Парова́я маши́на

Открытия 18-19 века.

1. Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Значение паровых  машин. Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами, КПД которых выше.

Паровые турбины, формально  являющиеся разновидностью паровых  машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов  электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Принцип действия. Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от кизяка до урана.

Изобретение и  развитие. Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из каналов поперечного сечения, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таки ад-Дином Мухаммедом (англ.). Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических  условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться  их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в  конце 17-го столетия паровые двигатели  были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским  изобретателем Херонимо Аянсом де Бомонт,. Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре.

Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная  английским военным инженером Томасом  Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. В 1763 к работе по усовершенствованию машины Ньюкомена приступил Джеймс Уатт, лаборант университета в Глазго. Разобравшись в недостатках традиционной модели, Уатт разработал проект принципиально новой машины. В 1769, одновременно с изобретением прядильной машины Аркрайта, Уатт взял патент на свой паровой двигатель, но его доработка до массового практического внедрения потребовала еще многих усилий.

Первая в России двухцилиндровая  вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

2. Швейная  машина (в быту Швейная машинка) (англ. sewing machine) — техническое устройство для соединения и отделки материалов методом шитья. Швейные машины применяются в швейной, трикотажной, обувной и других отраслях лёгкой промышленности, а также в быту.

История изобретения. Создание швейной машины относится ко второй половине XVIII века. Первые швейные «машинки» отличались тем, что полностью копировали метод ручного получения стежка. Но в 1814 году австрийский портной Йозеф Мадерспергер создал иглу с ушком у острия одного из концов (далее считается что верх иглы тот, что с ушком). Спустя несколько лет Фишер, Гиббоне, Уолтер Хант, Элиас Хоу и другие учёные начали работать над получением стежка с помощью иглы с ушком.

В 1830 году Бартелеми Тимонье получил патент на швейную машину и открыл первую в мире автоматизированную швейную фабрику.

В 1845 году Элиас Хоу в США разработал челночный стежок и получил патент на швейную машину с этим стежком, которая работала со скоростью 300 стежков в минуту. Особенностью механизма этой машины было то, что игла двигалась горизонтально, а сшиваемые ткани располагались в вертикальной плоскости и могли перемещаться только по прямой линии, что вызывало некоторое неудобство.

В 1850 году в швейном аппарате А. Вильсона, а позже в 1851 году и  в машинах Зингера и Гиббса игла двигалась вертикально, а ткань, прижатая специальной лапкой, располагалась на горизонтальной платформе и её продвижение осуществлялось прерывисто движущимся зубчатым колесом, а впоследствии — зубчатой пластинкой (рейкой).

С каждой созданной моделью  швейной машины конструкция швейной  машины усложнялась и совершенствовалась, они становились более быстроходными  и специализированными.

3. Началом промышленной революции считают изобретение в 1764–1765 английским ткачом Джеймсом Харгривсом механической прялки, которую он назвал в честь своей дочери «Дженни». Эта прялка резко (примерно в 20 раз) увеличивала производительность труда прядильщика. Несмотря на сопротивление боящихся конкуренции цеховых ткачей, уже через несколько лет «Дженни» стала использоваться прядильщиками Англии практически повсеместно.

 Коэффициент полезной  деятельности прялки «Дженни»  был ограничен тем, что она  использовала мускульную силу  ткача. Следующий важный шаг  сделал в 1769 цирюльник Ричард  Аркрайт, запатентовав прядильную машину непрерывного действия, рассчитанную на водяной привод. Наконец, в 1775 ткач Самуэл Кромптон сконструировал прядильную мюль-машину, выпускавшую высококачественную ткань. Если «Дженни» давала тонкую, но некрепкую нить, а ватермашина Аркрайта – крепкую, но грубую, то мюль-машина Кромптона давала пряжу и крепкую, и одновременно тонкую. После этих изобретений текстильная промышленность Англии поставила себя вне конкуренции, снабжая тканями все развитые страны мира.