L'histoire de la machine à vapeur. Histoire des machines à vapeur Machines à vapeur de Cornouailles

L'histoire des machines à vapeur remonte au 1er siècle après JC, lorsque Héron d'Alexandrie a décrit pour la première fois l'éolipile. Plus de 1 500 ans plus tard, en 1551, le scientifique ottoman Takiyuddin al-Shami décrivit des turbines primitives entraînées par la vapeur, et en 1629 une découverte similaire fut faite par Giovanni Branca. Ces appareils étaient des brochettes de friture à la vapeur ou de petits mécanismes de transmission. Fondamentalement, de telles conceptions ont été utilisées par les inventeurs pour démontrer le pouvoir de la vapeur et prouver qu’il ne fallait pas le sous-estimer.

Dans les années 1700, les mineurs étaient confrontés à un défi majeur : pomper l’eau des mines profondes. La même puissance de la vapeur est venue à la rescousse. Grâce à l'énergie de la vapeur, il était possible de pomper l'eau des mines. Cette application a libéré la puissance potentielle de la vapeur et a conduit à l’invention de la machine à vapeur. Les centrales à vapeur sont apparues plus tard. Le principe principal de fonctionnement des machines à vapeur est « la condensation de la vapeur d’eau pour créer un vide partiel ».

Thomas Severi et les premiers moteurs industriels

Thomas Severi fut le premier à inventer une pompe à vapeur en 1698, elle était destinée au pompage de l'eau. Cette invention est souvent appelée « camion de pompiers » ou moteur pour « faire monter l'eau avec le feu ». La pompe à vapeur, brevetée par Severi, fonctionnait en faisant bouillir de l'eau jusqu'à ce qu'elle soit complètement transformée en vapeur. Ensuite, chaque goutte de vapeur montait dans le réservoir et un vide se formait dans le récipient où se trouvait à l'origine de l'eau. Ce vide était utilisé pour pomper l’eau des mines profondes. Mais la solution s’est avérée temporaire, puisque l’énergie de la vapeur était suffisante pour pomper de l’eau à plusieurs mètres de profondeur. Un autre inconvénient de cette conception était l’utilisation de la pression de vapeur pour expulser l’eau aspirée dans le réservoir. La pression était trop élevée pour les chaudières, provoquant de nombreuses explosions violentes.

Machines basse pression

La forte consommation de charbon inhérente aux machines à vapeur de Newcomen a été réduite grâce aux innovations de James Watt. Le cylindre de la machine basse pression était équipé d'une protection thermique, d'un condenseur séparé et d'un mécanisme d'évacuation de l'eau condensée. Ainsi, la consommation de charbon dans les machines basse pression a été réduite de plus de 50 %.

Ivan Polzunov et la première machine à vapeur à deux cylindres

La première machine à vapeur en Russie a été inventée par Ivan Polzunov. Sa machine à vapeur à deux cylindres était plus puissante que les moteurs anglais à aspiration naturelle. Ils atteignirent une puissance de 24 kW. Un modèle de la machine à vapeur à deux cylindres de Polzunov est exposé au musée de Barnaoul.

La machine à vapeur de Thomas Newcomen

En 1712, Thomas Newcomen invente une machine à vapeur qui connaît un grand succès d'un point de vue pratique. Son modèle consistait en un piston ou un cylindre qui entraînait un énorme bloc de bois pour entraîner une pompe à eau. La course de retour dans la machine était opérée par gravité, ce qui poussait l'extrémité du bloc du côté de la pompe vers le bas. La machine Newcomen a été activement utilisée pendant 50 ans. Ensuite, il a été reconnu comme inefficace, car son fonctionnement actif nécessitait beaucoup d'énergie. Il était nécessaire de chauffer le cylindre, car il refroidissait constamment, ce qui brûlait beaucoup de carburant.

Améliorations par James Watt

James Watt a véritablement révolutionné l'histoire du développement des machines à vapeur en introduisant un condenseur séparé dans la conception originale. Il introduisit cette innovation en 1765. Mais seulement 11 ans plus tard, il était possible de réaliser un modèle pouvant être utilisé à l’échelle industrielle. Le plus gros problème dans la réalisation de l'idée de Watt était la technologie permettant de créer un énorme piston pour maintenir la quantité de vide requise. Mais la technologie a rapidement fait de grands progrès et dès que le brevet a reçu un financement suffisant, la machine à vapeur de Watt a commencé à être activement utilisée sur les chemins de fer et les navires. Aux États-Unis, plus de 60 000 automobiles étaient propulsées par des moteurs à vapeur entre 1897 et 1927.

Machines à haute pression

En 1800, Richard Trevithick invente les machines à vapeur à haute pression. Comparée à toutes les conceptions de machines à vapeur inventées précédemment, cette option était la plus puissante. Mais le design proposé par Oliver Evans a été véritablement réussi. Il était basé sur l’idée d’alimenter le moteur avec de la vapeur, plutôt que de la condenser pour créer un vide. Evans a inventé la première machine à vapeur à haute pression et sans condensation en 1805. La machine était stationnaire et développait 30 tours par minute. Cette machine servait à l’origine à entraîner une scie. Ces machines étaient soutenues par d'immenses réservoirs d'eau, qui étaient chauffés par une source de chaleur placée directement sous le réservoir, ce qui permettait de générer efficacement la quantité de vapeur requise.

Ces machines à vapeur furent bientôt largement utilisées dans les bateaux à moteur et sur les chemins de fer, respectivement en 1802 et 1829. Près d’un demi-siècle plus tard, les premières voitures à vapeur font leur apparition. Charles Algernon Parsons a inventé la première turbine à vapeur en 1880. Au début du XXe siècle, les machines à vapeur étaient largement utilisées dans la construction automobile et navale.

Machines à vapeur de Cornouailles

Richard Trevethick a tenté d'améliorer la pompe à vapeur inventée par Watt. Il a été modifié pour être utilisé dans les chaudières de Cornouailles inventées par Trevethick. L'efficacité de la machine à vapeur de Cornouailles a été grandement améliorée par William Sims, Arthur Woolf et Samuel Groose. Les moteurs à vapeur de Cornouailles mis à jour se composaient de tuyaux, de moteurs et de chaudières isolés pour une efficacité accrue.

En contact avec

WATT, JAMES (Watt, James, 1736-1819), ingénieur et inventeur écossais. Né le 19 janvier 1736 à Greenock, près de Glasgow (Écosse), dans la famille d'un commerçant. En raison d'une mauvaise santé, Watt a peu étudié formellement, mais a beaucoup appris par lui-même. Déjà adolescent, il s'intéressait à l'astronomie, aux expériences chimiques, apprit à tout faire de ses propres mains et gagna même le titre de « touche-à-tout » de son entourage.

La plupart des gens le considèrent comme l’inventeur de la machine à vapeur, mais ce n’est pas tout à fait vrai.
Les machines à vapeur construites par D. Papen, T. Severi, I. Polzunov et T. Newcomen ont commencé à travailler dans les mines bien avant D. Watt. Leur conception différait, mais l'essentiel était que le mouvement du piston était provoqué par le chauffage et le refroidissement alternés du cylindre de travail. Pour cette raison, ils étaient lents et consommaient beaucoup de carburant.

