движения.

В 1787 г. Джеймс Рамсей из Мэриленда (James Rumsey of Maryland) построил и продемонстрировал на р. Потомак (Potomac) пароход, приводимый в движение паром, выпускаемым под давлением из специальных сопел в корме судна, при этом его скорость достигала 4 mi/hr (6.4 км/час).

Практическая эксплутация пароходов началась в США благодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч в качестве движителя весла, но уже на втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг, воссоздав в Новом Свете гребное колесо.

Винтовое судно Дж.Фитча (1796, 10 т).

Первая в истории пароходов транспортная, а точнее, паромная линия длинной 8 миль (12.9 км) была открыта Дж. Фитчем на реке Делавер (Delaware) в 1790 г. между Филадельфией (Пенсильвания) и Бурлингтоном (Нью-Джерси) после длительного периода доводки судна (1788, 1789 гг.), в ходе которой средняя скорость движения паромов была увеличина с 4 до 7 узлов.

В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и начинает его испытания в Нью-Йоркской гавани, намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.

Характеристика линейных пароходов (stemboat) Дж. Фича: водоизмещение до 30 т, длина 45-60 фт./14-20 м, ширина 8-12 фт./ 3-5 м, двигатель 10 л.с., пассажировместимость до 30 человек.

Пароход Роберта Фултона (Robert Fulton, 1765 - 1815)

Раньше других оценил возможности парохода судья Ливингстон. Он не разбирался в технических деталях, но был весьма искушенным дельцом и быстро сообразил, что при надлежащем размахе и хорошей организации дела пароходное сообщение может дать очень неплохую прибыль.

В 1798 году Ливингстон добился права на установление регулярного пароходного сообщения по реке Гудзон. Несколько лет Ливингстон пытался построить паровое судно, привлекая различных механиков. Было сделано несколько паровых кораблей, но все они развивали скорость не более 5 км/ч. Разуверившись в местных механиках, Ливингстон в 1801 году отправился во Францию. Здесь он встретился со своим соотечественником инженером Робертом Фултона, разрабатывающим для Франции проекты парохода и подводной лодки.

Первые опыты Фултона с самодвижущимися судами относились еще к 1793 году, когда он, исследуя различные типы гребного колеса, пришел к заключению, что наилучшим будет колесо с тремя или шестью лопастями. В 1794 году, побывав в Манчестере, он убедился, что наилучшим двигателем для самодвижущегося корабля может быть только паровая машина Уатта двойного действия.

В 1797 г. Фултон приезжает во Францию и обращается к правительству Французской республики с предложением о строительстве подводной лодки. Предложение было отвергнуто, но настойчивый изобретатель добился аудиенции у первого консула Наполеона Бонапарта и заинтересовал его идеей подводного корабля. В 1800 г. Фултон строит подводную лодку и с двумя помощниками осуществляет погружение на глубину 7,5м. Через год он спускает на воду усовершенствованный "Наутилус", длиной 6,5 и шириной 2,2 м. Для своего времени лодка имела приличную глубину погружения – около 30 м.

В качестве движителя подводного хода использовался вращаемый вручную четырех- лопастной винт, позволявший развивать скорость около 1,5 уз. В надводном положении лодка двигалась под парусом со скоростью 3 – 4 уз. Мачта для паруса была укреплена на шарнире. Перед погружением ее быстро снимали и укладывали в специальный желоб на корпусе. После подъема мачты развертывался парус, и корабль становился, похож на раковину моллюска наутилуса. Отсюда и появилось название, которое дал своей подводной лодке Фултон, а спустя 70 лет заимствовал Жюль Верн для фантастического корабля капитана Немо.

Погружение и всплытие осуществлялись заполнением и осушением балластной цистерны. Наутилус был вооружен миной, представлявшей собой два медных бочонка с порохом, соединенных эластичной перемычкой. Изобретатель отказался от боевого применения Наутилуса из-за того, что французский морской министр не удовлетворил его требование присвоить членам экипажа лодки воинские звания, без чего англичане в случае захвата в плен повесили бы их как пиратов.