С тех пор как мутный поток малограмотных книг про попаданцев затопил прилавки, у читателей выработался рефлекс на высмеивание подобных сюжетов, независимо от их правильности. К сожалению, для правильного высмеивания необходимы знания и критическое мышление, а с ними у оного читателя не очень, скажем спасибо советско-российской школе. Давайте посмотрим типичные обывательские доводы против строительства паровой машины в Римской империи.
У попаданца не будет приличных подшипников. Вообще-то первую паровую машину и первую ротативную паровую машину разделяет добрая сотня лет. В первых машинах банально не было вращающихся частей, частота движения поршня не превышала герца, и инженерам вполне хватало технологий которые уже тысячи лет верой и правдой служили в телегах и колесницах.
Римляне не смогли бы создать котел, выдерживающий давление пара. Пароатмосферные машины не использовали избыточного давления пара, на это и указывает слово «атмосфера» в названии. Самые первые котлы составлялись из двух половинок — нижней медной и верхней свинцовой, из чего нетрудно понять что уж о давлении их создатели не беcпокоились.
Вообще стремление к излишней сложности часто подводит критикантов попаданчества, например им непременно нужны хорошие пружины для предохранительных клапанов. В реальности для прижимания клапана использовался обычный груз. Такая схема использовалась больше сотни лет и дожила до первых океанских параходов, где из-за нее было зря потрачено немало топлива — при качке клапан отходил и травил пар.
Но пароатмосферные машины были малоэффективны и использовались лишь на угольных шахтах. На самом деле даже простейшие машины Ньюкомена, с КПД порядка 0.8%, использовались для подьема воды из Сены в Париже(1726), подъема воды для водяных колес поддува домн в Коалбрукдейле(Coalbrookdale, 1742) и Шропшире(Shropshire, 1750s). Джон Смиатон(1724–1792) начал серьезные исследования в середине 18 века и построил небольшую машину. Эксперименты на ней показали важность регулировки распрыскивания воды, что позволило ему практически утроить КПД! Так что к моменту изобретения Уатом конденсатора в промышленности работали уже десятки паровых машин. Попаданцу ничто не мешает использовать уаттовский конденсатор — так что он смело может рассчитывать на 4% КПД даже с атмосферным давлением в котле.
Но попаданцу придется топить паровик дорогими дровами. На деле в античные времена большая часть Европы была покрыта лесами. За пределами больших городов цена топлива была околонулевой.
У римлян не было потребности в паровых двигателях. Что же, давайте посмотрим как римляне осушали свои шахты. Изображенная на второй иллюстрации система осушения была найдена в римской серебрянной шахте в Испании. Она состояла из 8 пар деревянных колес, каждое из которых приводилось в движение человеком(16 человек). Система поднимала порядка 3 литров воды в секунду на высоту 30 метров. На частях колес видны пометки для сборки, а используемая древесина не растет в Испании. Колеса вращались в противоположных направлениях и сливали воду в один желоб, который обходил оба колеса. Благодаря этому всплески воды при сливе из ящиков сглаживались.
Остатки похожих систем найдены также в медных шахтах Испании, и золотых шахтах Румынии(Дакии). Рекорд по глубине — порядка 75 метров, примерно такой же(80 м) была глубина шахты, на которой была установлена самая первая машина Ньюкомена. При этом детали румынских колес совпадают с деталями испанских. Все это указывает на то что в империи существовала целая индустрия шахтных насосов. Добавим до кучи многочисленные мельницы и потребность в источнике механической энергии налицо.
Римляне не смогли бы подогнать поршень к цилиндру. На последней иллюстрации вы можете видеть типичные римские поршневые насосы. Они изготавливались из бронзы и применялись в шахтах, на кораблях и для тушения пожаров. Зазоры между поршнем и цилиндром составляли порядка 0.1-0.3 мм. Это на порядок лучше точности изготовления паровых цилиндров в конце 18 века! Конечно паровые цилиндры имели на порядок большие размеры, но тем не менее результат впечатляет. В любом случае, способ, которым изготавливались цилиндры первых паровых машин — отливка и последующая притирка, вполне доступен римлянам. Ну а зазор в любом случае придется добирать кожей или пенькой.
Металл стоил бы слишком дорого.
Давайте попробуем оценить расходы на паровую машину и на систему колес, упомянутую выше. Вес машины на пару лошадиных сил(эквивалент 16 рабов, только рабы работают смену, а машина может пахать круглосуточно) составил бы пару-тройку тонн, но надо учитывать что в основном это был бы вес кирпичей и деревянной балки. Скажем нагревательная поверхность котла, по Уатту, была бы 1.6 м^2, при толщине порядка 5 мм это примерно 75 кг. Того же порядка был бы и вес цилиндра. Большую часть остальных деталей можно изготовить из более дешевых свинца(верхняя поверхность котла) и железа. А по мере налаживания технологии можно делать весь двигатель из железа.
Плюс паровой машины — низкооборотный двигатель имеет практически неограниченный ресурс. Известны машины Ньюкомена и Уатта, проработавшие больше ста лет(разумеется смазка и замена уплотнений делалась куда чаще). Каков срок службы раба в сырости и темноте шахты? Двадцать лет? Десять?
Цена раба — как минимум 500 динариев, 1.7 кг серебрянных монет. Тут надо отвлечься и прояснить один тонкий момент. Медная монета в доиндустриальных государствах могла стоить по весу и 1/50 и даже 1/10 от цены серебрянной, этим часто обосновывают дороговизну меди. Но соотношение цены монет не имеет ничего общего с соотношением цен на металлы. Государство всегда старалось завысить цену монет по сравнению со стоимостью металла. Чем сильнее и централизованнее была его власть тем лучше ему это удавалось. И завышение всегда в первую очередь касалось медных монет, как менее ценных и менее привлекательных для фальшивомонетчиков. Например на заре истории Рима медный асс весил в полсотни раз больше серебрянного динария и разменивался 10 к 1 — итого соотношение 1:500. На расцвете империи асс весил лишь в два с половиной раза тяжелее динария и разменивался 16 к 1 — соотношение 1:40. Причина изменения пропорции не в том что меди стало мало, а в том что крепкая рука империи взяла все Средизимноморье за я%&… сами понимаете за что. Реальное соотношение цены меди к серебру — несколько сотен к одному. Так что стоимость всего металла в небольшой паровой машине и соединенным с ней насосом была бы меньше стоимости одного раба.
Вывод? Если и есть серьезные доводы против возможности античных паровых машин, то мне они, увы, неизвестны.
Иллюстрации римских механизмов — Engineering in the Ancient world, J.G. Landels, 1978
А можно ссылку пожалуйста на точность изготовления поршней насосов в античности?
Engineering in the Ancient world, J.G. Landels, 1978
страница 83
Ага, спасибо
ЕМНИП, внедрять эолипилу Герона запретил фараон Птолемей — «дабы не развращать рабов бездельем». С учетом того, сколько было побочных эффектов у технической революции 18го века (один луддизм чего стОит!), я бы не стал с ходу клеймить Птолемея как тупого ретрограда — не исключено, что решение было принято после детального обсуждения с ведущими экономистами.
// эолипилу Герона
Бесполезная штука. Оптимальная скорость движения реактивной турбины =~ скорости истечения пара, на скоростях достижимых греками машина на этом принципе бесполезна.
А тут хороший вопрос, на самом деле. Есть решения, однозначно прогрессивные, но те, кто их «внедряет», будут испытывать потрясения. К примеру, нечто, что резко повышает производительность труда — ввиду начисто отсутствующей «социалки» многие из людей, занятых в этой сфере, став «лишними», просто умрут. От голода, на кресте, в бою с… карательными силами попаданца. Который либо будет вынружден прогрессорствовать по принципу кровь-кишки… либо сдохнет сам… Или же будет осторожничать с прогрессом и, соответственно, не сделаект революции 🙂
Боюсь, что вас обманули.
1) Эолипил с самого начала был не более чем игрушкой, для практического использования непригодной. Запрещать его попросту не было смысла.
2) А вот более удачные механизмы того же Герона (например, автомат для открывания дверей храма) очень даже использовались, и никому не приходило в голову их запрещать.
Луддизм это вроде современного Гринписа. Ломали станки у конкурентов. Кто их подкармливал — тех не трогали.
тем не менее, на Александрийском маяке она успешно использовалась — для использования отдельных образцов разрешение Птолемей дал!
Эта байка изредка попадается в интернетах, но ни в одном серьезном источнике не упоминается, в том числе и в заметках самого Герона.
Не проще ли гирю повесить, как на часах? Механика во времена Герона не страдала.
Собственно именно так, от гири, и приводились в движение отражатели маяков девятнадцатого века.
200кг гиря приводила в действие и насос для керосина.
Римляне вполне умели делать водоворотные водяные турбины
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/Roman_mill_at_Chemtou.jpg
Практически полный аналог современной водоворотной ГЭС для малого перепада высот.
https://youtu.be/Sf8uqWvGP28
Не знаю, что там у римлян с мощностью и КПД, сохранился только лоток для воды. Типичная современная выдаёт 5-7кВт электричества при 30% КПД (аффтор ожидал 60%, но не вышло. Модификациями турбины довёл до 42%).
Т.е. нам в Риме доступен «гидромотор» мощностью 2-3 киловатта, а то и больше.
Пару киловатт и колесом собрать можно. Проблема передать до нужного места. Колесо Полхема нигде кроме Швеции не использовали что намекает(многие его прожекты или лишь на субсидии), да и их дальность ограничена.
На нефтяных скважинах тоже качающийся привод использовали. Но да, это тупик.
Нужен способ передачи энергии от ГЭС. Тут полная победа 3-фазных асинхронных моторов, Теслы и Доливо-Добровольского. Но для античности как-то слишком смело.
Километры труб высокого давления, что гидравлики, что пневматики — Англия совсем не античного периода .
Римский вариант — акведук до нужного места, а там уже крутим. Как оно в реальности и работало. Вода попутно идёт на хознужды.
Его на нефтедобыче и сейчас используют, коль результат важнее скорости.
Нет, там не та классическая качалка, а именно качающийся привод. Одна скважина из группы работает чисто на паровую машину, которая шатает штанги приводов, идущих к другим скважинам.
http://masterok.livejournal.com/3427432.html
Я уже час читаю комменты, но не встретил ни одного Тараса. Так сладко и вольно дышится теперь в возрожденном Арканаре!
Помоему его таки почистили? А то я в обед десяток его записей видел и на одну относительно разумную даже ответил.
Краз писал «если увижу более одного ответа на вопрос оставлю один рандомный, остальные зачищу».
А мелочь всякая?
Я про метизы и прочий крепёж. Винты, гайки, сварка, болты. Кузнечная сварка была. А вот сборка изделий….
Подшипник можно и сделать, а можно обойтись. Но сборка чего угодно будет адов гемор.
Начать даже с математики. Как считать эти метизы.
Римская система записи чисел непозиционная. Считать в уме практически невозможно, только с помощью абака.
Для монет и весов использовалась 12рична система, вес в двенадцатеричных унциях. Для помощи в счёте использовался раб, загибающий пальцы (в уме тоже практически невозможно)
А в чем проблема считать в двенадцатеричной системе в уме или на пальцах? Для пальцевого счета она вполне удобна, только надо фаланги использовать, а не пальцы загибать как в десятичной. А счет в уме это дело привычки.
Таблица умножения побольше, а у народа с десятичной проблемы.
Таблица умножения конечно побольше, но раб загибающий пальцы все равно не нужен.
На самом-то деле таблицу умножения не надо запоминать и заучивать, ее надо использовать и постепенно она заучится сама. Чуть подольше чем 10х10, но не глобально дольше.
Без шуток, таблица умножения 12х12 требует запоминания 144 чисел, вместо 100 у десятичной, или 64 у восьмеричной.
Ну, у кого-то замечательная память, а у кого-то обычная.
А, был не в курсе. Британцы таки учат таблицу 12*12. (1 фут = 12 дюймов).
Ну, у них и электропроводка по кольцевой схеме (ring main). Меди меньше, 2.5 квадрата на 26А, но электрик должен быть раз в 5-6 прошаренней, чтоб найти неисправность.
Так, вот сейчас без гугля и калькулятора вспомнили 7*8, и 8*9!
56 und 72 не проблема без калькулятора и гугла, вопрос в том насколько математик в школе бил по рукам за использование калькулятора, в мое время так они вообще редкостью были у меня так в институте появился курсе на втором а до этого даже со всеми матанами и вышками не можешь в уме то на бумажке и в столбик. А если не нравиться местная система счета, можно до паровой машины заняться модернизацией математики, пользы будет больше чем от самой паровой машины
А по теме, медный подшипник скольжения, медь никто не отменял, ничего сложного, повозиться придется и систему смазки присобачить но вполне выполнимо, в детстве развлекался, высокоточных токарных станков под рукой не было
Ещё стоит вспомнить, что античность — это уже бронзовый век наступил. И подшипники скольжения из бронзы (медь и олово) намного лучше медных, да и большинство деталей паровой машины, даже котёл литой из бронзы будут более практичны чем медные. А медь нужна на трубочки и разные кольца уплотнений. Ну ещё из неё неплохо выйдут маслёнки, если пармашина будет иметь вращающиеся валы, да и штоки, скользящие в направляющих, тоже салом смазывать надо.
Толи дело в начале восемнадцатого века — заходишь в магазин и просишь два десятка болтов М4.
Самое прикольное, что сдача может весить больше…
Применительно к Греции с островами. Полезные ископаемые Греции, что Зевс послал, завалы, окромя дерева. Тут и никель, бокситы и даже бурый уголь.
Смотрим древние источники, с древесиной таки проблемы. В пифосах и амфорах перевозилось, на крышах — черепица.
За рубку деревьев можно пострадать.
Так шта только бурый уголь открытый добывать. Прямо на месте, тем более бронза в Греции самая подходящая, хоть котлы из неё делай.
С древесиной напряг во многом благодаря козоводству. Коза жрёт и кору, молодые деревья гибнут.
// В пифосах и амфорах перевозилось, на крышах — черепица.
В амфорах перевозилось потому что бочку сварганить не так просто. Обжиг амфоры требует топлива сравнимого с ее весом.
Вся греческая металлургия прекрасно работала на местном топливе.
Мальнькое уточнение — в амфорах перевозилось скорее всего чисто по историческим причинам. Амфоры — стандартная тара античности, вроде сегодняшних пивных кегов или тетрапаков, и вся инфраструктура уже несколько веков заточена под них. Корабли, подвалы, портовый инструмент, транспорт, измерения и денежные расчеты.
Судя по последним данным, бочки вполне себе активно использовались как минимум на рубеже нашей эры. Возможно, как раз тогда они и начали постепенно вытеснять амфоры. Тем более, что разнообразные породы дуба вроде скального, из которых получаются самые удобные и долговечные, как раз в Средиземноморье обильно произрастают. Вот только дерево быстро разлагается, поэтому до нас они и не дошли в таком множестве, как амфоры.
А что толку, например, от залежей бокситов? Поделочные камни есть и поинтереснее, а получить из них алюминий попаданцу будет весьма проблематично. Для греков же без попаданца и вовсе невозможно.
С прочими ресурсами во многом так же. Никель имеет смысл только после освоения металлургии железа, а для этого лучше не в Греции начинать. Бурые угли в металлургию пускать последнее дело, при наличии древесного угля вас металлурги пошлют далеко и надолго с такими предложениями. А в ранней античности с лесом не было проблем на всем северном средиземноморье.
Бронза в Греции — во многом результат импорта олова. И местные правители прекрасно понимали, что сделать из нее сотни наконечников для копий куда продуктивнее, чем отдавать на хитрые котлы очередному философу-изобретателю. Медь могут дать, ее навалом, но вот бронзу…
Зато раздробленность греческих государств как-то не способствует концентрации ресурсов в конкретно взятой мастерской попаданца. Египет куда интереснее смотрится, что в Бронзовом Веке, что при Птолемеях. Ассирия. Или Рим. Короче, государство крупное, действительно владеющее ресурсными залежами.
Начать с ветряных мельниц. Продолжить в металлургии железа, внедряя печь с регенерацией тепла на поддуве. После чего можно влезать уже и в химпромышленность, и в постройку паровиков. Попутно объяснив местным, что лошадь можно впрягать в плуг через хомут (чего в ранней античности не умели), а верхом удобнее ездить со стременами.
что мне не нравиться в обсуждении статей так это смена темы (каюсь сам грешен). тема «паровик в античности». давайте обсуждать ее. хочется обсуждать что в каком порядке внедрять — давайте поднимем тему на форуме или напишем статью.
бронза в греции шла много на что, не только на оружие (по крайне мере во времена после «нашествия народов моря») а главное в статье черным по белому пишется о Риме. вот давайте посмотрим какие технические экономические или идеологические проблемы могут помешать постройке паровика. и/или его внедрению «традиционным», в качестве машины для откачивания воды путем.
технически можно (пусть и не спервой попытки ) строить и «машину двойного действия» на небольшом давлениии.
Во-первых, мой ответ был на предположения другого комментатора, который и задал вектор этой ветки. 🙂
Во-вторых, по самой статье отвечать практически нечего. Автор вполне доходчиво изложил, почему теоретических препятствий для начала «паровой гонки» в Риме не было. Что же касается препятствий в реализации, то это надо лезть в детали, а всех деталей за давностью лет не знает никто, в том числе профессиональные историки. Относительно других государств античности про Рим мы знаем довольно много. Но вот относительно Англии XVIII века — ничтожно мало.
Можно порассуждать про известные препятствия на пути развития паровиков. Например, в Европе XVIII в. главным двигателем прогресса были не паровики и даже не университеты, а капиталистические отношения. В феодальную эпоху главным источником богатства была земля, а дорогие инструменты чаще воспринимались как пустые затраты, а не выгодные вложения. У капиталистов же принято считать не земли, а деньги, вот механизмы и вписались в тренд. На втором столетии развития капиталистических отношений, да.
Что бы происходило в этом плане в Риме, как думаете? В одной отрасли внедрить паровую машину можно, да. Но сколько бы времени потребовалось для преодоления общественной инерции и внедрения паровиков в другие области?
\\ двигателем прогресса были не паровики и даже не университеты, а капиталистические отношения
Отдельной строкой я бы выделил патентную систему. Среди копилефтеров(невероятно интеллектуальных людей, знающих как устанавливать торрент, но не впн) популярно поливание грязью патентов Уатта и их продления, якобы затормозивших переход на пар высокого давления. На деле, при знакомстве с литературой, видно что паровики начала девятнадцатого работали больше на низких давлениях, а все использовавшиеся практические формулы были выведены Уаттом. Уот такой вот тормоз.
ну в патентной системе что тогда что сейчас есть явные перегибы. тот же Уатт лет 7 пытался обойти патент на применение кривошипоношатунного механизма применительно к паровым машинам. (вещь известная еще с каменного века)
и по очевидным причинам не смог обойти патент на применение маховика. (опять же покажите токарный станок или точило с ножным приводом без маховика). однако патент был выдан (не Уатту) и создал изрядные проблемы.
как бы не оказалось на самом деле что и вертикальная конструкция машины с балансиром и связанные с этим сложности превращения поступательного прямолинейного движение в криволинейное (а потом наоборот) тоже както связанны с патентами.
хотя возможно это «инерция мышления».
У патентной системы есть свои проблемы, как и у любой другой. Только примеры ваши не очень
// тот же Уатт лет 7 пытался обойти патент на применение кривошипоношатунного механизма применительно к паровым машинам. (вещь известная еще с каменного века) и по очевидным причинам не смог обойти патент на применение маховика
7 лет? Патент Пикарда — 1780, Уатта на планетарный — 1781. Про маховик можно поподробнее?