Le 19 janvier 1736, James Watt (1736-1819), un ingénieur et inventeur écossais exceptionnel, devint célèbre principalement en tant que créateur d'une machine à vapeur améliorée. Mais il a également laissé une marque marquante dans l’histoire de la médecine de soins intensifs avec sa collaboration avec l’Institut Médical Pneumatique de Thomas Beddoes (Beddoes, Thomas, 1760-1808). James Watt a fourni aux laboratoires de l'institut le matériel nécessaire. Grâce à sa participation, les premiers inhalateurs, spiromètres, compteurs de gaz, etc. ont été créés et testés à l'Institut Pneumatique.

James Watt lui-même, ainsi que sa femme et l'un de ses fils, ont participé à plusieurs reprises à des expériences scientifiques. L'Institut pneumatique est devenu un véritable centre scientifique où l'on étudiait les propriétés de divers gaz et leurs effets sur le corps humain. On peut dire que Thomas Beddoe et ses associés furent les pionniers et les précurseurs de la thérapie respiratoire moderne. Malheureusement, Thomas Beddoe croyait à tort que la tuberculose était causée par un excès d'oxygène.
Par conséquent, le fils de James Watt, Gregory, a subi un traitement totalement inutile par inhalation de dioxyde de carbone à l'Institut pneumatique. Cependant, c'est à l'Institut pneumatique que l'oxygène fut utilisé pour la première fois à des fins médicales ; les bases de l'aérosolthérapie ont été développées ; Pour la première fois, la capacité totale des poumons a été mesurée selon la méthode de dilution de l'hydrogène (G. Davy), etc. Le point culminant de la collaboration entre Watt et Beddoe sur l'utilisation thérapeutique de divers gaz fut leur livre commun « Materials on the Medical Use of Artificial Varieties of Air », qui fut publié en deux éditions (1794, 1795) et devint le premier livre spécial. manuel sur l'oxygénothérapie.

En 1755, Watt se rend à Londres pour étudier en tant que mécanicien et fabricant d'instruments mathématiques et astronomiques. Après avoir suivi un programme de formation de sept ans en un an, Watt est retourné en Écosse et a obtenu un poste de mécanicien à l'Université de Glasgow. Parallèlement, il ouvre son propre atelier de réparation.
À l'université, Watt rencontra le grand chimiste écossais Joseph Black (1728-1799), qui découvrit le dioxyde de carbone en 1754. Cette réunion contribua au développement d'un certain nombre de nouveaux instruments chimiques nécessaires aux recherches ultérieures de Black, par exemple le calorimètre à glace. . À cette époque, Joseph Black travaillait sur le problème de la détermination de la chaleur de vaporisation et Watt participait à l'aspect technique des expériences.
En 1763, en tant que mécanicien universitaire, on lui demanda de réparer le modèle universitaire de la machine à vapeur de T. Newcomen.

Nous devrions ici faire une brève digression dans l’histoire de la création des machines à vapeur. On nous a autrefois enseigné à l'école, inculquant le « chauvinisme des grandes puissances », que la machine à vapeur a été inventée par le mécanicien serf russe Ivan Polzunov, et non par un certain James Watt, dont le rôle dans la création des machines à vapeur pouvait parfois être lu dans « mauvais »livres avec le point de vue des livres patriotiques. Mais en réalité, l'inventeur de la machine à vapeur n'est pas Ivan Polzunov, ni James Watt, mais l'ingénieur anglais Thomas Newcomen (1663-1729).
De plus, la première tentative de mettre la vapeur au service de l'homme a été faite en Angleterre en 1698 par l'ingénieur militaire Thomas Savery (Thomas Savery, 1650 ?-1715). Il crée un ascenseur à vapeur, destiné à drainer les mines et à pomper l'eau, et qui devient le prototype d'une machine à vapeur.

La machine de Savery fonctionnait de la manière suivante : d'abord, un réservoir scellé était rempli de vapeur, puis la surface extérieure du réservoir était refroidie avec de l'eau froide, provoquant la condensation de la vapeur et créant un vide partiel dans le réservoir. Après cela, l'eau, par exemple, provenant du fond du puits, était aspirée dans le réservoir par le tuyau d'admission et, après l'introduction de la portion suivante de vapeur, elle était rejetée par le tuyau de sortie. Le cycle s'est ensuite répété, mais l'eau n'a pu être remontée qu'à une profondeur inférieure à 10,36 m, puisque c'est en réalité la pression atmosphérique qui l'a poussée vers l'extérieur.

Cette machine n'a pas eu beaucoup de succès, mais elle a donné à Papen la brillante idée de remplacer la poudre à canon par de l'eau. Et en 1698, il construisit une machine à vapeur (la même année, l'Anglais Savery construisit également sa « machine à pompiers »). L'eau était chauffée à l'intérieur d'un cylindre vertical avec un piston à l'intérieur, et la vapeur résultante poussait le piston vers le haut. Au fur et à mesure que la vapeur se refroidissait et se condensait, le piston descendait sous l’influence de la pression atmosphérique. Ainsi, grâce à un système de blocs, la machine de Papen pourrait entraîner divers mécanismes, comme des pompes.

L'inventeur anglais Thomas Newcomen (1663 - 1729) connaissait les machines à vapeur de Savery et Papen, qui visitait souvent les mines du West Country, où il travaillait comme forgeron, et comprenait donc bien à quel point des pompes fiables étaient nécessaires pour empêcher les mines. des inondations. Il s'est associé au plombier et vitrier John Culley pour tenter de construire un meilleur modèle. Leur première machine à vapeur fut installée dans une mine du Staffordshire en 1712.

Comme dans la machine de Papen, le piston se déplaçait dans un cylindre vertical, mais dans l'ensemble, la machine de Newcomen était beaucoup plus avancée. Pour éliminer l'espace entre le cylindre et le piston, Newcomen attacha un disque de cuir souple à l'extrémité de ce dernier et versa un peu d'eau dessus.
La vapeur de la chaudière pénétrait dans la base du cylindre et soulevait le piston vers le haut. Lorsque de l'eau froide était injectée dans le cylindre, la vapeur se condensait, un vide se formait dans le cylindre et sous l'influence de la pression atmosphérique, le piston tombait. Cette course inverse éliminait l'eau du cylindre et, grâce à une chaîne reliée à un culbuteur qui se déplaçait comme une balançoire, soulevait la tige de la pompe. Lorsque le piston était au bas de sa course, de la vapeur pénétrait à nouveau dans le cylindre et, à l'aide d'un contrepoids fixé à la tige de la pompe ou au culbuteur, le piston revenait à sa position d'origine. Après cela, le cycle s'est répété.
La machine de Newcomen s'est avérée extrêmement réussie à l'époque et a été utilisée dans toute l'Europe pendant plus de 50 ans. Il était utilisé pour pomper l’eau de nombreuses mines en Grande-Bretagne. Il s'agit du premier produit à grande échelle de l'histoire de la technologie (plusieurs milliers de pièces ont été produites).
En 1740, une machine dotée d'un cylindre de 2,74 m de long et 76 cm de diamètre accomplissait en une journée le travail que des équipes de 25 hommes et 10 chevaux, travaillant par équipes, accomplissaient auparavant en une semaine.

