Предпосылки возникновения теплоэнергетики

В любом двигателе нужно различать:

- его независимость от местных условий;

- степень его возможной применимости для разнообразных нужд промышленности.

Двигатель, отвечающий этим требованиям, называется универсальным.

Водяное колесо не отвечает первому требованию. Решение первого требования во многом и определило поиски источника энергии. Вопрос об универсальности пока не ставился.

Практика эксплуатации водоподъемных установок показала, что всасыванием поднять воду выше определенной высоты нельзя. Объяснение этому было дано в 1643 году Э.Торичелли, установившем величину атмосферного давления. Само открытие атмосферного давления натолкнуло ученых и изобретателей на огромную силу атмосферного давления, которая была вокруг и могла быть использована.

Третьей предпосылкой было изучение свойств водяного пара. Практически еще до н.э. люди знали об упругих свойствах пара, полученного при кипячении воды в закрытом объеме. Правда, знания о свойствах водяного пара не отличались точностью: еще в XVIII веке многие ученые считали пар воздухом, выделяющимся из воды при ее нагревании [2].

Источник тепловой энергии - топливо - имел по сравнению с другими источниками, известными в то время, самую высокую энергоемкость. Поэтому поиски нового двигателя неизбежно приводили к тепловому двигателю.

Весь процесс перехода от гидроэнергетики к теплоэнергетике можно разбить на три этапа:

- двигатель неотделим от исполнительного механизма;

- двигатель обособляется конструктивно;

- двигатель становится универсальным.

 

Начальный период развития теплового двигателя

Ранние попытки создания теплового двигателя как двигателя, не зависящего от местных условий, были связаны с решением задачи водоподъема. Фактически первые паровые машины использовались для подъема воды из шахт.

Первым последовательность процессов термодинамического цикла парового двигателя описал француз Папен. В машине Папена все основные процессы (образование пара, превращение тепловой энергии в механическую и конденсация пара) протекали в одном агрегате -цилиндре с поршнем. Основными этапами развития парового двигателя явились отделение цилиндра сначала от котла, а потом от конденсатора.

Первой паровой машиной можно считать паровой водоподъемник англичанина Т.Севери, запатентованный в 1698 году. В этой машине двигатель был конструктивно неотделим от потребителя энергии, но сам двигатель был уже отделен от котла. На работу водоподъема затрачивалось 0,5 % теплоты, заключенной в топливе.

Второй этап становления теплового двигателя можно считать этапом отделения теплового двигателя от рабочей машины. Немалая заслуга в этом принадлежит ученым и изобретателям: Папену (Франция), Лейбницу (Германия), Гюйгейнсу и Готфейлю (Голландия) и т.д. Усовершенствованной установкой Севери можно считать двигатель Ньюкомена-Коули. В этой установке двигатель был отделен от насоса, что давало возможность изменять соотношения диаметров поршней и получать высокое давление в насосе при низком давлении в двигателе, а следовательно, поднимать воду с больших глубин при низком давлении пара в котле.

Паровые двигатели на первых этапах развития хоть и имели независимость от местных условий, но в то же время отличались прерывистостью в работе.

Применять эти двигатели для привода промышленных установок было еще рано. Попытки применения паровых машин для перевозки крупных артиллерийских орудий были сделаны во Франции в 1769 году Жозефом Кюньо [1].

Проблема непрерывности передачи работы нашла свое практическое решение путем объединения (суммированием) работы нескольких полостей поршневого парового двигателя.