Патент Пикарда любят ругать за очевидность, только вот за 70 лет истории паровиков до него никто такого не делал. Причем если почитать предисторию ротативных, то видно что для современников идея кривошипа была не очень очевидна — предлагалось множество вариантов. Даже партнер Пикарда сначала пытался использовать зубчатую рейку.
// вертикальная конструкция машины с балансиром и связанные с этим сложности превращения поступательного прямолинейного движение в криволинейное (а потом наоборот) тоже както связанны с патентами.
Не знаю наверняка, но сильно сомневаюсь. Посмотрите на историю морских двигателей https://en.wikipedia.org/wiki/Marine_steam_engine
Безбалансирный Crosshead используется уже в 40х, но варианты балансира используются сильно позже, в принципе за такой вариант можно считать и Vibrating lever
Про положение цилиндра на боку — я подозреваю что это было связано с уплотнениями. Паровики времен Уатта — пеньковое уплотнение, начиная с 1825х начинают использоваться железные поршневые кольца.
Какой же всё таки этот Герон умным и полезным был, раз столько всего изобрел. Но я так и не поняла, зачем нужна паровая машина? Статья познавательная, интересная
Для бочек нужна качественная древесина и много труда. Распилить кривой дуб, это надо постараться.
Доставка и заготовка дров локальна, вырубили и в другом месте печка, а паровой котёл древней Хреческой электростанции будет на дном месте.
Если верить ссылкам в Википедии.
Амфоры с острова Родос были довольно популярны начиная с III века до нашей эры.
Критские амфоры могут быть найдены вокруг Средиземного моря от августовских времен до 3-го века нашей эры.
В поздний период в гастарбайтеры в Африке делали амфоры, производство промышленное.
Амфоры делали скажем и в Афинах, которые никуда не двигались. По сравнению даже с небольшим полисом одиночная паровая машина на руднике незаметна. Если уж на то пошло то на сам рудник в те времена уходила уйма дров и без паровика — в отсутствие пороха породу приходилось греть костром и охлаждать для появления трещин, ну и крепеж.
«Добавим до кучи многочисленные мельницы» и еще добавим лесопилки и «мраморопилки» на которых пилили мрамор.
главное как убедить что машина выгоднее раба а главное не нарушает устои.
Еще одна замечательная статья. Я даже не знаю, к чему придраться. Главное, очень ценные факты и цифры. Спасибо, я в восторге.
Хотел спросить на счет зазора между поршнем и цилиндром. А вот тепловое расширение как на этот зазор влияет? Может ли получится так, что какой-то зазор необходим просто чтобы поршень не заклинил?
При нагреве на сотню градусов металл расширится на одну-полторы тысячных. Для первых паровиков о расширении можно просто не думать — такой подгонки и рядом не будет.
Плюс, если мы работаем с отдельным конденсатором, то цилиндр тоже нагрет, и в поршне и цилиндре тепловое расширение работает на увеличение радиуса.
Средневековый добытчик серебра. Впрочем, не обязательно средневековый, по той же технологии работал и древнеримский шахтер. На нем серая от грязи хламида и кожаный фартук. На этот фартук он садится и скользит на заднице по деревянным желобам, периодически пересаживаясь с одного желоба на другой и постепенно спускаясь на километровую глубину внутрь горы. Путь на работу занимает всего 20 минут и напоминает аттракцион. Вот оно счастье — на работу как на праздник!..
Рабочие инструменты — молоток и кирка. Лаз в шахте, где происходит непосредственно добыча — сечением 70×50 см, в нем можно передвигаться только ползком. Это все рабочее пространство — 70×50 см. Левой рукой шахтер держит кирку, правой стукает по ней молотком. Долбит дальше узкий проход в поисках серебряной жилы. Освещение — маленькая, отчаянно коптящая от недостатка кислорода масляная лампа, которую шахтер держит в зубах. Весь обед — кусок черствого хлеба из грязного кармана. Если приспичило помочиться, обратно потом надо будет пятиться через лужу своей мочи. А запах!..
Восемь часов такой работы пролетают как один сплошной фейерверк, праздник труда. После чего начинается восхождение. Вниз рабочий ехал на фартуке 20 минут, вверх с километровой глубины ползет 4 часа. И выползает в сарай над шахтой. В этом сарае собираются все вылезшие шахтеры. И сидят еще два часа. Сарай — нечто вроде барокамеры, только для глаз. В его стенках устроены штук двадцать крохотных закрытых окошек. Их открывают по одному, в течение двух часов — чтобы глаза постепенно привыкли к дневному свету, иначе — слепота. И только через шесть часов после окончания смены можно идти домой. Где работника ждет орава грязных голодранцев.
Километровой ГЛУБИНЫ средневековая шахта, 4 часа на вылезание раком (а руду-то как тогда вытаскивать??), 2 часа на аккомодацию под угрозой слепоты (после сна в закрытой комнате выход на свет = кирдык? :)) — урежьте осетра до просто большой но реалистичной жопы, вместо мифологически-легендарной ;).
Обычно глубина древнеримских шахт — не более 120 м (впрочем, попадались цифры до 250 и 400 м). Стволы на всю глубину или глубокие шурфы не применялись, т. к. трудно было обеспечить вентиляцию шахты: на глубине работники задыхались. Поэтому делали многогоризонтные шахты с частым соединением вертикальных выработок с горизонтальными. Горизонтальные штольни и штреки также не были длинными из-за трудностей вентиляции (для вентиляции применялось даже нечто вроде больших вееров или просто махание платками, но существенно это не улучшало). Поэтому высоту выработок увеличивали до 1,8-1,9 м (при ширине 0,8 м), или прокладывали параллельные вентиляционные выработки.
Так что спускались по системе небольших лестниц с горизонтальными переходами, а поднимались не каждый день. Ссылка на рудники в древности была равносильна смертному приговору, рабы в рудниках — расходный материал. Но в древних шахтах могли работать и крестьяне, отбывающие повинность (ещё в Египте), и вольнонаёмные работники (в основном для прокладки и крепления). С неквалифицированной рабочей силой трудностей не было, т. к. в позднем Риме начали посылать в шахты неплательщиков налогов.
Предлагаю такую гипотезу: причиной отсутствия паровика в Риме и появления его в Британии был… климат! 🙂 Ну и немного — ткацкий станок. 🙂
Поясню — ранние, херовые паровики востребованы не на любых шахтах, а именно на угольных. Поскольку логистика топлива — проблема, а жрет ранняя машина как не в себя.
Римляне уголёк не так чтобы очень добывали — обходились, отчасти благодаря климату. А вот бритты, особенно по результатам овечьего кошмара — на уголь вынужденно подсели.
Таким образом, цивилизации пригодные для внедрения паровиков — должны добывать энергоносители и испытывать ПРИ ЭТОМ нужду в двигателе. Т.е. уголь, ну и при каких-то хитрых условиях — торф и нефть.
Ну или чудесное совпадение, типа месторождения угля ну совсем рядом с акведуком или затопляемой шахтой чего-нибуть… даже так — шансы куда хуже.
Я таки думаю что причиной номер один было отсутствие теории. Иначе хотя бы модели бы делались.
Все-таки сила атмосферного давления — удивительно контринтуитивная вещь. Паровая машина началась с опытов Торичелли и магдебургских полушарий.
Теория — весч сугубо опциональная, чтобы понять что паром можно толкать — много теории не надо :). А дальше — «кто оплатит прототип». Во все времена и по всем темам.
Собсно, игрушечную турбинку в античности вполне делали без всякой теории.
// чтобы понять что паром можно толкать — много теории не надо
Не уверен. Опыт Паскаля недаром сохранился в истории https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D1%81#.D0.9E.D0.BF.D1.8B.D1.82_.D0.9F.D0.B0.D1.81.D0.BA.D0.B0.D0.BB.D1.8F
Давление штука далеко не самоочевидная. Ну и представления греков о механике… Почитайте Аристотелев корпус Механические проблемы. При чтении вспоминается анекдот про Вовочку, который всю физику к ху..м свел. Аристотель тоже все к рычагам сводит. Парус на высокой мачте лучше тянет? Это потому что длинная мачта суть рычаг и все в таком духе.
Гипотеза ошибочна, поскольку кроме угольных шахт есть еще медные и серебрянные, которые у римлян были в количестве, и на которых проблема затопления стояла в полный рост, требуя для своего решения сложных инженерных решений в виде колес и насосов и толпы рабов.
так что необходимость в паровой машине у Рима была, не было знаний о силе пара и понимания как этим воспользоваться.
Что до угля- он не является необходимым, с тем же успехом паровики работали бы и на дровах.
Почитайте гипотезу внимательно. Разница между угольными и прочими шахтами — принципиальна.
И нет, не «работали бы ранние паровики на дровах с тем же успехом».
Медно-свинцовый котёл возможен, но детали потребуют частой замены. И само изготовление больших деталей будет чего-то стоить. Крупные отливки из железа в Древнем Риме неизвестны.
Дрова ничего не стоили, пока применялись в основном для готовки горячей пищи. Но будут стоить, когда их потребуется очень много в качестве топлива для паровой машины.
При использовании рабов с водоотливными колёсами не требуется передача энергии, но она потребуется для передачи от паровой машины. Придётся устанавливать линию передачи механической энергии в шахтах с сочетанием коротких горизонтальных и вертикальных выработок.
И всё это ради того, чтобы повторить судьбу паровой машины Ползунова?
// Медно-свинцовый котёл возможен, но детали потребуют частой замены
Орли? На кухне медные котелки прекрасно используются. Я читал статьи The Newcomen Society, там уйма деталей, и уверен если бы котел(стоимостью в шестую часть от всей машинерии) требовал частой замены там бы это упоминалось.
//И само изготовление больших деталей будет чего-то стоить.
В древнем Риме отливались медные тараны на суда, это никого не напрягало, а таран достаточно крупный объект.
//Крупные отливки из железа в Древнем Риме неизвестны.
ну это неудивительно, там не только крупных но и вообще литых железных изделий не было, отливать железо это совсем другая технология чем ковка. А вот отковать могли достаточно крупные вещи, ну а с помощью поподанца и некоторых подсказанных им приспособлений, технологические ограничения по размерам сильно превысят требования к деталям паровой машины.
// будут стоить, когда их потребуется очень много в качестве топлива для паровой машины.
как уже упоминал vashu1 дрова на каменоломнях активно использовались в режиме греем камень/ охлаждаем чтоб он треснул. Расход дров при ТАКОМ способе явно превышает запросы скромной паровой машинки попаданца.
//И всё это ради того, чтобы повторить судьбу паровой машины Ползунова?
причина забвения машины Ползунова- отсутствие школы. У него просто не было толковых учеников и последователей, так что, после его смерти как только единственный экземпляр поломался, чинить было некому. Да и руководство похоже не вникало особо…
//Придётся устанавливать линию передачи механической энергии в шахтах с сочетанием коротких горизонтальных и вертикальных выработок.
зачем такие сложности? Просто глубокий колодец с цепью и ведрами. речь то о десятках метров, а не о километрах.
Передача механической энергии для дальнейшего развития технологий и «инженерного запаса» для возможности углубления и расширения шахт.
А там вообще указан срок службы деталей? Наиболее частые возможные поломки? Сейчас-то это всё на уровне реконструкторов, а не для промышленного использования, поэтому и проблем таких не возникает.
там это где?
срок службы деталей определяется материалами, качеством изготовления (большие люфты=большие биения=более быстрый износ), обслуживанием (своевременная смазка и чистка, защита от пыли) и чисто конструкционными особенностями (закрытый картер со всеми механизмами и шарнирами=+100 к долговечности).
Имелось в виду The Newcomen Society — вообще-то это был ответ на пост vashu1.
Надо понимать, в применении к попаданцу и по новости дела всё перечисленное будет наихудшего качества.
Ползунов скончался ещё до пуска своей паровой машины, которую запустили как раз его ученики. У них тоже были проблемы с запуском, но их удалось решить. Машина остановилась, когда медный котёл дал течь.
Школа — это важно. Та же проблема будет у попаданца. Работа в шахтах в Древнем Риме непрестижна, так что толпы желающих не будет. Школу надо на что-то содержать, и у попаданца должно быть время учить не только обслуживанию машины, а от него требуют постоянного обеспечения работы машины. Руководство в Древнем Риме тоже особо вникать не будет: есть проверенный двигатель — рабы.
В Англии ступальное колесо (treadmill) использовали на каторге ещё в XIX веке, в т. ч. для откачки воды из шахт.
Котёл, цилиндры, поршни всё равно придётся не ковать, а отливать. Медный таран — отливка достаточно грубая.
А сможет ли такая машина обойтись без резьбового соединения?
Шахта в несколько уровней, соединённых вертикальными выработками в разных местах. Т.е. глубокий колодец придётся рыть дополнительно.
Абсолютно верно в коментах уже заметили, что даже если удалось бы построить эту машину, экономически обосновано ее использовать только в угольных шахтах.
О том что дрова ни чего не стоили — ошибка. Машина была сильно прожорлива к топливу, даже при использовании энергоемкого угля. В случае использования дров все 18+ рабов нужно было отрядить в лесорубы для производства дров и логистики их подвоза,+кочегары,+техники для ремонта и обслуживания.
В общем даже в англии где их изобрели они были актуальны только на угольных шахтах (топливо возить не надо), пока конечно Уат не улучшил кпд машины с 1% на чтото под 2.5-3%
Для рима вещь бесполезная, так как рабов не обязательно покупали, можно было утилизировать собственные излишки населения, ссылая преступников и военнопленных, практически даром.
// В случае использования дров все 18+ рабов нужно было отрядить в лесорубы для производства дров и логистики их подвоза,+кочегары,+техники для ремонта и обслуживания.
Не считаем, но мнение имеем. 2-лошадная машина при круглосуточной работе заменяет 30-40 рабов. По энергии это примерно 130 чистых МДж в сутки, при 3.3% КПД(более чем достижимо с отдельным конденсатором) — 4000 МДж тепловой энергии в день, 250-400 кг дров. Ну и гуглим «лесоповал норма кубометров». Даже с каменным топором можно справиться в одиночку.
«Даже с каменным топором можно справиться в одиночку.»
Что? серьезно? с каменным? сырой лес толщиной более чем в руку?
(рука лицо)
https://www.youtube.com/watch?v=BN-34JfUrHY
Малинова, Рената и Малина, Ярослав — Прыжок в прошлое
срубал сосну диаметром четверть метра … Топором из зеленого сланца ту же операцию он заканчивал через 15 минут. … сравнивалась продуктивность каменного, медного и стального топоров. Она был в 2-3 раза выше у медного в сравнении с каменными в 1,5-2 раза выше у стального в сравнении с медным.
Archaeology by experiment, London 1973. «В Дании, в 1954 году, очистили 2000 кв. метров дубового леса, используя кремневые секиры, сделанные по типу сохранившихся доисторических образцов. Деревья рубили на высоте колен лесоруба. Дубы толще 35 см диаметром не рубили, а обдирали кору, и оставляли сохнуть на корню. Деревья более тонкие срубали примерно за пол-часа. Трое мужчин за четыре часа очистило поверхность 500 м. квадратных, и на этой основе подсчитали, что один человек может за неделю вырубить лес на площади около 2 гектаров.
Недавно в Чехословакии предприняли подобный эксперимент, с той лишь разницей, что он касался сосны, ели, ольхи, березы, ясеня и вербы. Обнаружили, что небольшие деревья толщиной в 14-15 см можно срубить выглаженным каменным топором уже за 7 мин.
Опыт с выглаженным нефритовым топором, найденным на неолитической стоянке под Ленинградом, показал, что сосну диаметром 25 см можно срубить за 20 мин
Ага, если потратить месяц на изготовление каменного супер-топора — одно дерево можно срубить быстро, да 🙂
И ссылочка выше — как раз замечательно отражает реальность, в отличие от нефритовых топоров :).
Не-не-не, считать надо весь технологический цикл, включая логистику, это раз.
И леса в той же античности, да вблизи от потребителя — ну ни разу не халявный ресурс — это два.
То, что сожрет машина — не сожрет например баня или кухня. А это деньги.
А с аппетитами машины — ещё и перекос рынка и создание дефицита.
Да в конце концов — европа несколько веков немытой ходила не на пустом месте :).
То, что топоры годятся не только нефритовые-кремниевые уже обсуждалось. Собственно в первой же цитате упомянут материал — сланец. В книге дополнительно разбираются методы экономии усилий — ободрать кору чтобы дерево засохло, потом его уже валить легче.
Что вы такого ужасного увидели по ссылке с примитивтехнолоджи мне лично непонятно. Деревце далеко не тоненькая веточка, такой вы и стальным топором не снесете одним махом. Щепки летят вполне заметно.
// европа несколько веков немытой ходила не на пустом месте :).
Немытой европа ходила уже в позднем средневековье и даже дальше, да и то немытость сильно преувеличена. Плотность населения и площадь леса в какой-нибудь Румынии, где были золотые римские рудники, в 1 веке и 15ом различаются в разы.
В любом случае, ранняя машина жрет топливо как не в себя, и очень быстро создаст дефицит, даже если вдруг исходно с лесом рядом всё хорошо было.
Так что угольная шахта — это принципиально, пока кпд не поднимут.
Даже если рядом река из дремучих лесов и лесорубы-стахановцы — всё равно логистика экономику приплющит настолько, что связываться не будут.
// очень быстро создаст дефицит, даже если вдруг исходно с лесом рядом всё хорошо было
Весьма расплывчатая формулировка. Гектар леса это http://rodline.livejournal.com/151435.html 200-300 м3 с гектара, т.е. рассматриваемая машина на пару лошадей будет жрать грубо гектар в год, скорее меньше. Даже один км2 леса это практически бесконечный ресурс для одной шахты.
Сколько тратилось на растрескивание пород костром+обливанием водой я нигде не встречал, но подозреваю что цифры порядка десятков кг дров в день на шахтера.
Ну давайте сравним затраты… Машина на «пару лошадей» — эквивалент десятка чернорабочих, без НИОКРА, изготовления, ремонта.
Для питания той же машины потребуется телега, лошадь с кормом (а если травмируется? всё станет? т.е. две лошади… ремонт телеги опять же…), возница/грузчик, лесоруб (для надежности — два, плюс правка и замена топора — отдельное развлечение), кочегары (три минимум, 2+1 запас), механик, производство/доставка расходников (кожа? сало? металлические запчасти?)… А, ещё дорогу к лесу надо проложить…
Причем чернорабочих можно и ещё где-то использовать, при снижении обводнения. А упомянутая пара лошадей — насос крутить тоже может ).
Ну вот не вижу я экономического выигрыша такого хай-теха в разумной перспективе. Даже на угольной шахте выигрыш не так чтобы большой — всё равно немалое обслуживание нужно, требующее индустрии, кадров, логистики… А на «золотой шахте» в жопе мира с бесхозным лесом — безнадёга полная.
Кочегаров у вас три, т.е. машина работает круглосуточно или около того, зато заменяет она десяток чернорабочих. Чернорабочие у вас стопятьдесят ватт выдают круглосуточно? Или таки умножим втрое-вчетверо?
Дороги к лесу нет? А дрова для шахты/кухни откуда?
Триста кило дров за километр перетаскать это работа на день даже без телеги и лошади. Телега ни для каких других надобностей на шахте не нужна? И телегу с лошадью эти триста кило на весь день займут?
Создается впечатление что вы занимаетесь составлением штатов для госучереждений.