En 1775, une machine encore plus grande construite par John Smeaton (créateur du phare d'Eddystone) vida le quai de Kronstadt, en Russie, en deux semaines. Auparavant, avec des éoliennes de grande puissance, cela prenait une année entière.
Et pourtant, la voiture de Newcomen était loin d'être parfaite. Elle ne convertissait qu'environ 1 % de l'énergie thermique en énergie mécanique et, par conséquent, consommait une énorme quantité de carburant, ce qui n'avait cependant pas beaucoup d'importance lorsque la machine fonctionnait dans les mines de charbon.

Dans l’ensemble, les machines de Newcomen ont joué un rôle important dans la préservation de l’industrie charbonnière. Grâce à leur aide, il a été possible de reprendre l'extraction du charbon dans de nombreuses mines inondées.
On peut dire de l’invention de Newcomen qu’il s’agissait véritablement d’une machine à vapeur, ou plutôt d’une machine à vapeur atmosphérique. Il se distinguait des prototypes précédents de machines à vapeur par les éléments suivants :

* la force motrice était la pression atmosphérique et la raréfaction était obtenue par condensation de vapeur ;
* il y avait un piston dans le cylindre, qui effectuait une course de travail sous l'influence de la vapeur ;
* le vide a été obtenu grâce à la condensation de la vapeur lorsque de l'eau froide était injectée dans le cylindre.
Par conséquent, en fait, l'inventeur de la machine à vapeur est à juste titre l'Anglais Thomas Newcomen, qui a développé sa machine à vapeur atmosphérique en 1712 (un demi-siècle avant Watt).

En faisant une brève excursion dans l'histoire de la création des machines à vapeur, on ne peut ignorer la personnalité de notre remarquable compatriote Ivan Ivanovitch Polzunov (1729-1766), qui a construit une machine à vapeur atmosphérique avant James Watt. En tant que mécanicien aux usines minières de Kolyvano-Voskresensky dans l'Altaï, le 25 avril 1763, il proposa un projet et une description d'une « machine à feu ». Le projet fut soumis à la table des chefs d'usines, qui l'approuvèrent et l'envoyèrent à Saint-Pétersbourg, d'où la réponse vint bientôt : "... Cette invention doit être honorée comme une invention nouvelle."
Polzunov a proposé de construire d'abord une petite machine sur laquelle il serait possible d'identifier et d'éliminer tous les défauts inévitables d'une nouvelle invention. La direction de l'usine n'était pas d'accord avec cela et a décidé de construire immédiatement une énorme machine pour un ventilateur puissant. En avril 1764, Polzunov commença la construction d'une machine 15 fois plus puissante que le projet de 1763.

Il a pris l'idée d'un moteur à vapeur-atmosphérique du livre de I. Schlatter « Instructions détaillées pour l'exploitation minière… » (Saint-Pétersbourg, 1760).
Mais le moteur de Polzunov était fondamentalement différent des voitures anglaises de Savery et Newcomen. Ils étaient monocylindres et ne convenaient qu'au pompage de l'eau des mines. Le moteur continu à deux cylindres de Polzunov pouvait fournir du souffle au four et pomper de l'eau. À l'avenir, l'inventeur espérait l'adapter à d'autres besoins.
La construction de la machine a été confiée à Polzunov, pour l'aide duquel « deux des artisans locaux qui ne connaissent pas, mais n'ont qu'une seule inclination pour cela », et plusieurs ouvriers auxiliaires ont été affectés. Avec ce « personnel », Polzunov commença à construire sa voiture. La construction a duré un an et neuf mois. Alors que la machine avait déjà réussi le premier test, l'inventeur tomba malade d'une phtisie passagère et mourut le 16 (28) mai 1766, quelques jours avant les tests finaux.
Le 23 mai 1766, les étudiants de Polzunov, Levzine et Tchernitsyne, commencèrent seuls les derniers essais de la machine à vapeur. Le « Day Note » du 4 juillet notait que les machines étaient en bon état de fonctionnement, et le 7 août 1766, l'ensemble de l'usine, machine à vapeur et puissante soufflante, fut mise en service. En seulement trois mois de fonctionnement, la machine de Polzunov a non seulement justifié tous les coûts de sa construction d'un montant de 7 233 roubles 55 kopecks, mais a également généré un bénéfice net de 12 640 roubles 28 kopecks. Cependant, le 10 novembre 1766, après la combustion de la chaudière du moteur, celui-ci resta inactif pendant 15 ans, 5 mois et 10 jours. En 1782, la voiture fut démontée. (Encyclopédie du territoire de l'Altaï. Barnaoul. 1996. T. 2. P. 281-282 ; Barnaoul. Chronique de la ville. Barnaoul. 1994. partie 1. p. 30).

Parallèlement, James Watt travaille à la création d'une machine à vapeur en Angleterre. En 1763, en tant que mécanicien universitaire, on lui demanda de réparer le modèle universitaire de la machine à vapeur de T. Newcomen.
En déboguant le modèle universitaire de la machine atmosphérique à vapeur de T. Newcomen, Watt est devenu convaincu de la faible efficacité de ces machines. Il a eu l'idée d'améliorer les paramètres de la machine à vapeur. Il était clair pour lui que le principal inconvénient de la machine de Newcomen était le chauffage et le refroidissement alternés du cylindre. Comment cela peut-il être évité ? La réponse parvint à Watt un dimanche de printemps de 1765. Il réalisa que le cylindre pouvait rester constamment chaud si la vapeur était déviée vers un réservoir séparé via une canalisation dotée d'une vanne avant la condensation. Dans ce cas, le transfert du processus de condensation de la vapeur à l’extérieur du cylindre devrait permettre de réduire la consommation de vapeur. De plus, le cylindre peut rester chaud et le condenseur froid si l'extérieur de ceux-ci est recouvert d'un matériau isolant.
Les améliorations apportées par Watt à la machine à vapeur (régulateur centrifuge, condenseur de vapeur séparé, joints, etc.) ont non seulement augmenté l'efficacité de la machine, mais ont également finalement transformé la machine à vapeur atmosphérique en une machine à vapeur et, surtout, le la machine est devenue facilement contrôlable.
En 1768, il dépose une demande de brevet pour son invention. Il reçut un brevet en 1769, mais pendant longtemps il fut incapable de construire une machine à vapeur. Et ce n'est qu'en 1776, avec le soutien financier du Dr Rebeck, fondateur de la première usine métallurgique d'Écosse, que la machine à vapeur de Watt fut enfin construite et testée avec succès.

La première machine de Watt s'est avérée deux fois plus efficace que celle de Newcomen. Il est intéressant de noter que les développements qui ont suivi l'invention originale de Newcomen étaient basés sur le concept de « capacité » du moteur, c'est-à-dire le nombre de pieds-livres d'eau pompés par boisseau de charbon. On ignore désormais qui a eu l’idée de cette unité. Cet homme n'est pas entré dans l'histoire de la science, mais il s'agissait probablement d'un propriétaire de mine à la poigne serrée qui a remarqué que certains moteurs fonctionnaient plus efficacement que d'autres et ne pouvait pas permettre à la mine voisine d'avoir un taux de production plus élevé.
Et bien que les tests de la machine aient été couronnés de succès, au cours de son fonctionnement ultérieur, il est devenu évident que le premier modèle de Watt n’était pas entièrement réussi et la coopération avec Rebeck a été interrompue. Malgré le manque de fonds, Watt a continué à travailler à l'amélioration de la machine à vapeur. Son travail suscite l'intérêt de Matthew Boulton, ingénieur et riche industriel, propriétaire d'une usine métallurgique à Soho, près de Birmingham. En 1775, Watt et Boulton concluent un accord de partenariat.
En 1781, James Watt reçut un brevet pour l'invention du deuxième modèle de sa machine. Parmi les innovations introduites dans celui-ci et dans les modèles ultérieurs figuraient :