Двое на рубку-таскание дров, двое на кочегарство — четверо заменяют сорок человек. И всех освободившихся можно отправить под землю зарабатывать деньги. А при проблемах на поверхности назначение на работы по машине покажется им поощрением, а не наказанием.
Единственное что мне лично кажется стоящим внимания из этого списка, так это мелкий ремонт/обслуживание. Нормальной статистики по обслуживанию/ремонту я пока не находил, и в античности это явно обойдется относительно дороже. Да и с ценой работы по машине может быть сюрприз. Хотя то что бронзовые насосы и так использовались на римских шахтах успокаивает — судя по первым паровикам цена насосов была сравнима с ценой машины.
Человек при быстрой ходьбе (7км/ч) выдает порядка 200вт. http://uchebnik.biz/book/22-biomexanika/37-57-rabota-i-moshhnost-cheloveka-yergometriya.html
12 часов в сутки вполне достижимо. Т.е. 10 чел. на круглосуточный киловатт, примерно 15 на 2 л.с. Если не сильно эксплуатировать. Никак не 30-40.
Сопутствующее использование телег и т.д. — да, но помним про надёжность. Пара травмированных/заболевших чернорабочих ни на что не повлияют. А отсутствие кочегара, например = остановке всей цепочки. Взрыв машины, прибивший механика = затопление шахты.
В общем, рабами выгоднее и надежнее, по крайней мере без угля. С углём — затраты упадут очень серьезно, и чем больше мощность — тем сильнее. Там уже можно прикидывать… Ну, как и в РИ, собсно.
// Человек при быстрой ходьбе (7км/ч) выдает порядка 200вт. … 12 часов в сутки вполне достижимо.
Ну попробуйте по 85 км в день ходить круглый год. Или на 25 см ступеньку каждую секунду топать 12 часов.
На долгие промежутки времени для среднего человека берут обычно стандартные сто ватт.
Ньюанс: не средний человек, а месяцами-годами тренированный на эту нагрузку, ввиду рода занятий.
Ньюанс: по ровной поверхности, без нагрузки, с оптимальным режимом питья и еды.
Ащо сравниваем с марафонцами, у которых мощность вдвое-втрое выше (судя по книжке), пусть марафон круглый год и каждый день не побегать, конечно.
И понятно, что травоядных содержать почти всегда экономичнее, чем всеядных, да еще и своего вида 🙂
Тем более что лошади тут уже появились…
Сколько волов, например, надо на те самые 2лс? И сколько им надо сена, в сравнении с дровами для машины? Опять же, ценный навоз и моча для селитряниц (да хоть породу рвать), в отличие от малополезной золы. Регенерация. Самовоспроизводство (яйцы режем не всем… :). Диверсификация. Готовые кадры.
Нафиг, нафиг ранний паровик на 2лс и без угля…
// не средний человек, а месяцами-годами тренированный на эту нагрузку
В Engineering in the Ancient world берут сотню ватт.
Опыт реальных британских Treadmills —
// Several prisoners stood side-by-side on a wheel, and had to work six or more hours a day, effectively climbing 5,000 to 14,000 vertical feet (1,5 to 4 km).
Берем мощность по максимуму — 4 км высоты, 6 часов, 80 кило веса — и то получаем лишь 150 ватт.
Самое смешное — ну возьмем мы 200 ватт. И? Вдвое большая машина будет стоить раза в полтора больше. Цена ремонта изменится незначительно — десятки процентов, кочегаров надо столько же(в кочегары кстати годятся калеки/старики так что считать их наравне со здоровыми не очень), удвоится лишь цена дров — как ни крути незначительная доля.
// сколько им надо сена, в сравнении с дровами для машины
На тяжелой работе и кормежке из сена животные сдохнут. Не забываем что лошадиную силу Уайт взял с запасом, лошади 18 века покрупнее римских, волы скорее всего тоже и тп тд.
В любом случае этот спор становится несколько бессмысленным поиском мелочей.
Ну, если уж совсем по попадански, то дрова можно и через газген сжигать, что намного эффективней и золы дает совсем немного 🙂
Но насчет всего остального, типа построение технологической цепочки и подготовка кадров, трудозатраты, необходимость предусмотреть альтернативу на случай поломки паровика и т.д. и т.п., конечно же правы. 🙂
Машина нужна, но… начинать надо не с нее.
Вы, как городской житель, не разбираетесь в технологических цепочках, думаете что схватил топор, побежал в лес и получил кучу дров. Во первых, срубить топором дерево толще чем с руку это реальный геморрой, и не нужно давать ссылки на левые сайты и озвучивать ваши влажные фантазии (мол да я да топором насрубаю).
Во вторых, срубленное дерево сырое, им топить нельзя. А надо сначала привезти его (а при вырубке возить надо все дальше и дальше), попилить, порубить, посушить. Для этого в деревнях выкладывались поленицы дров.
И после таких трудозатрат внезапно оказывается что и теплоемкость у них низкая, сгорают они в момент.
Короче не нужно тут строить из себя человека умнее жителей 19 века, которые эту машину изобрели и на угольные шахты определили. Они еще тогда посчитали, с технологиями их а не древними, что нет экономического эффекта кроме как на угольных шахтах.
А в древности потребности в угле большой не было.
Всё, дело закрыто.
// не нужно давать ссылки на левые сайты
Вы дали ссылку на одного любителя, которая непонятно как обосновывает ваши тезисы — замера времени рубки там нет, замера затупления топора нет, человек скорее всего делает топор в первый раз. Ну еще вы добавили немного бормотания про тупых городских. Вам дали ссылки на работы серьезных реконструкторов.
Я думаю вы совершенно правы в том что дело закрыто.
Ну и черт с ним с каменным топором, его я упоминул чисто для иллюстрации, понятно что римские лосоруби их не юзали.
Вы говорили что рубить/возить дрова на машину будут все 18 человек. Вам посчитали конкретную цифру — 300 кило дров в день, плюс-минус, 20 кило на человека.
Свои ошибки признаете или сразу идете в пешее эротическое?
Единственное реальное препятствие — косность руководства. Нафига ему считать, сколько рабов заменит машина, если рабов у государства много, кормить их можно, если не мало, то невкусной и примитивной пищей, управлять чернорабочим просто — не копает (не колет, не гребет и т.п.) — плетью по спине. А инженерА — народ разборчивый, работает он или балду пинает, видно не сразу, и плеть взлет творческой фантазии не стимулирует (ну разве угроза разжалования в рабы-копатели). Геморрой будет начальству, снабжение, логистика, кадры, графики ППРЮ конфликты в коллективе, производственный брак, простои при поломках.
Уже заработавшая паровая машина упростит дело — убедятся в эффективности, и дрова найдут, и срубят скока надо (едвал ли не любой механизм на неживой тяге — хоть и дровах эффективнее живого в примитивных повторяющихся движениях. Не верите — попробуйте вскипятить воду мешалкой Джоуля). Критическим тут будет частота поломок и стоимость ремонтов и убытки при простоях.
Паровую машину подобного типа надо делать для привода компрессора, для сжатого воздуха на сжатом воздухе можно питать массу всего и станки и мельницы и домны, кузни.
Для парохода надо делать паровую машину Ползунова только без премудростей размером с трехэтажный дом. Компактная модель два цилиндра соединенные через коленвал + конденсатор и паровая рубашка. Такие машины существовали в конце эры пароатмосферных машин их предложили манчестерские изобретатели Шерраты (Sherrats) в 1794 году.
// надо делать паровую машину Ползунова только без премудростей размером с трехэтажный дом.
// Компактная модель два цилиндра соединенные через коленвал + конденсатор и паровая рубашка.
Коленвал, конденсатор и паровая рубашка — а при чем тут Ползунов?
Он первым сделал пароатмосферную машину непрерывного действия с двумя цилиндрами.
// непрерывного действия
Непрерывного? И как интересно достигалась непрерывность в отсутствие маховика или другого устройства для запасания энергии? И чем вам неугодна непрерывность water-returning engine появившегося на двадцать лет раньше?
// первым … двумя цилиндрами
А в каком году сделали вторую двухцилиндровую?
Для парохода эта система непригодна.
Для пароходного буксир на 50- 100 лошадок вижу три варианта
1. Пароатмосферная машина с двумя цилиндрами и коленвалом. Из минусов цилиндры должны вертикально располагаться и система с зубчатой передачей на вал малость громоздкая выйдет.
2 Вариант атмосферник через поршневой компрессор забивает в ресивер воздух атмосфер на 20-30, по пневмопроводу подаем его на движитель винта. Тут схема проще но движков больше добавляется компрессор и пневматический двигатель. В этой схеме плюс можно использовать пневматическое оружие. Мне этот вариант нравиться.
3. Два горизонтальных бета стирлинга ( не будем обсуждать тут вопросы обработки стенки цилиндров ) из минусов сложность просчета для больших размеров.
( на на стирлингах реальный пароход плавал — эриксон 250 лошадей)
4. Паровик классический двойного расширения из минусов сложнее схема подачи пара, требуется замкнутый цилиндр и в отсутствии резьбового соединения тут только притирать крышку цилиндра сажать ее на прокладку и заклепывать. Из плюсов металла меньше, размеры меньше.
Варианты нужно просчитывать продумывать, считать КПД и расход топлива.
По water-returning engine в целом тема интересная, но…
1. если поднимать воду атмосферником и потом запитывать от воды водяные колеса то для промышленного примененияэто очень медленно, если ставить редуктор или повышающую ременную передачу то КПД выйдет микроскопическое. Выгодно использовать только на лесопилке и на угольных шахтах где дармовое топливо.
2. Вариант ( если позволяет рельеф) поднимать каскадом на 50-60 метров и 6 атмосфер хватит на гидростатические движки.
3. Вариант считаю более реальным. Ставим деревянную водонапорную башню на 10 метров или роем пруд на горке. Воду пускаем по трубе в низконапорную турбину улитку, у нее уже и обороты и мощность намного приличнее колеса. Более дешевый вариант деревянная турбина а-ля беличье колесо низконапорное. От колес механические передаем мощность на нужные приводы.
Но я все равно останусь сторонником пневматики. Сжатый воздух более универсальное средство передачи энергии. Скажем так, надо грамотно сочетать все эти типы и еще и можно ипользовать конные насосы и такие были.
Машина непрерывно качала меха, но Ползунов не разработал передаточного механизма который бы превращал бы возвратно-поступательное движение во вращательное это да. Но целом тема мутная приоритет не определен есть сведения о аналогичных машинах построенных в те же годы ( 1766 ) и даже раньше по Франции и Швеции. Полноценную непрерывную двухцилиндровку построили Шераты считай через тридцать лет ( когда уже был механизм Уатта ) и хрен знает какой механизм они использовали, может и не коленвал. Рисунков их машины я нигде не нашел.
// тема мутная приоритет не определен
Беда в том что вся болтовня о Ползунове происходит из времен борьбы космополитизма товарища Сталина. Тех людей которые это все продвигали научность интересовала в последнюю очередь.
Беда номер 2 — за рубежом вопрос первой двухцилиндровой никого особо не интересует. В конце 18 двухцилиндровость была прекрасно известна, и двигатели делались многими сотнями, двухцилидровые десятками. На большинстве речных пароходов начала 19 стоял один цилиндр. Два цилиндра банально дороже — обрабатываемая поверхность больше чем у одного большого.
Идея о двух цилиндрах высказывалась по крайней мере за сорок лет до Ползунова https://books.google.com.au/books?id=5jJkAAAAcAAJ&pg=PA469&lpg=PA469&dq=leopold+two+cylinder+steam+engine&source=bl&ots=DVorocHd7T&sig=7xL_MQaW71-nH-8zZi8Ejb79D8o&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjG1qn8i-_XAhWMnpQKHVZVCaUQ6AEIPzAH#v=onepage&q=leopold%20two%20cylinder%20steam%20engine&f=false
Я находил инфу о действующих английских и французских двухцилидровых машиных в 60-х, но очень неопределенную и нанадужную. Как я уже говорил фетиша из двухцилиндровости за рубежом никто не делает.
// Машина непрерывно качала меха
Непрерывно качать она не могла. Мгновенно обратить движение поршня невозможно — инерция. Просто перерывы были короче.
Сглаживание потока от любых мощных мехов делали ресивером, схема которая прекрасно работала и с одноцилиндровыми.
Озабоченность с непрерывностью работы в начале девятнадцатого века была связанна исключительно с ротативными машинами, а этого у Ползунова нет.
А озабоченность с непрерывностью у совецких «историков» была связана исключительно с тем что ее использовал Маркс в каком то из своих определений, вот они и тянули осла на глобус как могли.
Ползунов талантливый инженер, но даже если бы он построил свою машину в Англии, она бы долго работала, и он был хорошо известен, особого влияния на ход истории он бы не сделал. А уж в реале его влияние было строго нулевым.
// двухцилиндровку построили Шераты считай через тридцать лет
Точно мне известна инфа о машине по крайней мере в 1882 — меньше пятнадцати лет.
// Варианты нужно просчитывать продумывать
Это вы оптимист. Я тему паровых копал глубже большинства, но до сих пор не имею точных данных даже по мелочам вроде — в чем была проблема избавиться от балансира. Стирлинги и пневматика имхо от лукавого.
Как обычно, при обсуждении родины слонов теряется зерно истины.
Сама идея поставить два цилиндра меньшего диаметра вместо одного при органиченных возможностях металлообработки выглядит очевидной, и наверняка приходила в голову многим. Но машина с двумя работающими независимо цилиндрами — это по сути две машины с общим котлом.
Машина Ползунова, при всей ее примитивности даже по сравнению с другими машинами того времени, имеет принципиальное отличие — в ней движение поршней связано друг с другом. Именно это и делает ее первым двухцилиндровым паровиком.
Большой недостаток пароатмосферных машин заключался в крайней неравномерности хода поршня — во время наполнения цилиндра паром поршень медленно поднимался под действием противовеса, а при конденсации — резко с ускорением опускался. Именно поэтому так долго не удавалось преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное.
При двух же цилиндрах, со связаными кинематически поршнями (например, на противоположных кинцах балансира), можно получить гораздо более плавный ход, а также в 2-4 раза повысить частоту тактов машины, и увеличить мощность машины без увеличения рабочего объема.
> также в 2-4 раза повысить частоту тактов машины
У ранних пароатмосферных частота работы была в разы выше чем у поздних — потому что Смиатон обнаружил что замедление приводит к экономии топлива. Уж силу противовеса увеличить несложно.
//У ранних пароатмосферных частота работы была в разы выше чем у поздних — потому что Смиатон обнаружил что замедление приводит к экономии топлива.//
Замедленная работа обычно была результатом несоразмерности объема цилиндра и паропроизводительности котла — в результате просчетов конструирования, или же намеренной, когда требовалось максимальное усилие. Обычно же частота работы составляла 10-20 в минуту.
Кроме того, часто атмосферные машины снабжались катарактом — устройством по типу механического реле времени, дающего задержку перед началом нового такта. Таким образом частоту работы, и, соответственно, мощность машины можно было регулировать соразмерно, например, скорости притока грунтовых вод в шахту. Но при замедленном темпе кпд очевидно был хуже, за счет увеличения времени действия паразитных потерь, хотя общая экономичность и могла быть выше, когда полная мощность была не нужна.
//Уж силу противовеса увеличить несложно.//
Это плохая идея — больше энергии уйдет на непроизводительную работу по подъему этого противовеса, и за счет возросшей инерции равномерность хода мало улучшит, добавив при этом ударных нагрузок.
//The application of Newcomen’s engine to turn a crank and fly-wheel, was first made about I78O, as already related, p. 410, and in the course of the next
ten years a few of those engines were brought into use in the North of England, for turning mill-work. They answered tolerably well for some purposes, which do not require a very regular motion, such as drawing coals out of mines, grinding corn, crushing seeds, &c.
When Mr. Watt had completed his double rotative engine about 1784, it was rendered so extremely correct in its movements, as to be suitable for turning any kind of machinery in manufactories, as well as a water-wheel. As this regularity
of action was chiefly to be attributed to the double action, the makers of atmospheric
engines were led to consider the means of combining two cylinders together in one engine, and causing their pistons to act alternately upon the same crank
and fly-wheel. The following sketches represent two kinds of double atmospheric engines, each with two cylinders, which were made about 1793.//
Гузевич вроде не болтун, вот что он пишет
// Однако в отечественной историографии этому изобретению придается значение, совершенно не сопоставимое с его ролью в общей истории паровых машин. Нельзя даже утверждать, что не было более ранних машин подобной конструкции. Для такого утверждения требуется изучение национальных историографий ВСЕХ стран, в которых в XVIII века строились паровые машины: от Англии и Германии до Испании и Швеции. Причем вопрос о приоритете неизбежно оказывается очень скользким: в одной только Франции с1760-х годов можно зафиксировать как минимум двукратное независимое изобретение двухцилиндровой пароатмосферной машины непрерывного действия. Подобные идеи просто носились в воздухе.
http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/technics/669/
А не выгоднее ли делать плунжер, а не поршень? Обточить цилиндр снаружи гораздо более простая задача, чем изнутри.
Возможно, мешала инерция мышления
(на экскаваторах сейчас гидроприводы все плунжерные)
Интересная идея )
Получится тяжелее, но на скоростях ранних паровиков это не важно.
Опыт литья колоколов нам в помощь. Совсем не обязательно делать монолитный плунжер
Это понятно. Но все равно тяжелее. При двойном действии и цилиндр куда больше и мертвый объем возрастает. Это, я так понимаю, объясняет почему их в девятнадцатом не использовали.
Но для самых первых идея действительно интересная.
Выгоднее всего — для перекачки воды и движения в воде как поршень использовать непосредственно воду. 0 затрат на изготовление, минимальное трение, абсолютное качество уплотнений. Никакого износа, никакой трущейся механики, минимум обслуживания.
Из минусов — только потери на неадибатичность расширения в поршне, но для античных паровых машин с КПД в проценты неактуально совсем, тем более, что идеальные уплотнения и минимум трения отобьют их.
Зачем вообще возиться с поршнями?
Если речь о паровой машине то вода в роли поршня означает крайне холодные стенки цилиндра и собственно поршня. т.е. значительная конденсация и потеря давления.
Ну и чтобы сдвинуть кораблик способный утянуть паровой котел с запасом топлива водомет нужен с очень впечатляющими параметрами. А добиться таких параметров при холодном цилиндре трудно.
Неудивительно что насосы Севери были вытеснены даже не Уаттовской машиной, а атмосферником Ньюкомена.
Это лечится элементарно подачей пара в «поршень» сверху, увеличением объёма поршня и изготовлением поршня не из металлов (давления позволяют).
Любой насыпной теплоизолятор решает проблему прямой конденсации.
Ссылки на исторически машины нерелевантны — в те времена конструкции тепловых машин _вообще_ были неоптимальны, ссылаться на недостатки (оегуо преодолимые с нынешними знаниями) какой-то конкретной конструкции — неправильно.
Подача пара в ПОРШЕНЬ?
Имели в виду цилиндр?
Даже при подаче сверху это никак не поможет, стенки цилиндра все равно холодные (хотя теплоемкость и поменьше). и поверхность поршня тоже. Насыпной теплоизолятор (это деревянные шарики видимо? другого то нету…) идея хорошая.
т.е. можно попытаться сделать деревянную бочку-цилиндр и водяной поршень с теплоизолятором но с низким давлением результаты будут смешные…
Увеличение объема цилиндра конечно снизит соотношение площадь поверхности/объем пара но время рабочего цикла здорово увеличится из за того что нужно заполнить/опустошить такой большой объем.