* un cylindre à double effet, dans lequel la vapeur était fournie alternativement sur les côtés opposés du piston, tandis que la vapeur d'échappement entrait dans le condenseur ;
* une enveloppe thermique qui entourait le cylindre de travail pour réduire les pertes de chaleur, et une bobine ;
* transformation du mouvement alternatif du piston en mouvement de rotation de l'arbre, d'abord grâce à un mécanisme bielle-manivelle, puis à l'aide d'une transmission à engrenages, qui était le prototype d'une boîte de vitesses planétaire ;
* régulateur centrifuge pour maintenir une vitesse d'arbre constante et un volant d'inertie pour réduire la rotation inégale.
En 1782, cette machine remarquable, la première machine à vapeur universelle « à double effet », fut construite. Watt a équipé le couvercle du cylindre d'un joint d'huile récemment inventé, qui garantissait le libre mouvement de la tige de piston, mais empêchait les fuites de vapeur du cylindre. La vapeur pénétrait dans le cylindre alternativement d'un côté du piston puis de l'autre, créant un vide du côté opposé du cylindre. Par conséquent, le piston effectuait à la fois la course de travail et la course de retour à l'aide de vapeur, ce qui n'était pas le cas dans les machines précédentes.

De plus, en 1782, James Watt a introduit le principe de l'action d'expansion, en divisant le flux de vapeur dans un cylindre au début de son écoulement afin qu'il commence à se dilater pendant le reste du cycle sous sa propre pression. L'action d'expansion signifie une certaine perte de puissance, mais un gain de « performance ». Parmi toutes ces idées, la plus utile de Watt était celle de l’action expansionniste. Dans sa mise en œuvre pratique ultérieure, le diagramme indicateur créé vers 1790 par l'assistant de Watt, James Southern, s'est avéré très utile.
L'indicateur était un appareil d'enregistrement qui pouvait être fixé au moteur afin d'enregistrer la pression dans le cylindre en fonction du volume de vapeur entrant lors d'une course donnée. L'aire sous une telle courbe était une mesure du travail effectué au cours d'un cycle donné. L'indicateur a été utilisé pour régler le moteur aussi efficacement que possible. Ce même diagramme devint plus tard une partie du célèbre cycle de Carnot (Sadi Carnot, 1796-1832) en thermodynamique théorique.
Étant donné que dans une machine à vapeur à double effet, la tige de piston effectuait une action de traction et de poussée, l'ancien système d'entraînement composé de chaînes et de culbuteurs, qui ne répondaient qu'à la traction, a dû être repensé. Watt a développé un système de tiges couplées et a utilisé un mécanisme planétaire pour convertir le mouvement alternatif de la tige de piston en mouvement de rotation, a utilisé un volant d'inertie lourd, un contrôleur de vitesse centrifuge, une vanne à disque et un manomètre pour mesurer la pression de la vapeur.

La machine à vapeur universelle à double effet et à rotation continue (machine à vapeur de Watt) s'est généralisée et a joué un rôle important dans la transition vers la production mécanique.
La « machine à vapeur rotative » brevetée par James Watt a d'abord été largement utilisée pour entraîner les machines et les métiers à tisser des usines de filature et de tissage, puis d'autres entreprises industrielles. Cela a conduit à une forte augmentation de la productivité du travail. C'est à partir de ce moment que les Britanniques comptent sur le début de la grande révolution industrielle, qui a amené l'Angleterre à une position de leader dans le monde.
Le moteur de James Watt convenait à n'importe quelle voiture, et les inventeurs des mécanismes automoteurs n'ont pas tardé à en profiter. C'est ainsi que la machine à vapeur est arrivée au transport (le bateau à vapeur de Fulton, 1807 ; la locomotive à vapeur de Stephenson, 1815). Grâce à son avantage en matière de moyens de transport, l’Angleterre devient la première puissance mondiale.
En 1785, Watt a breveté l'invention d'un nouveau four à chaudière et, la même année, l'une des machines de Watt a été installée à Londres dans la brasserie Samuel Whitbread pour broyer le malt. La machine faisait le travail au lieu de 24 chevaux. Son diamètre de cylindre était de 63 cm, la course du piston de 1,83 m et le diamètre du volant d'inertie de 4,27 m. La machine a survécu jusqu'à ce jour et peut aujourd'hui être vue en action au Powerhouse Museum de Sydney.

La société Boulton et Watt, créée en 1775, a connu toutes les vicissitudes du sort, depuis la baisse de la demande pour ses produits jusqu'à la protection de ses droits d'invention devant les tribunaux. Cependant, depuis 1783, les affaires de cette entreprise, qui monopolisait la production de machines à vapeur, se déchaînèrent. James Watt devint ainsi un homme très riche et Watt apporta une aide très, très importante à l'Institut médical pneumatique de Thomas Beddoes (Beddoes, Thomas, 1760-1808), avec lequel il commença à collaborer à cette époque.
Malgré son activité vigoureuse dans la création de machines à vapeur, Watt n'a pris sa retraite de son poste à l'Université de Glasgow qu'en 1800. Huit ans après sa démission, il a créé le « Watt Prize » pour les meilleurs étudiants et professeurs de l'université. Le laboratoire technique universitaire dans lequel il commença ses activités commença à porter son nom. Un collège de Greenock (Écosse), ville natale de l’inventeur, porte également le nom de James Watt.

L'évolution de la machine à vapeur par J. Watt

1774 Vapeur
pompe de puisard 1781 Machine à vapeur
avec couple sur l'arbre 1784 Machine à vapeur
double action avec KShM
Il est intéressant de noter qu’à un moment donné, Watt a proposé une unité telle que le « cheval-vapeur » comme unité de puissance. Cette unité de mesure a survécu jusqu'à ce jour. Mais en Angleterre, où Watt est vénéré comme un pionnier de la révolution industrielle, ils en ont décidé autrement. En 1882, la British Association of Engineers décida de donner son nom à une unité de puissance. Désormais, le nom de James Watt peut être lu sur n'importe quelle ampoule. C’était la première fois dans l’histoire de la technologie qu’une unité de mesure recevait son propre nom. De cet incident est née la tradition consistant à attribuer des noms propres aux unités de mesure.

Watt vécut une longue vie et mourut le 19 août 1819 à Heathfield près de Birmingham. Sur le monument à James Watt, il est écrit : « Augmentation du pouvoir de l'homme sur la nature ». C'est ainsi que les contemporains évaluaient les activités du célèbre inventeur anglais.

L'histoire du développement de la machine à vapeur est décrite de manière suffisamment détaillée dans cet article. Voici les solutions et inventions les plus célèbres de 1672-1891.

Premiers développements.

Commençons par le fait qu'au XVIIe siècle, la vapeur a commencé à être considérée comme un moyen de propulsion, toutes sortes d'expériences ont été réalisées avec elle et ce n'est qu'en 1643 qu'Evangelista Torricelli a découvert l'effet de puissance de la pression de la vapeur. Christian Huygens, 47 ans plus tard, conçoit la première machine motrice, alimentée par l'explosion de poudre à canon dans un cylindre. Il s'agissait du premier prototype de moteur à combustion interne. La machine de prise d'eau de l'abbé Hautefey repose sur un principe similaire. Bientôt, Denis Papin décida de remplacer la force de l'explosion par la force moins puissante de la vapeur. En 1690, il construisit première machine à vapeur, également connue sous le nom de chaudière à vapeur.

Il s'agissait d'un piston qui, à l'aide de l'eau bouillante, se déplaçait vers le haut dans le cylindre et, en raison du refroidissement ultérieur, retombait - c'est ainsi que la force était créée. L'ensemble du processus s'est déroulé de cette manière : un four était placé sous le cylindre, qui servait en même temps de chaudière ; Lorsque le piston était en position haute, le four reculait pour faciliter le refroidissement.

Plus tard, deux Anglais, Thomas Newcomen et Cowley, l'un forgeron, l'autre vitrier, améliorèrent le système en séparant la chaudière et le cylindre et en ajoutant un réservoir d'eau froide. Ce système fonctionnait par des vannes ou des robinets, un pour la vapeur et un pour l'eau, qui étaient alternativement ouverts et fermés. Ensuite, l'Anglais Beighton a reconstruit la commande des vannes pour en faire une véritable commande d'horloge.

Application des machines à vapeur dans la pratique.

La machine de Newcomen se fait rapidement connaître partout et est notamment améliorée par le système à double action développé par James Watt en 1765. Maintenant Machine à vapeur s'est avéré suffisamment complet pour être utilisé dans des véhicules, même si, en raison de ses dimensions, il était mieux adapté aux installations fixes. Watt a également proposé ses inventions dans l'industrie ; il construisit également des machines pour les usines textiles.

La première machine à vapeur utilisée comme moyen de transport a été inventée par le Français Nicolas Joseph Cugnot, ingénieur et stratège militaire amateur. En 1763 ou 1765, il crée une voiture pouvant transporter quatre passagers à une vitesse moyenne de 3,5 et une vitesse maximale de 9,5 km/h. La première tentative a été suivie d'une seconde : un véhicule est apparu pour transporter des armes. Naturellement, il a été testé par l'armée, mais en raison de l'impossibilité de fonctionnement à long terme (le cycle de fonctionnement continu de la nouvelle machine ne dépassait pas 15 minutes), l'inventeur n'a pas reçu le soutien des autorités et des financiers. Pendant ce temps, la machine à vapeur était améliorée en Angleterre. Après plusieurs tentatives infructueuses de Moore, William Murdoch et William Symington basées sur la voiture de Watt, le véhicule ferroviaire de Richard Travisick, commandé par une mine de charbon galloise, est apparu. Un inventeur actif est venu au monde : des mines souterraines, il est sorti du sol et a présenté à l'humanité en 1802 une puissante voiture de tourisme qui atteignait une vitesse de 15 km/h sur terrain plat et de 6 km/h sur une colline.

Les véhicules à vapeur sont de plus en plus utilisés aux États-Unis : Nathan Reed surprend les habitants de Philadelphie en 1790 avec son modèle de voiture à vapeur. Cependant, son compatriote Oliver Evans est devenu encore plus célèbre, qui, quatorze ans plus tard, a inventé le véhicule amphibie. Après les guerres napoléoniennes, durant lesquelles les « expérimentations automobiles » n'ont pas été réalisées, les travaux ont repris sur invention et amélioration de la machine à vapeur. En 1821, il pouvait être considéré comme parfait et tout à fait fiable. Depuis, chaque avancée dans le domaine des véhicules à vapeur a définitivement contribué au développement des automobiles du futur.

En 1825, Sir Goldsworth Gurney organisa la première ligne de passagers sur un tronçon de 171 km reliant Londres à Bath. Parallèlement, il utilise une voiture qu'il a brevetée et qui était équipée d'une machine à vapeur. C'est le début de l'ère des transports routiers à grande vitesse, qui ont cependant disparu en Angleterre, mais se sont répandus en Italie et en France. Ces véhicules atteignent leur apogée avec l'apparition en 1873 du "Reverance" d'Amédée Ballet pesant 4 500 kg et du "Mancel", plus compact, pesant un peu plus de 2 500 kg et atteignant une vitesse de 35 km/h. Tous deux étaient les précurseurs du type de technologie de performance qui est devenue caractéristique des premières « vraies » voitures. Malgré la vitesse élevée efficacité des machines à vapeurétait très petit. C'est Bolle qui a breveté le premier système de direction fonctionnel, et il a si bien disposé les commandes et les éléments de commande que nous pouvons encore le voir aujourd'hui sur le tableau de bord.

Malgré les énormes progrès réalisés dans le développement du moteur à combustion interne, la puissance de la vapeur assurait toujours un fonctionnement plus régulier et plus fluide de la voiture et avait donc de nombreux partisans. Comme Bolle, qui construisit d'autres voitures légères, comme la Rapide en 1881 avec une vitesse de 60 km/h, la Nouvelle en 1873, qui avait un essieu avant à suspension indépendante, Léon Chevrolet lança plusieurs voitures entre 1887 et 1907 avec un générateur de vapeur léger et compact, breveté par lui en 1889. De Dion-Bouton, fondée à Paris en 1883, a produit des voitures à vapeur pendant les dix premières années de son existence et a remporté un succès important dans ce domaine : ses voitures ont remporté la course Paris-Rouen en 1894.

Le succès de Panhard et Levassor dans l'utilisation de l'essence a cependant conduit De Dion à se tourner vers les moteurs à combustion interne. Lorsque les frères Bolle reprirent l'entreprise de leur père, ils firent de même. Puis Chevrolet a reconstruit sa production. Les voitures à vapeur disparaissaient de plus en plus vite de l’horizon, alors qu’elles étaient utilisées aux États-Unis avant 1930. A ce moment précis, la production s'est arrêtée et invention des machines à vapeur

Les possibilités d'utilisation de l'énergie vapeur étaient connues au début de notre ère. Ceci est confirmé par un appareil appelé aeolipile héronien, créé par l'ancien mécanicien grec Héron d'Alexandrie. L'invention ancienne peut être attribuée à la turbine à vapeur, dont la bille tournait sous l'effet de la force des jets de vapeur d'eau.

Il est devenu possible d’utiliser la vapeur pour faire fonctionner des moteurs au XVIIe siècle. Cette invention n’a pas été utilisée longtemps, mais elle a apporté une contribution significative au développement de l’humanité. De plus, l’histoire de l’invention des machines à vapeur est très fascinante.

Concept

Une machine à vapeur est constituée d'un moteur thermique à combustion externe, qui utilise l'énergie de la vapeur d'eau pour créer le mouvement mécanique d'un piston, qui à son tour fait tourner un arbre. La puissance d’une machine à vapeur se mesure généralement en watts.

Histoire des inventions

L'histoire de l'invention des machines à vapeur est liée à la connaissance de la civilisation grecque antique. Pendant longtemps, personne n’a utilisé les œuvres de cette époque. Au XVIe siècle, on tenta de créer une turbine à vapeur. Le physicien et ingénieur turc Takiyuddin al-Shami y a travaillé en Égypte.

L'intérêt pour ce problème réapparaît au XVIIe siècle. En 1629, Giovanni Branca propose sa propre version d'une turbine à vapeur. Cependant, les inventions ont perdu une grande quantité d’énergie. Les développements ultérieurs nécessitaient des conditions économiques appropriées, qui apparaîtront plus tard.