Для перекачки воды важен только объём цилиндра, поэтому ход поршня сильно уменьшаем, площадь его сильно же увеличиваем, по поверхности воды в получившемся «тазике» пускаем плавать доску из пробки. Потеря пара и конденсация только на стенках в паровом объёме мала, верхняя часть цилиндра прекрасно теплоизолируется.
Итог неидеален, но вполне приемлим для времён и технологий, когда перекачка воды напрямую паровиком в принципе актуальна.
Такие насосы были, и использовались для накачивания воды в паровозы как минимум на Приволжской ЖД. Пар давал сам паровоз.
Из достоинства- простые и не ломаются.
Но КПД низок, пар охлаждается о воду. Почитайте про прямоточные паровые машины.
Это очень легко лечится. Более того, при правильном подходе это можно превратить в преимущество.
Поддерживаю. А термодинамика (конденсация и тыды) — лечится кинетикой и геометрией (квадратом-кубом).
Безпоршневый насос Савери возродили в конце девятнадцатого — https://en.wikipedia.org/wiki/Pulsometer_pump
Но КПД осталось весьма убогим — порядка процента. Понимание физики работы двигателя к тому времени было получше чем у нас в комментах, потребность в экономии топлива была огого, технология тоже развилась.
Так что я склонен считать что с безпоршневым паровиком каши не сваришь.
В пульсометре конденсация на воде используется сознательно, как часть цикла, для дополнительного упрощения устройства. Т.е. КПД специально жертвуют.
Для ранних насосов и возможно водомётов — норм., учитывая что можно хоть из дерева делать, хоть из бетона.
Никаких коммерческих попыток улучшить КПД я не видел. Что напрягает.
А безпоршневые ДВС — https://patents.google.com/patent/US5127369 https://link.springer.com/article/10.1007/BF02744477 хехе. Сомневаюсь что заработает, но штука забавная.
Ну так Гемфри же… работает вроде.
и безпоршневой и ДВС 🙂
И меня это должно удивлять?
Да не, я просто удивился сомнениям в том что безпоршневой ДВС заработает. ясно же что сделать можно, но КПД будет просто адский…
КПД будет нормальный, даже лучше чем 23% Гемфри — за счет большего сжатия.
Гемфри не может работать с высокой частотой — зеркало воды не успеет успокоиться. По ссылкам выше эту проблему пытаются решить — вспышка давит на поверхность вихря. Соответственно удельная мощность повышается. Но делать устойчивый вихрь в таких условиях весьма непросто.
ох тыж… а вот эту подробность я как то упустил. Что то в такой вихрь мне не верится, если в него через трубку под давлением вогнать воды в количестве равном объему самого вихря, а то и больше, то черта с два оно успеет равномерно распределится по стеночкам… Про брызки пену и прочие радости я молчу.
А еще непонятно за счет чего происходит впуск воздуха. при стандартном цикле ДВС маховик обеспечивает 3 цикла за счет энергии полученной в рабочем. А здесь? нет, сжать за счет рабочего хода в другом цилиндре мы сможем. А за счет чего произойдет впуск? с чего вдруг жидкость пойдет из одного цилиндра в другой чтобы выгнать продукты сгорания из одного и набрать рабочую смесь в другой?
или он тут двухтактный и длинная выхлопная труба обеспечивающая работу всасывания рабочей смеси здесь не показана?
Плюс волшебная система управление впуском и выпуском, плюс загрязнение воды сажей и оксидами азота… непонятно ради чего вообще такие сложности.
Простоты жидкого поршня мы тут не имеем за счет сложности всего остального.
Долговечность? Учитывая во что превратится жидкость через несколько часов работы- очень дорогая идея, трубы из платины делать придется :).
Кпд низкий, в сравнении с нормальным ДВС.
Что еще?
Идея в целом непопаданческая, во всяком случае в таком воплощении…
Да-да, я именно о таком насосе и говорил. Ну у них там специфические условия — ковыльная степь, практически необитаемые станции заправки водой, в которых стоят привозные цистерны.
Что мешало разово сделать насыпь, а потом загонять на неё цистерны с водой. и переливать самотёком, сейчас не узнать. Видимо, были какие-то экономические соображения.
//Пульзометр — название водяного насоса, действующего непосредственно давлением пара на поверхность воды, как в старинной паровой машине Савэри (см.), изобретенной в 1871 г. в Нью-Йорке Холлом (Hall). Благодаря самодействующим клапанам, особой форме сосудов и многим мелочным подробностям конструкции, получилась очень удобная, прочная и простая водоподъемная машина, пользующаяся довольно большим распространением для подъема на высоту до 20 м., несмотря на то, что она тратит раза в три больше топлива, чем хороший паровой насос.//
Расход топлива в три раза больше, чем паровой насос конца XIX в. — отлично для начала. Для глубоких шахт не подходит, но вместе с водяным колесом сойдет как универсальный двигатель. Котел, правда, нужен не атмосферный, а на несколько очков, как у Севери, но 99% проблем решаются гидравлической опрессовкой.
http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/ancient_steam_engine/#comment-127327
я вроде когда о нем читал находил конкретную цифру порядка процента, но исходник возможно потерялся
Инфы по пульсометрам немного, но вот здесь приводится расход пара на лошадиную силу
https://www.chem21.info/page/113173196052006011219128058168079205044232065178/
КПД выходит где-то 1.5-2%, на уровне, а то и лучше всех машин до Ватта.
//Reference was made in an earlier article to a paper read before the Institution of Mechanical Engineers in 1893, by Mr. A. Borodin, on the working of steam pumps in Russia.
The author of that paper gives particulars of a test of a small Savery-type pump (of less than one-half actual horse power) showing a steam consumption of 860 lb. per pump or useful horse power per hour, or 2,300 foot-pounds per pound of steam. In the discussion on the paper, one member gave the steam consumption, obtained by a rough calculation from the performance of a Savery-type pump he had employed, as 4,300 foot-pounds per pound of steam, which is equal to 460 lb. of steam per pump horse power per hour. From a test by another member, a steam consumption of 306 lb. per
useful horse power per hour was given by a pump discharging 70,000 gallons per hour. But from the result (also presented during the discussion) of a trial made by Professor T. H. Beare, on behalf of the Pulsometer Company, with a pulsometer fitted with the Grel controlling valve, a consumption of but 148 lb. of steam per horse-power hour was obtained, or 13,415 foot-pounds of work done per pound of steam consumed. The conditions under which the test was made were described as follows: An unlagged vertical boiler standing in an open yard, and an unlagged steam pipe 62 ft. long to the pulsometer; mean boiler pressure 55 lb. per square inch, feed water supplied 361 lb. per hour; measured height of lift 73 ft., or by pressure guage 84.4 ft., including friction. The water pumped was 5,738 gallons per hour, which, against the head of 84.4 ft., represented 2.45 horse power.
The results given above should be compared with the particulars we have previously given concerning the steam consumption of pumps of the boiler-feed type. It will be found that the pulsometer working expansively, as described, compares very favourably with many of such pumps.//
расход пара получается около 60-70 кг на лс в час, то есть угля (при кпд бойлера около 60%) 6-7 кг. В комбинации с водяным колесом получается вполне приемлемый универсальный двигатель с эффективностью точно не хуже, чем хорошая машина Ньюкомена. Для откачки шахт, правда, не очень годится.
http://www.animatedengines.com/newcomen.html
Цены металлов в денариях в диоклетиановом «Эдикте о ценах» https://www.academia.edu/23644199/New_English_translation_of_the_Price_Edict_of_Diocletianus
Gold, refined, in bars or in coins 72.000
Refined silver of the first quality 6.000
Copper 75
Brass 100
Unworked bronze 50
Реконструкция атмосферной машины — Building a 21st Century Newcomen Engine doi:10.1080/17581206.2018.1463720
Total weight 10 tons (approx.)
engine produced approximately one third of a horsepower
Cylinder 9¼ diameter × 2 ft 6 in stroke. (Bored from 9 in ID pipe)
Beam length 10 ftBoiler 39 in diameter × 39 in high
Engine footprint 14 ft 6 in long × 8 ft 2 in wide
Height 18 ft (approx.)Waterwheel 8 ft diameter × 15 in wide
Waterwheel Footprint 12 ft × 5 ft 6 in
https://dl.dropboxusercontent.com/s/xfzrhkg3m6xwmre/real_newcomen.png
https://dl.dropboxusercontent.com/s/eszbi1lujxco13v/necomen_regulator.png
https://dl.dropboxusercontent.com/s/qxns4cjuddg90x7/newcomen_diagram.png
видно что металла в конструкции минимум
https://vk.com/wall-127478502_1872
Действительно, откачка воды сильно подешевела, однако расходы на неё составляли к тому времени меньше 5% общих затрат при добыче угля. Наибольший эффект от использования паровых машин в угледобыче за рассматриваемый период ощущался в начале 19 века, когда лошадиный лсч сильно подорожал (видимо из-за войны с Францией), а новые двигатели Уатта тратили уже всего 12 фунтов угля на 1 лсч. Паровая энергия была в 4 раза дешевле лошадиной, и т.о. экономия составляла более 1 шиллинга на тонну или порядка 10% от цены угля на воротах шахты.
Гораздо больший эффект на цену угля оказало усовеншенствование кораблей и снижение налогов. При этом угледобычу в целом нельзя было назвать передовой отраслью английской экономики. Общая факторная производительность выросла не более, чем на 25% за 170 лет, т.е. рост соствил в лучшем случае .14% в год — гораздо меньше, чем рост производительности во всей британской экономике (0.55% в год), в металлургии (0.9%) или в обработке хлопка (3.1%).
Это лечится элементарно подачей пара в «поршень» сверху, увеличением объёма поршня и изготовлением поршня не из металлов (давления позволяют).
Любой насыпной теплоизолятор решает проблему прямой конденсации.
Ссылки на исторически машины нерелевантны — в те времена конструкции тепловых машин _вообще_ были неоптимальны, ссылаться на недостатки (оегуо преодолимые с нынешними знаниями) какой-то конкретной конструкции — неправильно.
Для машины ньюкомена был придуман так называемый «механизм поттера», отвечавший за переключение клапанов. Как он выглядел и каким он был на чертеже.
Можно ли для парового насоса (как у Ньюкомена) применить такую идею: из котла для пара откачиваем воздух(чтобы температура кипения воды была меньше). Сделав это, мы будем тратить меньше топлива на парообразование.
А смысл, мы ж не производством пара занимаемся, а созданием избыточного давления.
тоже когда-то думал что сушить с помощью вакуума. Типа вода лучше испаряется так. Но на создание вакуума тоже нужно потратить энергию. Так лучше уж эту энергию потратить на дополнительный нагрев. Будет выгодней.
А вот в холодильниках обычных (не конденсаторы от паровиков) там с применяют такой финт с испарением в вакууме. Но там суть такая, что хладагент кипит при -12С а надо получить -20С что делать? Там компрессором создают разрежение с одной стороны контура (благодаря капиллярной трубке)
Vashu1, ты упоминал в этой статье некого Джона Смитона, а также его опыты с насосом Ньюкомена, пожалуйста, дай на них ссылку.
Некоего… он емнип даже в иных школьных учебниках упоминался.
Джон Сми́тон https://en.wikipedia.org/wiki/John_Smeaton
«John Smeaton made numerous improvements to the Newcomen engine … to almost triple their efficiency.» http://www.cuug.ab.ca/branderr/eeepc/017_coal.html
опыты с моделью двигателя — страница 8 https://www.dropbox.com/s/svpn86d698lzx18/John%20Smeaton%20and%20the%20Fire%20Engine%201765%E2%80%931785.pdf
// + John Smeaton, FRS by A W Skempton
// Smeaton’s experimental engine, which he built in the grounds of his
house at Austhorpe, is shown in Fig. 40. It had a 10 in. cylinder and
developedjust over 1 hp expressed as the rate of work achieved by the pump
// Starting in 1770 he made some 130 tests
https://www.dropbox.com/s/jo6ouqkq9x6wt9f/SMEATON_STEAM_ENGINE_MODEL.png
Он вообще много работал с моделями. Водяное колесо https://www.dropbox.com/s/v4sgj290vuavhdl/smeaton_water_wheel_model.jpg
модель ветряной мельницы https://www.dropbox.com/s/3n9z0odn4pit60l/smeaton_windmill_model.png
Smeaton’s Tower «he modelled the lighthouse on an oak tree» «Ann Smeaton would show people the lighthouse model and explain it to them.»
— еще про модели
Treatise on Marine and Naval Architecture; Or, Theory and Practice Blended in Ship Building 1850
p149 as early as 1790 water-line models were made for building
author has seen the model of a ketch, called the Eliza 1/48
первые судовые буксируемые модели https://www.dropbox.com/s/buneo5my7uv6ftr/Ships%20and%20Science%20The%20Birth%20of%20Naval%20Architecture%20in%20the%20Scientific%20Revolution%2C%201600-1800%20p182.png
Модель колеса «подливной» конструкции Джона Смитона. Колесо диаметром два фута. Из «Экспериментального исследования», 1760
…
Что же мешало выполнить эксперименты Смитона в 1680-х или даже в 1580-х гг.?[306] Работа Смитона зависела от двух интеллектуальных предпосылок. Во-первых, все знали, что работа с масштабными моделями может вводить в заблуждение, поскольку механизмы нормального размера часто ведут себя иначе. Понятийный аппарат для анализа этой проблемы предоставил Галилей в своем труде «Две новые науки», и Смитон принял во внимание один аспект, тот факт, что в масштабных моделях трение обычно больше, чем в механизмах нормального размера, – он искусно измерил величину трения в своих моделях, а затем учел ее. Во-вторых, работа Смитона опиралась на систематическое применение закона Торричелли. К этим двум предпосылкам можно добавить и третью: при вычислении эффективности водяного колеса путем сравнения работы на входе и на выходе Смитон пользовался законом сохранения энергии Ньютона. В этом смысле его работа была постньютоновской.
…
Дезагюлье изготавливал модели паровых машин в 1720-е гг., причем он был явно не первым.
Desaguliers
models https://sci-hub.tw/https://www.jstor.org/stable/10.1086/235069
Дак и сам Ньюкомен, очевидно, не с полноразмерного двигателя начинал, а с моделей поменьше. Информации про него немного, но пишут, что лет десять эксперементировал перед постройкой машины.
И Ватт именно на маленькой модели своего двигателя показал эффективность конденсатора, и вообще раньше Смитона начал с паром работать.
https://www.maritimehistoryofthegreatlakes.ca/Documents/Engines/default.asp?ID=s004
Раннее пароходостроение в Канаде.
Хорошо описаны проблемы с машинами высокого давления, и немного — примитивность оборудования заводов.
Хороший момент — цикличность развития
The cycles of growth are evident from Figure 4. The first cycle leads from the introduction of steam navigation in 1809 to a burst of activity in 1818 and 1819. This seems to have absorbed as much of the profits from the War of 1812 as were likely to be directed towards steamboats and the market sagged in 1820. Most of this demand was met by engines imported from England at prices ranging from �84 to �48 on the Liverpool dockside. (65)
The recovery from the post-war depression was associated with the emergence in Montreal of a major engine founding firm, that of John Dod Ward. Until 1829, despite would-be competitors, Ward and his brothers dominated the market and set the price of engines at �48.10 to �50 per horse power. The apex of this cycle came in 1825 when service on Lake Ontario began to expand.
The third cycle runs from 1830 to 1837, peaking in 1832-33. In those two years, almost one third of the vessels launched before 1837 were equipped with engines. Two factors explain the boom. Serious competition in the Montreal trade finally emerged in the firm of Bennet & Henderson, leading to lower prices for engines.
https://strator.livejournal.com/146517.html
> Медь была куплена в количестве талант и десять мин. Стоимость одного таланта получается 35 драхм. Олово было куплено полтора таланта и двадцать три с половиной мины по цене 230 драхм за талант. Соотношение меди и олова составляет примерно 10:1 … итого = 54,5 dr. за талант сплава.
Талант 25 кг, драхма — 4-8 г
Соотношение цены бронзы и серебра — 1/60 — 1/120
//В любом случае, способ, которым изготавливались цилиндры первых паровых машин — отливка и последующая притирка, вполне доступен римлянам//
И
//Попаданцу ничто не мешает использовать уаттовский конденсатор — так что он смело может рассчитывать на 4%//
Использование уаттовского конденсатора автоматически требует лучшего качества обработки цилиндра, а также лубрикатора для подачи смазки.
Врочем, в Древнем Риме ничего не мешает обеспечить требуемую точность обработки, и копировать примитивный метод притирки было бы глупо.
В плане применения — даже более актуально использование пароатмосферной машины для подачи дутья в домну. Источник тепла в виде колошниковых газов практически бесплатный, и в результате можно выплавлять чугун круглогодично или вообще в отсутствие источника гидроэнергии, что снимает множество логистических проблем.
> Использование уаттовского конденсатора автоматически требует лучшего качества обработки цилиндра, а также лубрикатора для подачи смазки.
К старым машинам часто добавляли конденсер, в тч простейшего типа — «pickle-pot» condenser. Емнип там не было насоса, воздух выдувался избытком пара через клапан.
Elements of Watt’s design, especially the Separate Condenser, were incorporated in many «pirate» engines. Even after 1800 Newcomen type engines continued to be built and condensers were added routinely to these. They were also commonly retro-fitted to existing Newcomen engines (the so-called «pickle-pot» condenser).
//К старым машинам часто добавляли конденсер, в тч простейшего типа — «pickle-pot» condenser. Емнип там не было насоса, воздух выдувался избытком пара через клапан.//
Машины начала и конца XVIII в сильно отличались по качеству обработки цилиндра, даже при практически одинаковой конструкции, и модернизировали скорей всего машины, построенные в 1750-1800 г.
В бесконденсаторной машине уплотнительная набивка всегда влажная, а над поршнем лужа воды, поэтому зазоры даже в палец сильно не мешали. При отдельном конденсаторе в цилиндре всегда сухо, и эти зазоры уже критичны, как и отдельная смазка.
По крайней мере, во многих источниках пишут о том, что Ватт долго экспериментировал с различными видами уплотняющей набивки, но смог добиться нормальной работы своей машины только с цилиндрами, расточенными Вилкинсоном.
//Another difficulty was to keep the piston tight. In the old engine, water was always kept upon the piston, and if any leaked down into the cylinder, it did very little injury, because it went in aid of the injection-water, though it
was not so cold as fresh water ; but in the new method, if any water entered into the hot cylinder, it would be converted into steam, and would impair the
vacuum, and it would also cool the cylinder. The essence of the improvement was to keep all water out of the cylinder, that it might be always dry and hot;
he therefore concluded to use wax, oil, and tallow, to keep the piston tight, instead of water.//
//In the details of its construction, the greatest difficulty occurred in packing the piston, so as to be steam-tight ; because Mr. Watt’s principle did not admit of water being kept upon the piston, to prevent leakage, as in the old engines.
He was therefore obliged to have his cylinder very nicely bored, perfectly cylindrical,
and finely polished ; and he made trial of many different soft substances for packing the piston, which would make it tight without enormous friction, and
which would remain so, in a situation perfectly dry, and hot as boiling water.