Denis Papin est considéré comme le premier à avoir inventé la machine à vapeur. L'invention était un cylindre avec un piston qui monte à cause de la vapeur et descend à cause de sa condensation. Les appareils de Savery et Newcomen (1705) avaient le même principe de fonctionnement. L'équipement était utilisé pour pomper l'eau des chantiers pendant l'exploitation minière.

Watt réussit finalement à améliorer l'appareil en 1769.

Inventions de Denis Papin

Denis Papin était médecin de formation. Né en France, il s'installe en Angleterre en 1675. Il est célèbre pour plusieurs de ses inventions. L’un d’eux est un autocuiseur, appelé « chaudron de Papen ».

Il a pu identifier la relation entre deux phénomènes, à savoir le point d'ébullition d'un liquide (l'eau) et la pression qui en résulte. Grâce à cela, il a créé un chaudron scellé, à l'intérieur duquel la pression a été augmentée, ce qui a fait bouillir l'eau plus tard que d'habitude et a augmenté la température de traitement des produits qui y étaient placés. Cela a augmenté la vitesse de cuisson.

En 1674, un inventeur médical créa un moteur à poudre. Son travail consistait dans le fait que lorsque la poudre à canon s'enflammait dans le cylindre, le piston se déplaçait. Un faible vide s'est formé dans le cylindre et la pression atmosphérique a remis le piston à sa place. Les éléments gazeux formés dans ce cas sortaient par la vanne et les autres étaient refroidis.

En 1698, Papen réussit à créer une unité utilisant le même principe, fonctionnant non pas avec de la poudre à canon, mais avec de l'eau. Ainsi, la première machine à vapeur fut créée. Malgré les progrès significatifs que l'idée aurait pu conduire, elle n'a pas apporté d'avantages significatifs à son inventeur. Cela était dû au fait qu'auparavant, un autre mécanicien, Savery, avait déjà breveté une pompe à vapeur et qu'à cette époque, aucune autre application n'avait encore été inventée pour de telles unités.

Denis Papin meurt à Londres en 1714. Malgré le fait qu'il ait inventé la première machine à vapeur, il a quitté ce monde dans le besoin et la solitude.

Inventions de Thomas Newcomen

L'Anglais Newcomen s'est avéré plus performant en termes de dividendes. Lorsque Papin crée sa machine, Thomas a 35 ans. Il a étudié attentivement le travail de Savery et Papin et a pu comprendre les défauts des deux conceptions. D'eux, il a pris toutes les meilleures idées.

Déjà en 1712, en collaboration avec le maître verrier et plombier John Culley, il créait son premier modèle. C'est ainsi que s'est poursuivie l'histoire de l'invention des machines à vapeur.

Le modèle créé peut être brièvement expliqué comme suit :

• La conception combinait un cylindre vertical et un piston, comme celui de Papin.
• La création de vapeur s'effectuait dans une chaudière séparée, qui fonctionnait sur le principe de la machine Savery.
• L'étanchéité du cylindre à vapeur était obtenue grâce au cuir dont le piston était recouvert.

L'unité de Newcomen extrayait l'eau des mines en utilisant la pression atmosphérique. La machine était de grande taille et nécessitait une grande quantité de charbon pour fonctionner. Malgré ces défauts, le modèle de Newcomen fut utilisé dans les mines pendant un demi-siècle. Il a même permis la réouverture de mines abandonnées en raison des inondations des nappes phréatiques.

En 1722, l'idée de Newcomen prouva son efficacité en pompant l'eau d'un navire à Cronstadt en seulement deux semaines. Un système d'éolienne pourrait le faire en un an.

En raison du fait que la machine a été créée sur la base de versions antérieures, le mécanicien anglais n'a pas pu obtenir de brevet pour celle-ci. Les concepteurs ont tenté d’utiliser l’invention pour déplacer un véhicule, mais sans succès. L’histoire de l’invention des machines à vapeur ne s’est pas arrêtée là.

L'invention de Watt

James Watt a été le premier à inventer un équipement compact mais suffisamment puissant. La machine à vapeur était la première du genre. Un mécanicien de l'Université de Glasgow commença à réparer l'unité à vapeur de Newcomen en 1763. Grâce à la réparation, il a compris comment réduire la consommation de carburant. Pour ce faire, il était nécessaire de maintenir le cylindre dans un état constamment chauffé. Cependant, la machine à vapeur de Watt ne pouvait pas être prête tant que le problème de la condensation de la vapeur n'était pas résolu.

La solution est venue lorsqu'un mécanicien passait devant les blanchisseries et a remarqué des nuages ​​de vapeur s'échappant de sous les couvercles des chaudières. Il s’est rendu compte que la vapeur est un gaz et qu’elle doit se déplacer dans un cylindre à pression réduite.

En scellant l’intérieur du cylindre à vapeur avec une corde de chanvre imbibée d’huile, Watt a pu éliminer la pression atmosphérique. C’était un grand pas en avant.

En 1769, un mécanicien a reçu un brevet selon lequel la température du moteur dans une machine à vapeur serait toujours égale à la température de la vapeur. Cependant, les choses ne se sont pas déroulées aussi bien que prévu pour l’inventeur malchanceux. Il a été contraint de mettre le brevet en gage pour ses dettes.

En 1772, il rencontre Matthew Bolton, un riche industriel. Il a acheté et restitué les brevets de Watt. L'inventeur est retourné au travail, soutenu par Bolton. En 1773, la machine à vapeur de Watt fut testée et démontra qu'elle consommait beaucoup moins de charbon que ses homologues. Un an plus tard, la production de ses voitures débute en Angleterre.

En 1781, l'inventeur réussit à breveter sa prochaine création : une machine à vapeur pour entraîner des machines industrielles. À terme, toutes ces technologies permettront de déplacer des trains et des bateaux à vapeur grâce à la vapeur. Cela changera complètement la vie d'une personne.

L'une des personnes qui ont changé la vie de nombreuses personnes est James Watt, dont la machine à vapeur a accéléré le progrès technologique.

L'invention de Polzunov

La conception de la première machine à vapeur, capable d’alimenter divers mécanismes de travail, a été créée en 1763. Il a été développé par le mécanicien russe I. Polzunov, qui travaillait dans les usines minières de l'Altaï.

Le chef des usines a été familiarisé avec le projet et a reçu le feu vert pour créer l'appareil depuis Saint-Pétersbourg. La machine à vapeur de Polzunov a été reconnue et les travaux de sa création ont été confiés à l'auteur du projet. Ce dernier souhaitait d'abord assembler le modèle en miniature afin d'identifier et d'éliminer d'éventuels défauts non visibles sur le papier. Cependant, il reçut l'ordre de commencer la construction d'une machine grande et puissante.

Polzunov disposait d'assistants, dont deux étaient en mécanique et deux étaient nécessaires pour effectuer des travaux auxiliaires. Il a fallu un an et neuf mois pour créer la machine à vapeur. Lorsque la machine à vapeur de Polzunov fut presque prête, il tomba malade de consomption. Le créateur est décédé quelques jours avant les premiers tests.

Toutes les actions dans la machine se déroulaient automatiquement ; elle pouvait fonctionner en continu. Cela fut prouvé en 1766, lorsque les étudiants de Polzunov effectuèrent les derniers tests. Un mois plus tard, l'équipement était mis en service.