It was with great difficulty that he procured a cylinder sufficiently accurate for the first trial, and it then appeared almost hopeless to expect to make large cylinders for the new engines, without an entire new system of boring them. For
any rings or irregularities in the internal surface of the cylinder, soon destroyed the dry packing by the friction, and occasioned leakage.//
//The imperfections of the cylinders, which occasioned so much trouble in the first engine, were removed by degrees, principally in consequence of a new machine for boring the insides of cylinders, which was introduced by Mr. John Wilkinson, at his foundry at Bersham, near Chester, about 1775. In the old method, the borer for cutting the metal, was not guided in its progress, and therefore
followed the incorrect form given to the cylinder in casting it (see p. 291); it was scarcely ensured that every part of the cylinder should be circular; and there was no certainty that the cylinder would be straight. This method was
thought sufficient for the old engines but Mr. Watt’s engines required greater precision.//
//When a cylinder is perfectly true and smooth within, there is no difficulty with the piston ; for although the hemp packing is rammed quite solid into the
groove round the piston, it will work free, after it has made a few strokes; there is not in fact any elasticity or softness in the stuffing, but it is to all intents and purposes a solid piston, which, being moulded into the cylinder itself, fits it perfectly; and when it wears loose, the hemp being compressed by the screws, is moulded anew into the cylinder, and thus made to fit again as well as ever. In the old engines, the packing being kept soft and spongy by the water, was capable in some degree of accommodating itself to small irregularities in the cylinder, and
therefore the perfect form of the cylinder, was of less importance than in Mr. Watt’s engine, where the packing being always hot and dry, and rammed very hard, cannot yield so as to work at all, in an incorrect cylinder.//
Еще в машине с конденсатором крайне желательно наличие крышки с проходящим через уплотнение штоком цилиндра, причем шток тоже должен быть ровным и гладким. В этом случае подсос пара через уплотнение цилиндра лишь снижает кпд, подсос же воздуха при открытом верхнем конце цилинда гораздо сильнее ухудшает работу машины.
Поэтому, чтобы применение конденсатора действительно дало эффект, требуется значительно лучший уровень металлообработки, чем в самых первых паровиках Ньюкомена.
> По крайней мере, во многих источниках пишут о том, что Ватт долго экспериментировал с различными видами уплотняющей набивки, но смог добиться нормальной работы своей машины только с цилиндрами, расточенными Вилкинсоном.
Ватт был новичком, спецы работавшие над паровиками уже больше половины столетия секретами с ним не делились. Имхо это прекрасно объясняет почему ему требовалась точность повыше чем та что прекрасно использовалась и до него.
> подсос же воздуха при открытом верхнем конце цилинда гораздо сильнее ухудшает работу машины.
Как же там воздух подсосет если там вода сверху?
> над поршнем лужа воды
>>Ватт был новичком, спецы работавшие над паровиками уже больше половины столетия секретами с ним не делились. Имхо это прекрасно объясняет почему ему требовалась точность повыше чем та что прекрасно использовалась и до него.>>
Извиняюсь, но это абсолютный бред.
Ватт активно общался с передовыми учеными и инженерами того времени, он и сам был передовым ученым, а не просто каким то механиком. Свою карьеру он начинал как изготовитель навигационных и «философских» (научных) инструментов, работал в университете Глазго.
Близким другом Ватта был Блек, который собственно и открыл скрытую теплоту парообразования/конденсации.
Далее, первым компаньоном Ватта стал Робук — основатель Карронского завода, занимавшейся литьем и обработкой металла, в том числе пушек и цилиндров паровых машин. На Карронском заводе применяли паровые машины Ньюкомена, и собственно стремление их улучшить и привело Робука к партнерству с Ваттом. Робук также основал первое промышленное производство серной кислоты, применив свинцовые камеры.
Второй компаньон — Боултон — был успешным промышленником, на его заводах производили самую разнообразную продукцию. Боултон с Эразмом Дарвином основали известное Общество лунатиков, в который передовые ученые обсуждали достижения науки и техники. Ватт тоже входил в этот клуб.
Со Смитоном, ведущим специалистом по паровым машинам (хотя заниматься ими он начал в 1765 г — когда Ватт уже изобрел конденсатор), Ватт вел активную переписку, а воздушный насос, примененный в паровой машине Ватта, является точной копией вакуумного насоса Смитона.
Общался это прекрасно. Только скажем замазку для конопаченья клепанных швов котлов ему пришлось изобретать самостоятельно.
Можете от него свои составы и не скрывали, просто в чужих руках чужие рецепты не работали.
То что ему приходилось входить в индустрию экспериментируя над каждой мелочью это таки факт.
Ползунов познакомился с идеей паровой машине около 1760 г, из отчетов И. Шлаттера, руководителя Петербургского монетного двора, а также из доступных на тот момент книг. Уже в 1763 он сделал модель машины в 2 лс, а после получения финансирования построил полноразмерную машину с рядом оригинальных усовершенствований в 30-40 лс, за два года 1764-1766. При этом Ползунов вживую ни одной действующей машины не видел, и вряд ли с ним кто-то делился секретными знаниями.
Смитон начал работать с паровыми машинами около 1765, и сразу же построил оригинальную переносную машину (с котлом-самоваром) для откачки воды во время земляных работ. В 1767 построил первую стационарную машину для подачи воды в Лондон, проработавшую до 1785. В 1769 построил маленькую машину у себя дома, и 4 года экспериментировал с режимами работы, пытаясь найти оптимальные. Одновременно Смитон изучил и протестировал 15 машин в разных местах Шотландии, и пришел к выводу, что низкая производительность сушествующих машин в первую очередь связана с низким уровнем их исполнения — плохой обработкой цилиндров, недостаточной производительностью котлов, накоплением накипи и т.д.
Поэтому-то он и занялся вопросом расточки цилиндров, и в 1769 построил новую расточную машину на Карронском заводе (для этого же завода о построил цилиндрические воздуходувки для домен и сверлильные машины для карронад).
С 1770 по 1785 Смитон спроектировал и построил (на базе все того же Карронского завода) более десятка паровых машин, в том числе и одну для России, установленную в Кронштадте в 1777 (эта машина продолжала работать до 1820-х). В 1776-1778 г помогал Ватту в определении эффективности его машины, и, несмотря на прямую конкуренцию, рекомендовал некоторым своим заказчикам обращаться к Ватту, когда вопрос экономичности стоял остро.
По-моему, этих примеров достаточно, чтобы понять, что простую машину типа Ньюкомена можно было сделать без каких-либо секретных знаний. Войти в индустрию — тоже.
Напротив, Ватт, начавший экспериментировать с паром (сначала высокого давления) в 1761, в 1765 уже изобревший конденсатор и экспериментально показавший его эффективность на маленькой модели, с 1766 по 1775 безуспешно пытался сделать полноразмерную машину, имея при этом доступ к лучшему оборудованию и специалистам того же Карронского завода. Все опытные машины Ватта того времени переделали в обычные бесконденсаторные. И лишь в 1775, после начала сотрудничества с Вилкинсоном, который придумал свой метод растачивания годом ранее, машина наконец адекватно заработала. За все это время было сделано и многое другое — крышка с герметичныи вводом штока (добавлено в 1774), новый тип клапанов, лубрикатор для подачи смазки и т.д. В итоге именно сумма всех этих усовершенствований и высокий уровень исполнения, а не один лишь конденсатор, позволили получить кпд в 4% — при теоретическом пределе 6%.
> При этом Ползунов вживую ни одной действующей машины не видел, и вряд ли с ним кто-то делился секретными знаниями.
С Ползуновым никто знаниями не делился. Результат —
> С эмволами дело оказалось сложнее. Кожаное уплотнение быстро истиралось: испытания показали, что для этого лучше подходит пробковая кора.
…
25 сентября, с прибытием пробковой коры, машина была приведена в действие и работала с небольшими остановками до 10 ноября. В этот день «пополудни в шестом часу во время весьма порядочного и беспрерывного действия оказалось, за разгоранием под котлом кирпичных сводов, из одного котла не малая водяная течь, так что оною имеющийся под котлом огонь загасило, чего ради принуждены оную машину купно и с плавильными печами остановить».
На этом машина Ползунова «работою окончилась». Котел, склепанный из тонкой листовой меди, оказался слабым ее местом.
Насколько я знаю по опытам того же Уатта, еще через месяц-другой пришлось бы отказаться и от пробки.
Со Смитоном делились
> > the engine was not an unqualified success, con-suming much more coal and injection water than envisaged.12 In a note dated 16 July 1774 Smeaton wrote that at the time of his 1766 report13 he had no practical experience with this sort of engine and so based his calculations of other engineer’s experiences that in practice proved to be ‘much exaggerated’
но повторяю — это когда индустрия доходит до совершенства почти все необходимое можно вычитать из книг / узнать на лекциях. (только на этой стадии и зарплата / прибыль в этой индустрии становятся мизерными). До этого — даже если с тобой делятся искренне, вербальные советы могут расходиться с практикой по 100500 причинам.
> Одновременно Смитон изучил и протестировал 15 машин в разных местах Шотландии, и пришел к выводу, что низкая производительность сушествующих машин в первую очередь связана с низким уровнем их исполнения — плохой обработкой цилиндров, недостаточной производительностью котлов, накоплением накипи и т.д.
Про регулировку впрыска и желательность удлиннения цилиндра он тоже писал.
накипь / сажа даже отдельно взятые вполне могут объяснить двухкратный скачок эффективности смитона (в предельном случае конечно)
> У прежнего владельца он развивал 8 узлов наибольшего рейсового хода и тратил в сутки 20 т угля. Между тем пароход был новый (двух лет) с машиной тройного расширения, с цилиндрическими котлами, снабжёнными пароперегревателями Шмидта, подогревом питательной воды и проч.
При осмотре нами парохода, только что накануне пришедшего в Плимут из рейса, оказалось, что на стенках дымогарных трубок сидел сплошной слой сажи толщиною около 5 мм, на трубках пароперегревателей — от 3 до 5 мм, а некоторые трубки были совсем забиты сажей.
Громадный расход угля и малый ход стали тогда понятны. После покупки парохода механик и кочегары были сменены, и пароход стал ходить со средней рейсовой скоростью в 91/2–93/4 узла при расходе угля 12–13 т в сутки.
Аналогично пусть у нас котел вдвое меньше уаттовского 70процентного — те уаттовский на входе +600 на выходе +200 градусов, у вдвое меньшего будет примерно уже 400 на выходе — кпд почти вдвое меньше.
Тут есть еще много чего https://www.dropbox.com/s/svpn86d698lzx18/John%20Smeaton%20and%20the%20Fire%20Engine%201765%E2%80%931785.pdf
вроде расширения отверстия под пар в цилиндре.
> и в 1769 построил новую расточную машину на Карронском заводе
О том и речь. К тому времени расточенные на станке цилиндры становились стандартом индустрии. Так что даже если бы уатт и мог работать с цилиндрами обработанными вручную в отсутствие конкуренции, в реале он был в любом случае использовать станки.
>> С эмволами дело оказалось сложнее. Кожаное уплотнение быстро истиралось: испытания показали, что для этого лучше подходит пробковая кора.>>
Неудивительно, возможности металлообработки у Ползунова были весьма скромные, гораздо хуже, чем у современных ему английских инженеров. И по корявой поверхности любое уплотнение будет ходить хуже.
Кстати, любая машина того времени требовала достаточно большого времени для приработки трущихся частей, это тоже везде описывается.
>>На этом машина Ползунова «работою окончилась». Котел, склепанный из тонкой листовой меди, оказался слабым ее местом.>>
Проработав полтора месяца, машина вышла из строя из-за котла — который, как там же указано, был сделан временным, ввиду задержки поставки литого котла.
>>Насколько я знаю по опытам того же Уатта, еще через месяц-другой пришлось бы отказаться и от пробки.>>
Опять мешаете в одну кучу, все проблемы Уатта были из-за постоянно сухого и горячего цилиндра, и на машину Ползунова никак не могут транслироваться
>>Со Смитоном делились>>
Опять двадцать пять. Все, что было доступно Смитону, было доступно и Ватту. Хотя толку от опыта предыдущих инженеров, как оказалось, было немного.
Боултое, кстати, сам экспериментировал с паровой машиной, в 1866 г постоил машину в Сохо, и в переписке с Франклином, например, обсуждал, проблему эффективности, в том числе как лучше осуществлять впрыск воды
//My engagements since Christmas have not permitted me to make any further progress with my fire-engine; but, as the thirsty season is approaching apace, necessity will oblige me to set about it in good earnest. Query,—Which of the steam-valves do you like best? Is it better to introduce the jet of cold water at the bottom of the receiver or at the top? Each has its advantages and disadvantages. My thoughts about the secondary or mechanical contrivances of the engine are too numerous to trouble you with in this letter, and yet I have not been lucky enough to hit upon any that are objectionless. I therefore beg, if any thought occurs to your fertile genius which you think may be useful, or preserve me from error in the execution of this engine, you’ll be so kind as to communicate it to me, and you’ll very greatly oblige me.//
На что Франклин отвечал, поднимая вопрос сажи на котле и передаче тепла
//»You will, I trust, excuse my so long omitting to answer your kind letter, when you consider the excessive hurry and anxiety I have been engaged in with our American affairs I know not which of the valves to give the preference to, nor whether it is best to introduce your jet of cold water above or below. Experiments will best decide in such cases. I would only repeat to you the hint I gave, of fixing your grate in such a manner as to burn all your smoke. I think a great deal of fuel will then be saved, for two reasons. One, that smoke is fuel, and is wasted when it escapes uninflamed. The other, that it forms a sooty crust on the bottom of the boiler, which crust not being a good conductor of heat, and preventing flame and hot air coming into immediate contact with the vessel, lessens their effect in giving heat to the water. All that is necessary is, to make the smoke of fresh coals pass descending through those that are already thoroughly ignited. I sent the model last week, with your papers in it, which I hope got safe to hand.//
Тем не менее Боултон, как и Робук ранее, обратились с вопросами по паровым машинам именно к Ватту — наверное, все таки не считали его новичком.
Из письма Ватта 1770 ясно видно, что ему поступали заказы на постройку обычных паровых машин, но он отказался от заказов, посвещая все время своей конденсаторной схеме
//»I would not have meddled with this,» he wrote to Dr. Small, «had I been certain of being able to bring the engine to bear. But I cannot, on an uncertainty, refuse every piece of business that offers. I have refused some common fire-engines, because they must have taken my attention so up as to hinder my going on with my own. However, if I cannot make it answer soon, I shall certainly undertake the next that offers, for I cannot afford to trifle away my whole life, which—God knows—may not be long.//
К новичку вряд ли обратились бы.
>>О том и речь. К тому времени расточенные на станке цилиндры становились стандартом индустрии.>>
Каким стаедартом, если Смитон по сути первый сумел сносно расточить цилиндр на горизонтальном станке? И на том же заводе, гдеизготавливали цилиндры для Ватта.
Впрочем, Ватту цилиндры, расточенные на станке Смитона, тоже не подошли.
Об этом написано в книжке Фарея 1820 г, процитированной мной ранее.
Вообще, рекомендую обратиться к оригинальной переписке Ватта, например, есть книжна Lifr of James Watt in selected letters, что то вроде этого, 1850-х годов. У меня, к сожалению, только с неоаспознанным текстом, извлекать цитаты сложно.
Даже с точностью обработки в 2 мм у Ватта 10-20% пара терялось непроизводительно, при 10-15 мм зазорах потери пара легко дойдут до 50% и сожрут весь профит от конденсатора.
//It has already been shown, that the quantity of steam lost by condensation, when it enters into the cold cylinder of Newcomens engine, is in most cases nearly
as great as that which ultimately produces its power; therefore, such engines consume double the quantity of fuel which would be requisite, if the waste could be
entirely avoided.
In the improved engine of Mr. Watt, the waste of steam is not more than onefourth of the quantity which is necessary to fill the cylinder, so that 1 1/4 times
the contents of the cylinder must be supplied at each stroke; and it is probable, that a considerable portion of this waste is occasioned by the leakage of the piston, and not much from condensation.//
>>Как же там воздух подсосет если там вода сверху?
> над поршнем лужа воды>>
Какая лужа, если конденсатор отдельный, хотя бы в виде pickle-pot, и цилиндр всегда горячий?
Лужа там, где конденсация в цилиндре происходит, даже краник специальный ставили доливать воду.
Ватт пробовал ставить конденсатор на обычную машину (без подачи пара сверху), но результат не впечатлил
//I have several times considered the propriety of the application of my condensers to common engines, and have made experiments with that view, upon our engine at Soho; but have never found such results as Mould induce me to try It any where else; and In consequence, we refused to make that application to Wheal Virgin engines In Cornwall, and to some others; our reasons were, that though It might have enabled them to- have gone deeper with their present engines, yet, the savings of fuel would not have been great, in comparison to the complete machine. By adding condensers to engines that were not in good order, our engine would have been introduced Into that country (which we look upon as our richest mine), in an unfavourable point of view, and without such profits as would have been satisfactory, either to us or to the adventurers; and If we had granted the use of condensers to one, we must have done so to all, and thereby have curtailed our profits, and perhaps injured our reputation.//
В итоге решили давать лицензию на конденсатор на любую машину за 1/3 сэкономленной стоимости топлива. Хотя один конденсатор, без остальных элементов, давал гораздо более скромный выигрыш по сравнению с полноценной машиной Ватта, экономия даже 5% топлива была востребована.
Pickle pot же Вы сильно переоцениваете
//Mr. DAVEY wrote in reply to the communications that he
thought Professor Unwin had failed to realize the difference in the mode and conditions of working of the engine with the “pickle-pot” and without it. There was no doubt whatever that the
“pickle-pot” had been added to reduce the fuel consumption of
the engine. The engine without the “pickle-pot” might have water covering the bottom of the cylinder at the time of opening the steam-valve, and the incoming steam would come into contact
with water having an exposed surface equal to the area of the
cylinder. In the “pickle-pot” the water surface would be reduced
to about one-fourth, and the total surface of metal exposed alternately to water and steam mould also be reduced.
The great economy of the Watt condenser arose more from the
mode of removing the water and air from the condenser than from the use of a separate vessel. The cooling effect of the condenser on the cylinder was nearly as much with the Watt as with the “pickle-pot”.
In the “pickle-pot”, as in the Newcomen cylinder, the air and
water were removed by direct contact of steam with the water,
involving great condensation in the operation; but, in the Watt
condenser, the work was done by an air-pump. The early Watt
condensers were constantly open to one end of the cylinder, and in
all double-acting engines the condenser was practically constantly open to one end or the other. No doubt the “pickle-pot” reduced the condensation due to the removal of the injection water. There would also be more cooling of the cylinder from direct contact of injection water than from contact of a mixture of steam and air at the same temperature. The economy might not have been very great.//
Насколько я понимаю с pickle-pot надо учитывать два момента.
Во-первых в старых машинах не просто наливали воду лужей сверху. Там была кожанная манжета, которую вода распирала и прижимала к стенкам. Те вода не лилась свободно.
Во-вторых конденсатор имел на порядок меньший объем по сравнению с цилиндром, так что потери на охлаждение стенок ниже ста были меньше.
> The economy might not have been very great
Я таки не сомневаюсь что он работал похуже полноценного конденсера. Но таки получше конденсации в цилиндре, и был очень прост.
>>Во-первых в старых машинах не просто наливали воду лужей сверху. Там была кожанная манжета, которую вода распирала и прижимала к стенкам. Те вода не лилась свободно.>>
Воду именно наливали, на всех реальных чертежах краник сверху присутствует, и слой воды составлял пару десятков сантиметров. Естественно, присутствовала прокладка из кожи или подобных материалов, и вода не лилась свободно, но просачивалась в ощутимых количествах, в основном во время рабочего хода, когда в цилиндре частичный вакуум. Проливающаяся вода мало влияла на работу, может, даже помогала, ведь конденсацию впрыском воды так и обнаружили, из-за прохудившейся прокладки. Заодно вода служила смазкой.
Но в отсутствие слоя воды воздух, с меньшей в порядки вязкостью, просачивался бы в намного большем количестве, ухудшая остаточный вакуум (и мощность), и требуя значительно больше пара на продувку.
Это элементарный принцип гидравлического уплотнения.
Ватт, по очевидным причинам не допускавший присутствия воды в цилиндре, был вынужден использовать сало или масло, для смазки и уплотнения, но вряд ли мог подавать их в достаточных количествах. И даже пробовал ртуть. Собственно, все это описано в его первом патенте 1769 г
//Lastly, instead of using water to render the piston or other parts of the engines air and steam tight, I employ oils, wax, rosinous bodies, fat of animals, quicksilver and other metalls, in their fluid state.//
>>Во-вторых конденсатор имел на порядок меньший объем по сравнению с цилиндром, так что потери на охлаждение стенок ниже ста были меньше.
Я таки не сомневаюсь что он работал похуже полноценного конденсера. Но таки получше конденсации в цилиндре, и был очень прост.>>
Без конденсатора самая примитивная по исполнению машина будет иметь кпд около 1%, самая совершенная — 2%. И в первом, и в другом случае конденсатор, тем более в виде пиклпота, добавит совсем немного, порядка 0.1-0.2% — или 5-10% экономии топлива.
Очевидно же, если бы Ватт, когда впервые попробовал конденсатор на полноразмерной машине, получил экономию топлива хотя бы в 20-25% (что соответствует плюс 0.5% к кпд), то эти машины сразу же стали продавать. Чего не произвошло.
> Очевидно же, если бы Ватт, когда впервые попробовал конденсатор на полноразмерной машине, получил экономию топлива хотя бы в 20-25% (что соответствует плюс 0.5% к кпд), то эти машины сразу же стали продавать
И тогда бы ему бы не продлили патент. У него бы был продукт который элементарно копируется и обладает не шибко большим конкурентным преимуществом. В общем коммерческий результат был бы околонулевой.
>>И тогда бы ему бы не продлили патент. У него бы был продукт который элементарно копируется и обладает не шибко большим конкурентным преимуществом. В общем коммерческий результат был бы околонулевой.>>
Опять высосано из пальца.
Продление патента произошло в 1775 (при активном лоббировании), при этом в 1770-1775 Ватт испытывал большие финансовые трудности, как и его инвестор Робук. Экономия топлива в тот момент была острым вопросом, в первую очередь в Корнуэлле, и машина, потребляющая хотя бы на 10% меньше угля, была бы востребована. Это бы точно не помешало продлению патента или получению новых
Одно дело когда у тебя полноценная программа по введению нескольких новшеств, ты над ней работаешь с убытками. Тогда парламент посмотрит на вопрос продления с сочувствием — человек о державе заботится.
А когда ты клепаешь простенькие устройства с прибылью, и обещаешь что если тебе дадут монополию, сделать еще ништяков то это уже выглядит куда как более сомнительно — уже как тупое лоббирование ради бабла.
Но судя
> Опять высосано из пальца.
продолжение разговора смысла не имеет. Хотите считать реально действующий пикл пот блажью и проблемы на вхождение в новую область нулевыми, считайте.
Я читал и Lifr of James Watt in selected letters и многое другое, свою интерпретацию я изложил. Ту же пробковую кору пробовали все — по первой. И все потом отказывались, и на сухом цилиндре и на мокром.
Если бы вы почитали сам текст акта, то заметили бы, что отдельным пунктом, обосновывающим продление патента, указана необходимость постройки станков для обеспечения требуемой точности обработки.
Вообще, вопрос высоких требований к ваттовким цилиндрам фигурирует практически во всех источниках по ранним паровым машинам и по истории металлообрвботки, и я приводил конкретные цитаты. От вас же услышал лишь абстрактные рассуждения — это и называется высасывание из пальца.
>>Ту же пробковую кору пробовали все — по первой. И все потом отказывались, и на сухом цилиндре и на мокром.>>
Выглядит так, как будто это вы сами придумали. Если не так — хоть один пруф этого утверждения.
Хотя смысла в продолжении дискуссии я тоже не вижу.
> отдельным пунктом, обосновывающим продление патента, указана необходимость постройки станков для обеспечения требуемой точности обработки
И? Это было в 75, машина Смитона для цилиндров работала уже 6 лет.
—
В конечном счете все ваши доводы сводятся к — «сквозь кожанную манжету протекало слишком много воды». Без какой-либо конкретики — сколько именно, так что не будем преувеличивать ценность ваших конкретных цитат.
о точности
Атмосферник с пикл потом https://www.gracesguide.co.uk/Newcomen_Memorial_Engine
Цилиндр и пистон — оригинальные, 1725 года, подгонка до 1.6 мм
Ю //Уж силу противовеса увеличить несложно.//
Ю Это плохая идея — больше энергии уйдет на непроизводительную работу по подъему этого противовеса, и за счет возросшей инерции равномерность хода мало улучшит, добавив при этом ударных нагрузок.
Carr, M. A. (2013). Thermodynamic Analysis of a Newcomen Steam Engine
> Based upon these kinematics, it appears that the engine was statically balanced for about a 5 psi vacuum condition.
STOWERS, A. (1962). The Development of the Atmospheric Steam Engine after Newcomen’s Death in 1729
ротативные атмосферные whimsays, Whimsey engines
—
Пример промежуточной конструкции —
> Mr Symington’s Improved Atmospheric Engine W. S. HARVEY & G. DOWNS-ROSE
Пар конденсировался в нижней части цилиндра, верх цилиндра открыт — протечки компенсировались продувом пара, чтобы сосало пар, а не воздух. Эффективность где-то процентов на 20 хуже уаттовского — те минимум в полтора раза лучше лучших смитоновских.
первые компаунды по сути тоже были попытками обхода уаттовских патентов
Lean’s Engine Reporter and the Development of the Cornish Engine: A Reappraisal
Jonathan Hornblower6 who had taken a patent for the first compound engine in 1781 and who found the further development of his invention obstructed by the actions of Boulton and Watt. In 1782, a first engine of the Hornblower type was erected for the Radstock colliery near Bristol.
After a period of experimentation, the Hornblower engine became capable of delivering a performance similar to that of Watt engines.
In his engine, steam condensation took place in the lowest part of the second (low-pressure) cylinder and, for this reason, Hornblower was convinced that he was not infringing Watt’s patent. He later found out that the separate condenser could greatly improve the performance of his engine but this addition meant that Hornblower could not fully exploit his invention without infringing Watt.
>>И? Это было в 75, машина Смитона для цилиндров работала уже 6 лет.>>
Книжка Tool gor job, на которую вы сами часто ссылаетесь:
//Watt only called for an 18-inch cylinder a modest enough demand when we recall the huge Newcomen type cylinders which had been produced by this date-yet Smeaton’s boring mill at Carron failed to achieve a sufficiently accurate result and Watt eventually abandoned his fruitless efforts to make his piston steam tight.//
Или хотя бы в той статье, на которую вы ссылаетесь сейчас, The Development of the Atmospheric Steam Engine after Newcomen’s Death in 1729
//Farey has given a detailed description of this mill and the subsequent steps taken by Smeaton to improve it.¹ In 1771 he designed «a Steelyard Carriage for suspending the Borers» to go inside the cylinder and to act as a fulcrum for a lever, from one end of which the end pivot of the axle of the boring head was suspended by a link; on the other end of the lever, a sufficient weight was applied to counterbalance the weight of the boring head. Smeaton’s drawing of this has been reproduced in Plate 3 of the Newcomen Society’s Extra Publication2 No. 5. Even this modification was unsatisfactory and the problem was not solved until John Wilkinson built his boring mill in 1775 at Bersham near Wrexham; this was the first machine in which a boring bar, supported in bearings at both ends was used.3 The cylinder also was supported in a heavy timber cradle and secured with chains, and the rotating cutter-head was fed forward through it. James Watt’s early cylinders were bored in Wilkinson’s mill, which played a vital part in the successful development of the steam engine//
И что?
>>В конечном счете все ваши доводы сводятся к — «сквозь кожанную манжету протекало слишком много воды». Без какой-либо конкретики — сколько именно, так что не будем преувеличивать ценность ваших конкретных цитат.>>
Вы издеваетесь, или реально не можете понять? Я говорил про протечку ВОЗДУХА или ПАРА, а не воды. И даже приводил количества — при цилиндрах серийных машин Ватта просачивалась ЧЕТВЕРТЬ пара.
Вы же сводите к тому: да что там, к любой машине прицепить конденсатор и кпд 4% в кармане. Но даже на пиклпот не можете найти конкретных цифр.
>>Цилиндр и пистон — оригинальные, 1725 года, подгонка до 1.6 мм>>
Первый чугунный цилиндр отлили на заводе Дерби в Коалбрукдейле в 1722, впервые начали растачивать примитивными сверлилками в 1725 — никаких миллиметров там быть не могло, ежу понятно.
Так что, скорей всего, при проведении модернизации не только пикл пот добавили, но и переточили цилиндр. Или вы действительно думаете, что следующие 50 лет цилиндры специально покорявей делали, чтоб зазоры не меньше мизинеца были?
>> Mr Symington’s Improved Atmospheric Engine W. S. HARVEY & G. DOWNS-ROSE
Пар конденсировался в нижней части цилиндра, верх цилиндра открыт — протечки компенсировались продувом пара, чтобы сосало пар, а не воздух. Эффективность где-то процентов на 20 хуже уаттовского — те минимум в полтора раза лучше лучших смитоновских.>>
Никаких отличий от конструкции Ватта, тот же конденсатор, насос и закрытый сверху цилиндр, так как подсос воздуха это совсем плохо.
То есть попытка формально обойти патент ценой худшего кпд (паразитные тепловые потоки через цилиндр и нижний поршень) и большей стоимости (цилиндр самая дорогая часть, а тут 20 процентовего длины не используется). Заметьте, при той же точности обработки, что и у Ватта — или где то написано, что его вручную шлифовали?.
>>Hornblower engine became capable of delivering a performance similar to that of Watt engines.>> очевидно только при
>>He later found out that the separate condenser could greatly improve the performance of his engine but this addition meant that Hornblower could not fully exploit his invention without infringing Watt.>>
То же самое, попытка обойти патент без каких либо преимуществ по сравнению с машинами Ватта с отсечкой и расширением пара (но мы то вроде как чисто атмосферники обсуждаем?) — при том же уровне техники.
//It is unnecessary to enter further into the detail of this engine, which was not found in practice to be at all equal to the common form of the condensing Engine. In fact, the apparatus described [p.144] by Hornblower is in every part the same as Mr. Watt’s.* And it must always be subject of regret that this ingenious man should have wasted the best part of his life, and ruined his fortune, in a series of selfish attempts to copy Mr. Watt’s inventions without coming within the letter of the patent.//
Кстати, ваше утверждение, что Смитон увеличил кпд втрое — тоже спорное. Я везде встречаю НА 25-50% от лучших машин до него или в два раза выше СРЕДНЕГО. Откуда три? Может, потому что Смитоновская лошадь 500 Ватт, а Ваттовская 700?
Кпд у Смитона был 1.3-1.5%.
Про пробку вопрос повис в воздухе?
> Про пробку вопрос повис в воздухе?
Про пробку — я несколько раз встречал что в начале экспериментов юзали пробку, но ни разу не встречал чтобы ее юзали в рабочих машинах. Цитаты видно все в плохораспознанных файлах, быстро ничего не ищется.
Мягкий материал с крупными неоднородностями — я не думаю что от него можно было получить примемлемую долговечность.
> Вы же сводите к тому: да что там, к любой машине прицепить конденсатор и кпд 4% в кармане.
Разумеется не четыре, но получше чем конденсировать в цилиндре. Раза в полтора при прочих равных.
> Или вы действительно думаете, что следующие 50 лет цилиндры специально покорявей делали, чтоб зазоры не меньше мизинеца были?
Я уже приводил точность римских насосов — их тоже переточили?
> На последней иллюстрации вы можете видеть типичные римские поршневые насосы. Они изготавливались из бронзы и применялись в шахтах, на кораблях и для тушения пожаров. Зазоры между поршнем и цилиндром составляли порядка 0.1-0.3 мм.Конечно паровые цилиндры имели на порядок большие размеры, но тем не менее результат впечатляет.
Повторяю — цитата про мизинец это Уатт, новичок в паростроении, и в его время уже было понятно что будущее за машинной расточкой — вкладываться туда смысла не было. Я таки ожидаю что мастера и ручным методом могли кое-что сделать.
Ну скажем вместо полутора мм — три. При том что подсос манжеты отридцательным давлением бы все равно сводил бы разницу к минимуму.
>>Цитаты видно все в плохораспознанных файлах, быстро ничего не ищется.
Мягкий материал с крупными неоднородностями — я не думаю что от него можно было получить примемлемую долговечность.>>
Все же настаиваю на пруфах, так как я ничего подобного не встречал, хотя литературы по этой теме пересмотрел, похоже, побольше вашего. Без пруфов — это выдумка.
В машине Ползунова сначала стояла помповая кожа (кожа для водяных насосов), она быстро истерлась. Попробовали заменить на пробку из местной аптеки — но ее было мало, всего три фунта в маленьких кусках, и плохого качества, вот она то и выкрошилась. Когда же привезли большие листы пробки из Екатеринбурга, все отлично заработало. Это все подробно описано в отчетах учеников Ползунова — гугл в помощь. Если не найдете — дам ссылку.
Может, заодно найдете, сколько времени ходило кожаное или пеньковое уплотнение — подозреваю, что далеко не годы.
>>Разумеется не четыре, но получше чем конденсировать в цилиндре. Раза в полтора при прочих равных.>>
Вот и пришли к 2%, что я примерно и озвучивал раньше.
>>Я уже приводил точность римских насосов — их тоже переточили?…Конечно паровые цилиндры имели на порядок большие размеры, но тем не менее результат впечатляет.>>
Вы абсолютно не понимаете возможностей механической обработки. В XVIII веке, и сильно раньше не было никакой проблемы, например, обработать ствол ружья с отклонениями в доли миллиметра — десятые и даже сотые. Изготовители научных инструментов легко делали цилиндры воздушных насосов с отклонениями в 0.1 мм и меньше, достаточно простыми методами (spill boring и т.д.). Ватт как раз и занимался изготовлением инструментов, тех же насосов для Дж. Блека, поэтому то и смог сделать модель паровой машины, на которой получилось увидеть эффект конденсатора. Оптики даже в XVIII в. вообще шлифовали линзы и зеркала телескопов с отклонением от сферичности в микроны — вручную и на глаз.
При всем при этом обработать цилиндр диаметром порядка метра и длиной в пару метров было практически непосильной задачей — пока не доперли до необходимости жесткого позиционирования обрабатывающего инструмента в 1774.
Насчет 0.1 мм в римских насосах — вполне возможно, при диаметре около дециметра достигается легко. Хотя эта оценка сделана по сильно корродированным обломкам, что было на самом деле — одному Герону известно. Или есть более достоверные источники?
>>Повторяю — цитата про мизинец это Уатт, новичок в паростроении, и в его время уже было понятно что будущее за машинной расточкой — вкладываться туда смысла не было.>>
Вы как попугай повторяете, что Ватт новичок и игнорируете написанное черным по белому — цилиндры опытных машин Ватта делали на Карронском заводе, на тех же станках, что и для Смитона, и в то же самое время.
Про похвальную точность в мизинец — это слова отнюдь не Ватта. Например, советский автор Перль цитирует Рейнольдса, который руководил изготовлением цилиндра трех метров длиной при диаметре около метра, в 1760-х годах. При этом Рейнольдс работал на заводе в Коалбрукдейле — монополисте того времени по литью и расточке чугунных цилиндров для паровых машин. Но даже на этом заводе не смогли сделать расточить чугунный цилиндр на имеющемся у них оборудовании, и прибегли к ручной шлифовке дюжиной человек МЕДНОГО цилиндра.
Второе упоминание о ручной расточке, часто встречающееся в литературе — письмо Боултона Ватту ДО ТОГО, как они стали компаньонами. Боултон для своего собственного двигателя, построенного по системе Ньюкомена, получил точность в четверть дюйма, и очень гордился этим достижением. Ватта такая точность не устраивала. С какого вы взяли, что Ватт — новичок — шлифовал вручную — там же, где и про пробку.
Вообще, я однозначно заканчиваю это обсуждение, так как ничего нового от вас получить не могу.
> Вы абсолютно не понимаете возможностей механической обработки
Да куда уж мне дебилушке.
Ну раз вы понимаете расскажите почему при переходе от 15 см к 150 см цилиндрам нельзя обеспечить линейно худшую точность. Если есть скажем доводы почему точность ухудшится не в 10 раз, а в 100 — с удовольствием послушаю. Не можете? Ну тогда и не надо пиздеть про «понимание» возможностей механической обработки.
Понимание возникает там где у нас встречаются мат теория и практические данные. Мат теории о том какой конкретно нужен зазор у нас нет
Практические данные имеются только краткосрочные, из периода налаживания технологических процессов.
Любой кто не только читал умные книжки, а пытался делать что-то сам знает что это значит что интерпретации опыта на этой стадии имеют весьма ограниченное качество.
Тот же Уатт скажем совершенно не понимал роль турбулентости при прохождении газов по котлу, многие из его rule of thumb rules вроде «квадратный ярд поверхности котла на лс мощности» слишком круглые — они явно весьма приблизительны. Фуллтон провел опыты с моделями, но законы масштабирования еще не были известны и форма его пароходов была сильно не оптимальной. Линд посоветовал кипятить лимоны. И тд пт. Не надо обожествлять опыт первооткрывателей.
Пока имхо возможность постройки конденсаторного атмосферника с ручной обточкой не исключена. Чтобы ее исключить надо приложить чуть больше усилий чем нагромоздить немного кружева из рассуждений и пары цитат.
Вот когда у нас будут данные что для 1 мм зазора утечка 25 процентов а при увеличении до 2 она вырастет в н раз несмотря на то что казалось бы в любом случае уплотнение обеспечивается эластичностью прокладки/манжеты, а ручная притирка дает точность такого порядка на таких то размерах, вот тогда мы сможем использовать слово «понимание».
А до той поры мы оба — напыщенные фантазеры.
>>Да куда уж мне дебилушке.
Ну раз вы понимаете расскажите почему при переходе от 15 см к 150 см цилиндрам нельзя обеспечить линейно худшую точность. Если есть скажем доводы почему точность ухудшится не в 10 раз, а в 100 — с удовольствием послушаю. Не можете? Ну тогда и не надо пиздеть про «понимание» возможностей механической обработки.>>
Странно, что такие очевидные вещи требуют объяснения, но все же попытаюсь.
Во-первых, для 15 и 150 см цилиндров использовались РАЗНЫЕ методы и инструменты. На 15 см отлично работает метод spill boring (квадратная развертка, прижимаемая бруском дерева с кусочками бумаги), или подобные инструменты, обрабатывающие всю длину цилиндра одной ровной режущей кромкой.
Для 150 см цилиндра и с длиной в 3 метра такую развертку принципиально не сделать (понятно, почему?), и даже от самого большого водяного колеса не провернуть. Поэтому приходится использовать инструмент, режущий металл лишь на небольшом участке поверхности.