La voiture a non seulement récupéré l'argent dépensé, mais a également généré des bénéfices pour ses propriétaires. À l’automne, la chaudière a fui et les travaux ont été arrêtés. L'unité pouvait être réparée, mais cela n'intéressait pas la direction de l'usine. La voiture a été abandonnée et une décennie plus tard, elle a été démontée car inutile.

Principe de fonctionnement

Une chaudière à vapeur est nécessaire pour faire fonctionner l’ensemble du système. La vapeur qui en résulte se dilate et appuie sur le piston, entraînant le mouvement des pièces mécaniques.

Le principe de fonctionnement peut être mieux étudié à l'aide de l'illustration ci-dessous.

Sans entrer dans les détails, le travail d’une machine à vapeur consiste à convertir l’énergie de la vapeur en mouvement mécanique d’un piston.

Efficacité

L'efficacité d'une machine à vapeur est déterminée par le rapport entre le travail mécanique utile et la quantité de chaleur dépensée contenue dans le carburant. L’énergie libérée dans l’environnement sous forme de chaleur n’est pas prise en compte.

L'efficacité d'une machine à vapeur se mesure en pourcentage. L'efficacité pratique sera de 1 à 8 %. S'il y a un condenseur et que le trajet d'écoulement est élargi, ce chiffre peut augmenter jusqu'à 25 %.

Avantages

Le principal avantage des équipements à vapeur est que la chaudière peut utiliser n'importe quelle source de chaleur, à la fois le charbon et l'uranium, comme combustible. Cela le distingue considérablement d'un moteur à combustion interne. Selon le type de ce dernier, un certain type de carburant est requis.

L’histoire de l’invention des machines à vapeur a montré des avantages qui sont encore perceptibles aujourd’hui, puisque l’énergie nucléaire peut être utilisée pour son équivalent vapeur. Un réacteur nucléaire lui-même ne peut pas convertir son énergie en travail mécanique, mais il est capable de générer de grandes quantités de chaleur. C’est ce qui sert à générer de la vapeur, qui mettra la voiture en mouvement. L'énergie solaire peut être utilisée de la même manière.

Les locomotives à vapeur fonctionnent bien à haute altitude. L'efficacité de leur travail ne souffre pas de la faible pression atmosphérique en montagne. Les locomotives à vapeur sont encore utilisées dans les montagnes d'Amérique latine.

En Autriche et en Suisse, de nouvelles versions de locomotives à vapeur fonctionnant à la vapeur sèche sont utilisées. Ils font preuve d’une grande efficacité grâce à de nombreuses améliorations. Ils ne nécessitent aucun entretien et consomment des fractions pétrolières légères comme carburant. En termes d'indicateurs économiques, elles sont comparables aux locomotives électriques modernes. Dans le même temps, les locomotives à vapeur sont beaucoup plus légères que leurs homologues diesel et électriques. C'est un gros avantage dans les zones montagneuses.

Défauts

Les inconvénients incluent tout d'abord une faible efficacité. A cela s'ajoute l'encombrement de la conception et la faible vitesse. Cela est devenu particulièrement visible après l’avènement du moteur à combustion interne.

Application

On sait déjà qui a inventé la machine à vapeur. Reste à savoir où ils ont été utilisés. Jusqu’au milieu du XXe siècle, les machines à vapeur étaient utilisées dans l’industrie. Ils étaient également utilisés pour le transport ferroviaire et à vapeur.

Usines qui exploitaient des machines à vapeur :

• sucre;
• correspondre;
• Papeteries;
• textile;
• entreprises alimentaires (dans certains cas).

Les turbines à vapeur font également partie de cet équipement. Les générateurs d'électricité fonctionnent toujours avec leur aide. Environ 80 % de l’électricité mondiale est produite à l’aide de turbines à vapeur.

À une certaine époque, différents types de transports propulsés par une machine à vapeur ont été créés. Certains n'ont pas pris racine en raison de problèmes non résolus, tandis que d'autres continuent de fonctionner aujourd'hui.

Transport à vapeur :

• voiture;
• tracteur;
• excavatrice;
• avion;
• locomotive;
• navire;
• tracteur.

C'est l'histoire de l'invention des machines à vapeur. Considérons brièvement un exemple réussi de voiture de course Serpolle, créée en 1902. Il a établi un record du monde de vitesse de 120 km/h sur terre. C'est pourquoi les voitures à vapeur étaient compétitives par rapport à leurs homologues électriques et à essence.

Ainsi, aux États-Unis, en 1900, c'est aux États-Unis que l'on produisait le plus de machines à vapeur. On les trouvait sur les routes jusque dans les années trente du XXe siècle.

La plupart de ces moyens de transport sont devenus impopulaires après l'avènement du moteur à combustion interne, dont le rendement est bien supérieur. Ces voitures étaient plus économiques, tout en étant légères et rapides.

Steampunk comme tendance de l'ère des machines à vapeur

En parlant de machines à vapeur, je voudrais mentionner une tendance populaire : le steampunk. Le terme se compose de deux mots anglais : « steam » et « protest ». Le Steampunk est un type de science-fiction qui se déroule dans la seconde moitié du XIXe siècle dans l'Angleterre victorienne. Cette période de l’histoire est souvent appelée l’ère de la vapeur.

Toutes les œuvres ont une particularité : elles racontent la vie dans la seconde moitié du XIXe siècle, le style de narration rappelle le roman de H. G. Wells « The Time Machine ». Les histoires décrivent les paysages urbains, les bâtiments publics et la technologie. Une place particulière est accordée aux dirigeables, aux voitures anciennes et aux inventions bizarres. Toutes les pièces métalliques étaient fixées avec des rivets, car le soudage n'était pas encore utilisé.

Le terme « steampunk » est né en 1987. Sa popularité est associée à l'apparition du roman « The Difference Engine ». Il a été écrit en 1990 par William Gibson et Bruce Sterling.

Au début du XXIe siècle, plusieurs films célèbres sortent dans ce sens :

• "Machine à remonter le temps";
• "La Ligue des Gentlemen Extraordinaires";
• "Van Helsing".

Les précurseurs du steampunk incluent les œuvres de Jules Verne et de Grigori Adamov. L'intérêt pour cette tendance se manifeste de temps en temps dans toutes les sphères de la vie - du cinéma aux vêtements de tous les jours.

L'intérêt pour la vapeur d'eau comme source d'énergie accessible est apparu avec les premières connaissances scientifiques des Anciens. Les gens tentent d'apprivoiser cette énergie depuis trois mille ans. Quelles sont les principales étapes de ce parcours ? Quelles pensées et quels projets ont appris à l’humanité à en tirer le meilleur parti ?

Conditions préalables à l’émergence des machines à vapeur

Le besoin de mécanismes capables de faciliter les processus à forte intensité de main-d’œuvre a toujours existé. Jusqu'au milieu du XVIIIe siècle environ, des moulins à vent et des roues hydrauliques étaient utilisés à cet effet. La possibilité d’utiliser l’énergie éolienne dépend directement des aléas climatiques. Et pour utiliser les roues hydrauliques, il a fallu construire des usines le long des berges des rivières, ce qui n’est pas toujours pratique ni pratique. Et l’efficacité des deux était extrêmement faible. Un moteur fondamentalement nouveau était nécessaire, facilement gérable et dépourvu de ces inconvénients.