Во-вторых, раз вы так любите оперировать абстрактными математическими соображениями, вспомните о законе квадрата — куба. Имеется расточная головка в виде диска на длинной штанге, по краям диска резцы. Увеличив размер в 10 раз, получим увеличение сечения штанги, и, соответственно, ее жесткости в 100 раз, а массы всей этой конструкции — в 1000 раз. Вся эта масса будет давить на нижнюю часть поверхности лежащего цилиндра, поэтому резцы будут резать в первую очередь ее. Поэтому даже с одинаковым инструментом никакой линейности точности нет.
Эта проблема решается элементарно — увеличением стабильности штанги (додумался Вилкинсон), переходом к вертикальному положению цилиндра (додумались многие, но осуществить получилось лишь к концу XVIII в) и добавлением в инструмент не только режущих, но и опорных поверхностей.
Возвращаясь к шлифовке — ТЕОРЕТИЧЕСКИ можно было бы достичь любой степени равномерности, повторяя процесс отливки притира и шлифовки БЕСКОНЕЧНОЕ количество раз. Но тут нельзя, как в компьютерной программе, просто запустить цикл и подождать с чашкой кофе. Эта пресловутая точность в мизинец и так достигалась затратой огромного труда десятков человек, и улучшить ее N раз при увеличении затрат в N в какой то степени раз ПРАКТИЧЕСКИ оказалось невозможным, да и стенка цилиндра тоже имела конечную толщину.
По поводу пиздежа — следите за словами.
Такое бла-бла я тоже могу написать. Только без глупых ошибок вида
> Увеличив размер в 10 раз, получим увеличение сечения штанги, и, соответственно, ее жесткости в 100 раз, а массы всей этой конструкции — в 1000 раз.
Стрела прогиба вырастет в 100 раз, а не в десять. Ну и унылый расчет показывает что характерный прогиб для метровой чугунной балки (смитон сверлил в два прохода с обоих концов) под своим весом будет порядка десятых мм (да и для для 2-3 метровой, просто сделать высоту в десятки см).
Я уж не буду говорить о 100-500 возражений, то что людям очень тяжело дается понимание разницы между доказательством возможности и доказательством невозможности я уже не раз говорил.
Повторяю — мои сомнения основаны на куче изученных фактов, уж пардон что я не готов перерыть десятки нераспознанных книжек по первому требованию.
Один из основных таких фактов заложивших в меня сомнения — был циничный рассказ одного инженера гдето 25ых 19 века который рассказывал что цилиндры для удешевления часто делаются в один проход с конусностью из-за износа резца в 1-2 мм, это при уплотнениях из металлических колец.
Про потерю четверти пара
> In the improved engine of Mr. Watt, the waste of steam is not more than one- fourth of the quantity which is necessary to fill the cylinder, so that 1-y times the contents of the cylinder must be supplied at each stroke ; and it is probable, that a considerable portion of this waste is occasioned by the leakage of the piston, and not much from condensation.
Нетрудно видеть тут потери вообще. Как их считали? Скорее всего по весу испарившейся воды.
В котле обычно +1+2 пси, если наддуть цилиндр половиной/1 пси то это уже потери до 7 процентов, на конденсацию из-за расширения пара и тепловых потерь — минимум 1-2 процента, объем воздушного насоса — 1/8 цилиндра и вакуум -10 пси — еще процента 4(-1-2 воздуха), пар изо всех щелей — когда там Уатт дошел до Iron Cement?
>>Стрела прогиба вырастет в 100 раз, а не в десять.>>
Так в чем же глупая ошибка, если вы согласны, что прогиб большего в 10 раз инструмента будет не в десять, а условно в сто раз больше?
>>унылый расчет>>
Ну так проведите унылый расчет, но для консольно закреплённой балкии из железа толщиной 10 см и длиной 2 метра, на конце нагруженной чугунным диском диаметром метр и толщиной сантиметров пять. Если не нравятся эти размеры — возьмите другие, но чтоб хотя примерно билось с картинками расточных машин тех времён.
>>смитон сверлил в два прохода с обоих концов>>
Опять ваша выдумка? Растачивание всегда делалось в полную длину, при обработке с двух концов просто не переустановить цилиндр так, чтобы не получилось ступеньки. Даже на современном токарнике это практически невозможно.
Смитон сверлил четыре раза с поворотом вдоль оси на 90 градусов, как раз чтобы скомпенсировать неравномерность обработки снизу и сверху, а затем делал чистовой проход одноточечным резцом.
>>циничный рассказ одного инженера гдето 25ых 19 века который рассказывал что цилиндры для удешевления часто делаются в один проход с конусностью из-за износа резца в 1-2 мм>>
Туфта такая то.
Во-первых, в 25ых 19 века не было такого материала, резец из которого смог бы сделать проход всего цилиндра не затупившись, тут бы и быстрорез не справился бы, разве что твердый сплав типа победить. Резцы (сменные пластинки) из углеродистой стали при расточке цилиндров меняли каждые минут 15-20.
Во-вторых, если вы представляете геометрию металлорежущего резца, то должны понимать, что сточившийся на 1 мм резец вообще не будет резать металл.
>>пар изо всех щелей>>
Полагаю, те, кто считал, не идиотами были, и написано достаточно однозначно
that a considerable portion of this waste is occasioned by the leakage of the piston, and not much from condensation
Я вообще не понимаю, о чем вы спорите. Мой исходный тезис был — с расшлифованным вручную цилиндром КПД 4% не получить.
Утверждаете обратное? Так попробуйте доказать, что вручную можно сделать лучше, чем с зазорами в палец, ИЛИ что такие зазоры не мешают работе конденсаторной машины.
>>Ну и унылый расчет >>
Расчет для трехметровой штанги диаметром 100 мм (что на пределе возможностей кузнечной сварки), закрепленной консольно и снабженной режущей головкой в 100 кг, дает прогиб в 17 ми. Без нагрузки, одна штанга — 7 ми. С одной сторонв, можно добавить подпорки, с другой стороны, люфты в коренном подшипнике дадут о себе знать.
Цилиндры атмосферных машин отливали с минимально возможной толщиной стенки, от дюйма до половины дюйма — 12-25 мм.
>>Ватт был новичком, спецы работавшие над паровиками уже больше половины столетия секретами с ним не делились. Имхо это прекрасно объясняет почему ему требовалась точность повыше чем та что прекрасно использовалась и до него.>>
//He allowed Watt to run and test a Newcomen engine in one of his coal mines, probably not that at the Schoolyard Pit. The cylinder diameter of that engine was 5ft 3ins (and it is now in Kinneil Park), but that tested was smaller with a cylinder of 32ins and stroke of 5ft 2ins. Watt calculated the evaporation rate of the boiler, the volume of the cylinder and the surface area of the piston. He determined how much steam was condensed in warming the cylinder before each stroke and found it was 97.2 ‘solid feet’ while the cylinder only contained 28.6 ‘solid feet.’ This confirmed just how much steam was wasted reheating the cylinder. The pressure on the piston was 8.5psi. This was the first of many trials on Newcomen engines which Watt would conduct and it may have helped him to convince Roebuck of the correctness of his theories because “it served to show the great waste of fuel and steam.”
Watt developed a great understanding of the Newcomen engines at Bo’ness and suggested improvements. The expertise was not wasted and at some stage in 1765 he went into partnership with Robert Mackell, a millwright and engineer in Falkirk, to build Newcomen engines for other customers. He needed the money to look after his family and to fund further work on his new design of engine. The first of the engines produced by the partnership was a small engine to pump water to a turpentine still-tub at Carron Wharf near Carronshore, which was completed by the end of the year. The parts must have been made by Carron Company and Watt was to become familiar with the works there.
…
Watt needed practical experience on existing steam engines and continued his partnership with Robert Mackell. In this period they erected:
1765 – a small engine to pump water to a turpentine still-tub at Carron Wharf near Carronshore
1766 – an engine with a 24ins cylinder for Bruce at Kennet.
1767 – 45ins cylinder at Newton of Ayr.
1768 – Engines with 18ins & 20ins cylinders for Colville at Torryburn.//
Ватт, к которому идея об отдельном конденсаторе пришла в 1765 г, и который к этому моменту уже лет пять экспериментировал с паровыми двигателями, в промежутке 1765-1770 занимался строительством обычных ньюкоменовских машин на заказ. После получения патента в 1769 и вступления в партерство сначала с Робуком, а затем с Болтоном, Ватт занимался только попытками построить конденсаторную машину, а от заказов на постройку обычных машин отказывался. Тот же Смитон, например, построил свою первую паровую машину также в 1765, а первый заказ на строительство паровой машины получил в 1767.
The Machine in America. A Social History of Technology, Carroll Pursell · 2007
//Another example can be taken from the extremely important field of machine tools. To be most useful, iron had to be worked into useful shapes. The only machines that could possibly accomplish this were themselves made of iron. Thus each improvement in metallurgy made it easier to cut and work iron, and this in turn made it possible to produce more and better iron products. Here, too, Wilkinson was a pioneer innovator. Until his time, metal had to be bored by cutters attached to a turning rod extending from the shaft of a waterwheel to the workpiece. On large jobs, the head tended to droop and thus bore a crooked cylinder. When James Watt developed his steam engine, several people, including Smeaton, advised him that although workable in theory (and in small models with cylinders of tin hammered into shape around a wooden core), it could never be machined with sufficient accuracy to work well in full scale and under industrial conditions.
In 1775, however, Wilkinson built his celebrated boring mill, which allowed him to bore all of Boulton and Watt’s cylinders with considerable accuracy. To gain this new accuracy, he fixed the hollow-cast cylinder more firmly while it was being bored, and more important, he ran the boring rod through the entire cylinder so that the cutting blades could be placed in the middle of the rod and both ends could be supported, so as to eliminate the droop. In 1776 Matthew Boulton wrote with delight that «Wilkinson hath bored us several cylinders almost without Error; that of 50 inches diamr for Bentley & Co. doth not err the thickness of an old shilling in no part.»//
The Makers of the Modern World from Gutenberg to Gates, 2 Volumes. John W. Klooster · 2009
//Watt, having heard of Wilkinson’s achievement, asked Wilkinson if Wilkinson could use his new technology to make a cylinder and piston for Watt’s engine, which Wilkinson proceeded to do. In 1775, within a few weeks after getting Wilkinson’s turned iron cylinder and mating piston components, Watt and Boulton had an improved (relative to the prototype), successfully operating new steam engine. It used less than half as much fuel as that required by a Newcomen engine for producing the same amount of work. Wilkinson’s boring technology seems to have achieved a maximum error (deviation from circular) of only about the thickness of a shilling. Without such accuracy, the Watt engine would not have achieved the efficiency of operation needed for widespread commercial use and success (which was attained).//
Winterstoke. L.T.C. Rolt · 2015
//Because Watt’s design demanded much greater accuracy in construction and finish, for some years the inventor had been frustrated by a manufacturing technique unable to fulfil the demands he made upon it. One of the greatest difficulties was the machining of his cylinders. The old Newcomen cylinders had been bored at Darley Bank by means of a rotating boring bar which produced a bore that was perfectly circular but seldom truly parallel throughout its length. It was the great ironmaster, John Wilkinson of Berstham, who first succeeded in producing a machine capable of boring a cylinder to satisfy Watt’s more exacting standards. It was upon such a machine, whereon the cylinder revolved about a stationary boring bar, that the cylinders for these Watt engines were finished at Darley Bank.//
Fundamentals of Metal Machining and Machine Tools, Third Edition. Geoffrey Boothroyd, Winston Anthony Knight · 1989
//In 1776 James Watt built the first successful steam engine, and one of his greatest difficulties in developing this machine was the boring of the cylinder casting. His first cylinder was manufactured from sheet metal, but it could not be made steamtight. Even attempts to fill the gap between the piston and the cylinder with cloth, leather, or tallow were of no avail. The problem was eventually solved by John Wilkinson when he invented the horizontal-boring machine. This machine consisted of a cutting tool mounted on a boring bar that was supported on bearings outside the cylinder. The boring bar could be rotated and fed through the cylinder, thus generating, with the tool points, a cylindrical surface independent of the irregularities of the rough casting (Fig. 1.1). This boring machine was the first effective machine tool, and it enabled James Watt to produce a successful steam engine.//
Steamboat Evolution. Basil Clark · 2007
//Accuracy in boring cylinders was always a problem, with irregularities resulting in power loss and in 1765 Smeaton made improvements to a boring machine used by the Carron Ironworks in Scotland., this resulted in some improvement but hand finishing was nearly always necessary There is an interesting description of similar work in America in 1801, which given that technology in America at that time was said to be some fifty years behind that in England, is probably representative of the situation there in the 1760’s. The task involved a large iron cylinder which had been cast in two pieces, united by copper and the whole assembly secured by external iron bands. The resulting cylinder was a little over 6ft long and had a bore of about 38 ins, the weight of iron was said to be 7,500lbs, and about 4in had to be cut away internally. The report then states that ‘two men are required; one almost lives in the cylinder, with hammer in hand to keep things in order and attend the steelings; the other attends the frame on which the cylinder rests, which is moved by suitable machinery; these hands are relieved. The work goes on day and night. One man is also employed to grind the steelings; work stands only at dinner and whilst the steelings are being changed, which requires about ten minutes time, and in about ten minutes more are dull. I examined the same and found them worn sin in that time. Three steelings, which are about 3/2 in on the edge are fixed in the head piece at one time; the head piece is a little less than the diameter, which forms the shaft of the water wheel. The workmen state that the boring was commenced on the 9th April and has been going on ever since, about three months, and that about six weeks more will be required to finish it. When the cylinder was completed it is recorded that it was 3/8 in larger in diameter at the mid point of its length than it was at the ends. The method described was very similar to that used in Smeaton’s boring machine and although this machine had improved accuracy the standard produced did not satisfy James Watt when he was building his first steam engine near the Carron Works, this engine took seven years to develop and in the course of its construction Watt tried and discarded a number of cylinders of different sizes and materials.//
Metal Cutting Theory and Practice. David A. Stephenson, John S. Agapiou · 2018
//The bores of atmospheric steam engines invented in the early eighteenth century, which were used especially to pump water from mines, were machined on modified canon boring mills [39,59,60,67]. These mills were not suitable, however, for the manufacture of James Watt’s condensing engine, which operated at higher pressures and consequently required more precise bores. In fact, Watt, an instrument maker by trade, made small model engines but could not produce a full-sized specimen for 10 years because existing boring mills could not machine large cylinders to the required accuracy 164,671. This problem was solved when John Wilkinson invented a more accurate horizontal boring mill in 1775 (Figure 1.8) [31,59,60,64]//
Illinois Technograph Том 45, 1930
//The introduction of the Newcomen and Watt engines with cylinders 30 to 60 inches in diameter created new and difficult problems. Smeaton had designed a boring machine in 1769 for machining cannon. This machine is shown in Fig. 4, as applied to the boring of a cylinder. It consisted of a head with inserted cutters mounted on a long, light, overhung boring bar, driven by a water wheel. The work was mounted on a rude carriage and fed forward against the cutter by means of a hand windlass. The cutter head was supported upon a small carriage running in the cylinder, but this merely reproduced the irregularities in the original casting and the finished cylinder was neither straight, nor true in circumference. When Watt conceived the idea of the separate condenser in 1765, he was beset with seemingly insurmountable difficulties as regards mechanical equipment for building his engine on a commercial basis. «He was a skilled instrument maker and his first small model was fairly successful, but when he undertook the practice of mechanics in the great his skill and the skill of all those about him was incapable of boring satisfactorily a cylinder six inches in diameter and two feet long: and he had finally to resort to one which was hammered. For ten weary years he struggled to realize his plans in a full-sized engine, unable to find either the workmen or the tools which could make it a commercial success. His chief difficulty lay in keeping the piston tight. He wrapped it around with cork, ailed rags, tow, old hats. paper and other things, but still there were open spaces left, sufficient to let the air in and the steam out. Small wonder, for we find him complaining that in an 18-inch diameter cylinder, at the worst place the long diameter exceeded the short by three-eights of an inch. When Smeaton first saw the engine, he reported to the Society of Engineers that neither the tools nor the workmen. existed that could manufacture so complex a machine with sufficient precision.»//
Roe. English and American Tool Builders
//In 1774 Wilkinson made improvements in the boring machine that can hardly be overestimated in their importance. He made the boring bar heavier, ran it clear through the cylinder giving it a fixed support on the outer end. The significance of this improvement may be judged by the statement of a member of the firm of Boulton and Watt who wrote that Mr. Wilkinson had bored for them a cylinder 50 inches in diameter which did not err «the thickness of an old shilling in any part,» a remarkable accuracy for the boring equipment of that period. It made the steam engine a success, and it may be considered as the first machine tool that was adequate for the requirements of large heavy work//
//James Watt was a maker of mathematical instruments, a man of great skill and precision as a craftsman, but he dealt with parts of small dimensions. When he conceived of his steam engine, he mentally pictured the various parts as turned out with all the accuracy and finish that was possible in the diminutive members of a scientific instrument. To him it seemed perfectly feasible to turn a cylinder which would be practically perfect in contour, and to fit it with a piston around which no steam could leak. With the lathe then in existence such a fit was easily possible on small work. But when he undertook to have the cylinder of his engine bored, he discovered that there was no machine that could begin to do the work properly. In fact, when Smeaton, who was a prominent engineer of that time, investigated Watt’s steam engine, he declared that it was such a complicated piece of work that neither tools nor workmen existed that could build it. In Watt’s first engine, the cylinder was only six inches in diameter and two feet long, and a special type of boring machine was devised to bore the forged cylinders. But the boring was so irregular that when the piston was inserted and the steam was turned on, nothing would stop the flow of steam that leaked around the piston. In vain did James Watt use cork, oiled rags, tow, paper, and even old hats to stop the leakage. However, the boring machine was improved and later a cylinder, eighteen inches in diameter, was bored with such accuracy that the large diameter exceeded the small diameter in the worst place by only 3/8 of an inch. This Watt considered a very good bit of turning//
A Short History of Technology from the Earliest Times to A.D. 1900. Thomas Kingston Derry, Trevor Illtyd Williams · 1960
//On the constructional side the greatest difficulty, already alluded to, was in boring a really accurate cylinder, so that there would be no escape of steam between its walls and the piston. Newcomen’s device of sealing the piston with cold water did not suit Watt’s purpose, which was to keep the cylinder as hot as possible. The extent of the constructional difficulty is indicated by the fact that Smeaton, as experienced and progressive as any engineer of his day, gave his considered opinion that ‘neither tools nor workmen existed that could manufacture so complex a machine with sufficient precision’. Millwrights were at that time the only class of workmen approximating to skilled engineers, and engine-building had to be undertaken by the combined efforts of blacksmiths, wheelwrights, and car- penters. When the time came to build Watt’s engines, they were normally constructed of local materials with local labour; Watt sup- plied merely the drawings, an erector for the job, and special parts like valves. A decisive advance was John Wilkinson’s invention of a new type of boring-mill in 1774 (p. 350), designed for cannon but capable with modifications of boring cylinders to fine limits for any purpose.//
Rolt. Tools for job
//Watt only called for an 18-inch cylinder a modest enough demand when we recall the huge Newcomen type cylinders which had been produced by this date yet Smeaton’s boring mill at Carron failed to achieve a sufficiently accurate result and Watt eventually abandoned his fruitless efforts to make his piston steam tight.//
Poverty and Progress. An Ecological Model of Economic Development. Richard G. Wilkinson · 2022
//Steam power was first used in response to the pumping problem in mines as coal production was expanded, and was later used to help meet the growing demand for transport. The early engines had to be designed so that they could be built in an alien technological context. So severe were the productive constraints that it was only just possible to produce a workable engine of any kind. Newcomen’s engine, which used leather packing and water to make a seal between the piston and the cylinder, was extremely inefficient. When Smeaton saw Watt’s improved design he believed that ‘neither tools nor workmen existed that could manufacture so complex a machine with sufficient precision’.1 Smeaton had been involved earlier in the development of better cylinder-boring machines, and his judgement proved correct to the extent that Watt’s engine was only built with the help of a modified version of a new machine for boring cannon.//
//He was a skilled instrument maker and his first small model was fairly successful, but when he undertook «the practice of mechanics in great,» his skill and all the skill of those about him was incapable of boring satisfactorily a cylinder 6 inches in diameter and 2 feet long; and he had finally to resort to one which was hammered. For ten weary years he struggled to realize his plans in a full-sized engine, unable to find either the workmen or the tools which could make it a commercial success. His chief difficulty lay in keeping the piston tight. He «wrapped it around with cork, oiled rags, tow, old hats, paper, and other things, but still there were open spaces left, sufficient to let the air in and the steam out.»» Small wonder! for we find him complaining that in an 18-inch diameter cylinder, «at the worst place the long diameter exceeded the short by three-eighths of an inch.» When Smeaton first saw the engine he reported to the Society of Engineers that «neither the tools nor the workmen existed that could manufacture so complex a machine with sufficient precision.»»»