Histoire de l'invention et de l'amélioration des machines à vapeur

La création d'une machine à vapeur est le résultat de nombreuses réflexions, du succès et de la déception de nombreux scientifiques.

Le début du chemin

Les premiers projets isolés n’étaient que des curiosités intéressantes. Par exemple, Archimède conçu un pistolet à vapeur, Héron d'Alexandrie utilisait l'énergie de la vapeur pour ouvrir les portes des temples antiques. Et les chercheurs trouvent des notes sur l'utilisation pratique de l'énergie de la vapeur pour piloter d'autres mécanismes en cours de réalisation. Léonard de Vinci.

Regardons les projets les plus significatifs sur ce sujet.

Au XVIe siècle, l'ingénieur arabe Taghi al Din a développé une conception de turbine à vapeur primitive. Cependant, il n'a pas reçu d'application pratique en raison de la forte dispersion du jet de vapeur fourni aux aubes de la roue de turbine.

Revenons à la France médiévale. Le physicien et inventeur talentueux Denis Papin, après de nombreux projets infructueux, a opté pour la conception suivante : un cylindre vertical était rempli d'eau, au-dessus duquel un piston était installé.

Le cylindre était chauffé, l'eau était bouillie et évaporée. La vapeur en expansion souleva le piston. On le fixait au point haut de la montée et on attendait que le cylindre refroidisse et que la vapeur se condense. Une fois la vapeur condensée, un vide se forme dans le cylindre. Le piston, libéré de sa fixation, s'engouffre dans le vide sous l'influence de la pression atmosphérique. C'était cette chute du piston qui était censée servir de course de travail.

Ainsi, la course utile du piston était provoquée par la formation d'un vide dû à la condensation de la vapeur et à la pression externe (atmosphérique).

Parce que la machine à vapeur de Papen comme la plupart des projets ultérieurs, on les appelait des machines à vapeur et atmosphériques.

Cette conception présentait un inconvénient très important - la répétabilité du cycle n’était pas fournie. Denis a l'idée de produire de la vapeur non pas dans un cylindre, mais séparément dans une chaudière à vapeur.

Denis Papin est entré dans l'histoire de la création des machines à vapeur en tant qu'inventeur d'un élément très important : la chaudière à vapeur.

Et depuis que la vapeur a commencé à être produite à l’extérieur du cylindre, le moteur lui-même est devenu un moteur à combustion externe. Mais en raison de l'absence d'un mécanisme de distribution garantissant un fonctionnement ininterrompu, ces projets n'ont trouvé pratiquement aucune application pratique.

Une nouvelle étape dans le développement des machines à vapeur

Pendant environ 50 ans, il a été utilisé pour pomper l’eau des mines de charbon. Pompe à vapeur Thomas Newcomen. Il reprenait en grande partie les conceptions précédentes, mais contenait de nouveaux éléments très importants - un tuyau pour éliminer la vapeur condensée et une soupape de sécurité pour évacuer l'excès de vapeur.

Son inconvénient majeur était que le cylindre devait être soit chauffé avant l'injection de vapeur, soit refroidi avant de se condenser. Mais le besoin de tels moteurs était si grand que, malgré leur inefficacité évidente, les derniers exemplaires de ces machines ont servi jusqu'en 1930.

En 1765 Le mécanicien anglais James Watt, ayant commencé à améliorer la machine de Newcomen, séparait le condenseur du cylindre à vapeur.

Il est devenu possible de maintenir le cylindre constamment chauffé. L'efficacité de la machine a immédiatement augmenté. Au cours des années suivantes, Watt améliorera considérablement son modèle en l'équipant d'un dispositif permettant d'alimenter en vapeur d'un côté ou de l'autre.

Il est devenu possible d'utiliser cette machine non seulement comme pompe, mais également pour entraîner diverses machines. Watt a reçu un brevet pour son invention : une machine à vapeur continue. La production en série de ces machines commence.

Au début du 19e siècle, plus de machines à vapeur de 320 watts fonctionnaient en Angleterre. D'autres pays européens ont commencé à les acheter. Cela a contribué à une augmentation significative de la production industrielle dans de nombreuses industries, tant en Angleterre même que dans les pays voisins.

Vingt ans plus tôt que Watt, le mécanicien de l'Altaï Ivan Ivanovitch Polzunov travaillait sur un projet de machine à vapeur en Russie.

La direction de l'usine l'a invité à construire une unité qui entraînerait la soufflante du four de fusion.

La machine qu'il a construite était à deux cylindres et assurait un fonctionnement continu de l'appareil qui y était connecté.

Après avoir fonctionné avec succès pendant plus d’un mois et demi, la chaudière a fui. Polzunov lui-même n'était plus en vie à cette époque. La voiture n'a pas été réparée. Et la merveilleuse création du seul inventeur russe a été oubliée.

En raison du retard de la Russie à cette époque le monde a appris l'invention de I. I. Polzunov avec beaucoup de retard...

Ainsi, pour faire fonctionner une machine à vapeur, il faut que la vapeur produite par la chaudière à vapeur se dilate et appuie sur le piston ou les aubes de la turbine. Et puis leur mouvement était transmis à d’autres pièces mécaniques.

L'utilisation des machines à vapeur dans les transports

Malgré le fait que le rendement des machines à vapeur de cette époque ne dépassait pas 5 %, à la fin du XVIIIe siècle, elles commencèrent à être activement utilisées dans l'agriculture et les transports :

• une voiture à vapeur apparaît en France ;
• aux États-Unis, un navire commence à opérer entre les villes de Philadelphie et Burlington ;
• une locomotive ferroviaire à vapeur a été présentée en Angleterre ;
• Un paysan russe de la province de Saratov a breveté un tracteur à chenilles de 20 chevaux qu'il a construit. Avec.;
• Des tentatives ont été faites à plusieurs reprises pour construire un avion équipé d'un moteur à vapeur, mais, malheureusement, la faible puissance de ces unités, associée au poids important de l'avion, ont rendu ces tentatives infructueuses.

À la fin du XIXe siècle, les machines à vapeur, après avoir joué leur rôle dans le progrès technique de la société, cèdent la place aux moteurs électriques.

Appareils à vapeur au 21e siècle

Avec l’avènement de nouvelles sources d’énergie aux XXe et XXIe siècles, le besoin d’utiliser l’énergie de la vapeur se fait à nouveau sentir. Les turbines à vapeur font désormais partie intégrante des centrales nucléaires. La vapeur qui les alimente provient du combustible nucléaire.

Ces turbines sont également largement utilisées dans les centrales thermiques à condensation.

Dans plusieurs pays, des expériences sont menées pour produire de la vapeur grâce à l'énergie solaire.

Les machines à vapeur à pistons n’ont pas non plus été oubliées. Dans les zones montagneuses comme locomotive Les locomotives à vapeur sont encore utilisées aujourd'hui.

Ces travailleurs fiables sont à la fois plus sûrs et moins chers. Ils n’ont pas besoin de lignes électriques et le combustible – bois et charbon bon marché – est toujours à portée de main.

Les technologies modernes permettent de capter jusqu'à 95 % des émissions atmosphériques et d'augmenter l'efficacité jusqu'à 21 %, si bien que les gens ont décidé de ne pas s'en séparer pour l'instant et travaillent sur une nouvelle génération de locomotives à vapeur.

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