Smeaton himself had designed a boring machine in 1769 for the Carron Iron Works for machining cannon, an illustration of which is given in Fig. 1. It consisted of a head with inserted cutters mounted on a long, light, overhung boring bar. The work was forced forward on a rude carriage, as shown. The method of supporting the cutter head, indicated in the section, shows an ingenious attempt to obtain a movable support from an inaccurate surface. One need hardly say that the work resulting was inaccurate. Fortunately, in 1774, John Wilkinson, of Bersham, hit upon the idea, which had escaped both Smeaton and Watt, of making the boring bar heavier, running it clear through the cylinder and giving it a fixed support at the outboard end as shown in Fig. 7. The superiority of this arrangement was at once manifest, and in 1776 Boulton wrote that «Mr. Wilkinson has bored us several cylinders almost without error; that of 50 inches diam- eter, which we have put up at Tipton, does not err the thickness of an old shilling in any part.»» For a number of years, Wilkinson cast and bored all the cylinders for Boulton & Watt.
The importance to Boulton & Watt of the timely aid of Wilkinson’s boring machine can hardly be overestimated. It made the steam engine a commercial success, and was probably the first metal-working tool capable of doing large, heavy work with anything like present-day accuracy.»//
Статья полный бред
1) Нет никакого экономического смысла сооружать паровую машину в античности. Это просто нерентабельно.
2) Нет никакого экономического смысла сооружать НЕ ротативную паровую машину в принципе. Это просто бессмысленно. Её КПД просто запредельно низкий при тех затратах, что вы понесёте.
3) Вы же понимаете, что в античности не было в достаточном количестве ни чугуна, ни стали? Во времена Пунических единственный доступный металл — кричное железо. Ну, это если не считать просто безумно дорогой и абсолютно бесполезной для строительства паровой машины бронзы.
4) Даже если бы и был чугун и сталь — вам всё ещё нужны высококачественные металлические листы, однородные по качеству. Где вы их возьмёте, когда у вас под рукой только кричное железо? Да и кричного железа мало, да и не сделаешь из него лист металла одинакового размера и качества. Это просто физически невозможно.
5) А как вы собирать машину без болтов будете? У вас же резьбового соединения нет, так откуда вы возьмёте болты для соединения фланцев труб? Полагаю, попробуете сделать что-то похожее, но ведь в античности у токарных станков не было не то что суппортов, да и даже ножного и водяного приводов. У вас даже если и получатся болты, они просто не подойдут. Во-первых, они будут из разного металла, а значит будут отличаться по характеристикам, а значит не подходят нам. Во-вторых, они все будут индивидуальными. Эти болты, учитывая то, из какого дерьма они сделаны, будут вылетать на раз два, а значит остро встанет вопрос по замене болтов. Замене болтов, каждый из которых — уникален. Прекрасно!!!
6) А как вы решите вопрос с сверлением толстых металлических листов под заклёпки? Вам ведь нужно будет просверлить ТОЧНО ПОДОГНАННОЕ отверстие под заклёпку в изогнутом, толстом металлическом листе. Это вы как собираетесь сделать?
7) А как вы собираетесь решить проблему с доливанием воды? Вам ведь нужен будет для этого специальный клапан. Откуда попаданец будет знать его устройство? Паровые машины не создают уже какой век, а попаданец должен знать точное устройство этого клапана? Может тогда уж проще будет сразу бога в режиме креатива кинуть?
8) А как вы собираетесь решить проблему с фундаментом? Вы же в курсе, что паровая машина далеко не пушинка по весу? Это же многотонная махина, у неё просто чудовищная нагрузка на фундамент. Что вы с ним собираетесь делать? Его же тоже по науке надо сделать, а не на отшибись залить n-ое количество бетона!
9) А как вы собираетесь решить проблему с трением различных частей паровой машины друг о друга? Тем более, что для этого вам придётся таки рассчитать движение этих частей, а вместе с этим — учесть различное тепловое расширение различных деталей. Как вы это собираетесь сделать в период, когда не было алгебры как таковой? У вас ведь мир, где нет ни нуля, ни отрицательных, ни иррациональных чисел. У вас даже десятичной системы же нет! Калькуляторов! Вам ведь нужно будет проводить сложнейшие вычисления с числами, у которых больше нескольких цифр после запятой! Как? Мне очень интересно послушать очередную офигенную историю от вас. Давайте, я жду!
10) А откуда вы возьмёте людей, которые могли бы обслуживать вашу паровую машину? Большая часть населения в античность — безграмотные идиоты, верящие в языческих богов. Как вы собираетесь обучить их инженерному образованию столь чудовищно высокого уровня, что обязательно потребуется для обслуживания вашей шайтан-машины? Как вы обезопасите свою машину от их шаловливых ручек? Как вы поймёте, что требуется защищать от всяких дураков прежде всего? Парочку дорогущих машин сломаете перед этим?
11) А где вы возьмёте смазочные материалы? Вам ведь нужно будет смазывать детали, чтобы они просто не стёрлись в труху за пару дней работы. Так откуда смазочные материалы?
Итого — очередной «ЫЫЫ, ПОРОВАЯ МАШЫНА, МОЖНА СТРОИТЬ!1!». Объективно, строить паровую машину — тупейшая идея. Если у вас настолько золотые руки и настолько блестящий ум и память, что вы можете её сделать, то зачем вам паровая машина, да ещё и наименее осмысленная её версия, от которой толку, как от говна в яичнице? На вашем месте я бы занялся ювелирным или кузнечным делом — занятие однозначно прибыльнее, чем строительство очередной бесполезной шайтан-машины.
Очевидное направление повышения эффективности паровых машин — повышение рабочего давления. Самые ранние паровые устройства использовали силу пара под избыточным давлением, например, в котле насоса Севери избыточное давление доходило до 2-2.5 атмосфер. Но, несмотря на применение предохранительного клапана, изобретенного Дени Папеном за тридцать лет до этого, паровые котлы периодически взрывались, и при появлении пароатмосферных машин о паре высокого давления забыли практически на 100 лет (хотя тот же Ватт в самом начале экспериментировал с котлом Папена, а Кюньо построил свой паровой тягач с машиной высокого давления в 1769 г). И лишь в начале XIX в паровые машины с высоким давлением начинают использоваться более широко.
Основная причина, по которой котлы даже с паром в 2-3 атмосферы так часто взрывались, состояла в отсутствии адекватных методов испытания. И эту проблему на самом деле очень легко можно было бы решить, используя опрессовку водой вместо пара.
Поскольку вода практически несжимаема, разрыв сосуда под действием давления воды не может приводить к столь разрушительным последствиям, как взрыв под действием сжатого газа.
Создать давление, необходимое для опрессовки, можно простейшим ручным насосом, а в отсутствие манометра давление легко определить исходя из прощади поршня и усилия на нем. Удостоверившись в том, что котел или другой сосуд способен выдержать давление, в 1.5-2 раза превосходящее рабочее, и настроив соответствующим образом предохранительный клапан, можно свести риск взрыва к минимуму (конечно, необходимо такие испытания необходимо регулярно повторять). А также, поскольку в подавляющем большинстве взрывов причиной были виновны люди, в дополнение к обычному предохранительному клапану стоит добавить разрывную мембрану.
Первым гидростатические испытания котлов применил Ричард Тревитик около 1815 г., регулярная же аттестация сосудов под давлением вошла в практику лишь во второй половине XIX в.
Хотя изготовление насоса для проведения гидравлических испытаний не вызовет сложностей даже в античном мире, можно обойтись даже без него, используя так называемый гидравлический парадокс, известный, вероятно, каждому по знаменитому опыту Паскаля с бочкой.
http://elkin52.narod.ru/biograf/paskal.jpg
Прибор для опрессовки котлов. Манометр, очевидно, можно заменить грузом, подвешиваемым на конец рукоятки.
https://dl.dropboxusercontent.com/s/jw6yt6d0pemf4sb/boiler%20prover.png?dl=0
К вопросу о точности подгонки поршней к цилиндрам в римских насосах и применимости этих же методов к цилиндрам паровым
//In an attempt to describe either the process of smoothing the two pistons or of truing up their cylinders, Vitruvius becomes obscure: ita de supernis in modiolis emboli masculi torno politi et oleo subacti. He seems to mean: ‘The pistons smoothed on a lathe and rubbed down with lubricant [are] fitted into the cylinders from above,’ but by oleo subacti he could also have intended to signify that the pistons were forced into the cylinders after lubrication in order to give them the proper final shape. The phrase oleo subacti may even refer to the use of a grinding compound for the final finishing. However the final result was accomplished, the tolerances could be very fine, as the Dramont D pumps prove, and individual elements were not interchangeable even among pumps of the same basic design and dimensions.
The mention of the use of a lathe to turn pistons or cylinder bores has been doubted by Schinler, but a previously neglected fragment of Ctesibius’s writings (preserved by Philo of Byzantium) shows that he, at least, was familiar with this technique.43
Since Vitruvius used Ctesibius as a source, he probably borrowed this detail from one of his works too — directly, or through Philo. In book IV of his Pneumatica, the Belopoeica or ‘Ballista Design,’ Philo describes the construction by Ctesibius of a catapult powered by the compression of air in two cylinders (77, 7-78). The airtight cylinder sleeves were cast, hardened by beating, then smoothed on the interior with a lathe
…
Most of the pumps were too badly preserved or too corroded to allow their restoration to working condition, but the attempt was made with one of the Dramont D pumps with excellent results. When the piston was lubricated and sealed with vaseline, the pump could be worked at 60 cycles/ min, and it discharged 10.5 I/ min, approximately 95 percent of its calculated discharge. The larger pumps may have functioned less efficiently, but the careful finishing of the parts probably ensured a high minimum standard. The proportions of piston diameter to cylinder bore diameter for the four Dramont examples show the tolerances that could be achieved: 43.5/44 mm, 42.8/43.5 mm, 42.9/43.1 mm, 44/44.3 mm. The pistons and the various other removable parts of this matching set of pumps were not interchangeable, but were marked during manufacture with signs denoting the proper pump body. Like all the bronze pumps, the Dramont pumps seem to have been cast by the lost wax method, then cold-worked with lathes or files. The cylinders and pistons may have been polished with grinding compound, since there are no marks of the lathe-turning described by both Vitruvius and Hero and ascribed to Ctesibius by Philo, marks which possibly survive on the smaller Bolsena pump. //
Вероятно, проточенный поршень с силой прогоняли (кувалдометром?) через смазанный салом цилиндр, потом подшлифовывали до свободного хода.
В лучших образцах зазор оценивается в 0.2-0.7 мм, хотя, ИМХО, к этим оценкам следует подходить осторожно, учитывая следы двухтысячелетней коррозии.
Более поздние насосы, которые делали из дерева с металлическими гильзами (wood block pump), имеют сильно хуже обработанные поверхности, что, впрочем, при наличии уплотнений и перекачке воды роли не играло.
Следующий этап, на котором понадобилась действительно хорошая подгонка поршня к цилиндру, это эксперименты с вакуумными насосами в середине XVII в. Такие насосы делали фон Герике, Гюйгенс, Бойль, Гук, Папен и др. Ранние насосы обычно нуждались в водяном уплотнении, или вообще помешались в ванну с водой, чтобы уменьшить натечку воздуха. Но уже к концу века значительно более совершенные насосы производились массово различными мастерами «философских» (научных). Сложно найти точную информацию, как обрабатывали внутреннюю поверхность цилиндров, но, скорей всего, применялись развертки той или иной формы. В книге Хольцаппфеля по токарному делу приводится описание разных разверток, в том числе и для воздушных цилиндров.
//Broaches are also used for perfecting cylindrical holes, as well as for making those which are taper. The broaches are then made almost parallel, or a very little the highest in the middle; they are filed, with two or three planes at angles of 90 degrees, as in Figs. 421 or 422. The circular part not being able to cut, serves as a more certain base or foundation, than when the tool is a complete polygon; and the stems are commonly made small enough to pass entirely through the holes, which then agree very exactly as to size. Such tools are therefore rather entitled to the name of finishing drills, than broaches.
The size of the parallel broaches is often slightly increased by placing a piece or two of paper at the convex part. Leather and thin metal are also used for the same purpose. Gun- barrels are broached with square broaches, the cutting parts of which are about eight to ten inches long; they are packed on the four sides with slips or spills of wood to complete the circle, as in Fig. 423, in which the tool is supposed to be at work. The size of the bit is progressively enlarged by introducing slips of thin paper, piece by piece , between two of the spills of wood and the broach; the paper throws the one angle more towards the centre of the hole , and causes a corresponding advance in the opposite or the cutting angle. Sometimes, however, only one spill of wood is employed.//
Эта книга написана уже в XIX в., но, очевидно эти приемы значительно старше.
A broach used by the philosophical instrument- makers in finishing the barrels of air-pumps, consisted of a thin plate of steel inserted diametrically between two blocks of wood, the whole constituting a cylinder with a scraping edge slightly in advance of the wood. Slips of paper were also added.//
Очень характерный показатель возможностей механической обработки в XVIII в — это артиллерия. Если для пушек начала века обычным считался зазор между каналом и ядром в 2-3 линии (5-8 мм), то с усовершенствованием технологии сверления в середине века зазор уменьшили до одной линии, т.е. 2.5 мм. Очевидно, точность обработки была как минимум на порядок лучше, а фактические значения диаметра ствола и ядер указывались до точек (1/100 дюйма, 0.25 мм).
В Англии усовершенствования в области сверления были внедрены несколько позже, чем во Франции, но как раз на Карронском заводе около 1770 г начали производить знаменитые карронады, улучшенное качество обработки канала в которых позволило использовать сильно уменьшенный заряд.
Однако обработка больших по размеру изделий по прежнему оставалась крайне сложной задачей. Смитон построил свой станок, на котором стало возможным растачивать очень большие цилиндры, на том же Карронском заводе в 1770 г, но не смог кардинально улучшить ситуацию с точностью. Станок Вилкинсона, появившийся в 1774 г, смог обеспечивать точность обработки 1-2 мм.
Недостаток всех пароатмосферных машин — крайне низкое эффективное давление, толкающее поршень. В большинстве машин полезное разрежение, дрстигаемое конденсацией пара, составляло лишь 7 фунтов на кв. дюйм, то есть около половины атмосферы. Появление ваттовского конденсатора несколько улучшило достигаемое разрежение, но кардинально изменить эту проблемуне смогло. Поэтому все пароатмосферные машины требовали очень больших цилиндров, изготовление которых, а особенно механическая обработка рабочей поверхности, требовало больших затрат.
Однако увеличение давления пара позволяет получать ту же полезную мощность при пропорционально меньшей площади цилиндра, и таким образом сильно снтзить массу, габариты и стоимость машины, хотя при этом значительно возрастают требования к котлу. Даже в самом примитивном варианте можно получить кпд не хуже, чем у самых совершенных пароатмрсферных машин, а при использовании работы расширения пара — значительно его превысить.
Примечательно, что в начале своих экспериментов Ватт пробовал именно применить пар высокого давления, но опасения по поводу безопасности заставили его отказаться от этой идеи, хотя в первом патенте этот вариант отдельно был оговорен.
Примерно в это же время Никола Кюньо создал вполне успешный двухчилиндровый паровой двигатель высокого давления, способный передвигаль тяжелую повозку (артиллерийский тягач), при этом диаметр цилиндров составлял лишь около 30 см. Очевидно, обработать такие цилиндры с необходимой точностью на имеющемся оборудовании для сверления пушек не представляло трудностей. В 1769-1770 годах было построено и испытано две модели паровых повозок, но общее несовершенство конструкции и ограниченное финансирование заставило прекратить дальнейшие работы.
Возможно, если бы Кюньо посмотрел бы на свое изобретение шире, как на универсальный двигатель, и сумел бы найти заинтересованных инвесторов, история развития паровых двигателей могла бы выглядеть совершенно иначе.
Но в итоге реальное внедрение паровых машин высокого давления произошло лишь спустя 30 лет, усилиями Тревитика и Вульфа в Англии и Эванса в США.
//»Watt says, in 1761 or 1762:-‘I made some experiments on the force of steam in a Pepin’s digester, and formed a species of steam-engine. But I soon relinquished the idea of constructing an engine upon this principle, from being sensible it would be liable to some of the objections against Savery’s engine; from the danger of bursting the boiler, and the difficulty of making the joints tight, and also that a great part of the power of the steam would be lost, because no vacuum was formed to assist the descent of the piston.’//
Патент Ватта 1769
//Fourthly, I intend, in many cases, to employ the expansive force of steam to press on the pistons, or whatever may be used instead of them, in the same manner as the pressure of the atmosphere is now employed in common fire-engines. In cases where cold water cannot be had in plenty, the engines may be wrought by the force of steam only, by discharging the steam into the open air after it has done its office.//
//On the other hand, the capability to machine workpieces of a limited size was widespread by 1820.8 This circumstance may, in part, have influenced the choice between high- and low-pressure steam engines.
The largest machined surface of a steam engine is the cylinder bore. For a 24 horsepower high-pressure engine, the cylinder was 9 inches in diameter by 40 inches in length and probably weighed about 1,000 pounds. A workpiece of these dimensions would have been well within the capacity of most general machine shops in 1820. The cylinder for a 24 horsepower low-pressure engine would have been 26 inches in diameter, 5 feet long, and weighed about 4,000 pounds. It is unlikely that there was a machine shop capable of handling such a casting outside of New York or Philadelphia prior to 1825. Oliver Evans’s well- equipped Mars Works, which built the 20-inch diameter pumps for the Philadelphia Fairmount water works in 1815, was capable of boring only to a maximum diameter of 10 inches.9//
А какие насосы применяли для осушения шахт с начала горного дела и до конца 18 века? Есть у кого нибудь интересные источники информации? На сайте «НЭБ книжные памятники» есть книга «Подробное описание паровой машины, устроенной в Великобритании изобретатель оной Савери» 1817 года,автор Картамазов Алексей Иванович в ней помимо описания паровой машины описан и шахтный насос(с иллюстрациями)
конструкция клапанов римских насосов
https://100falcons.wordpress.com/2008/01/24/a-roman-pump-in-perfect-condition/
https://www.dropbox.com/scl/fi/8shdjvjrsa9qwaptbir76/roman_pump.png?rlkey=rgpfftfv9tmwziaykwf9ahx67&dl=0