Развитие паровой техники

     В 1858 г. Дегеран получил французкий патент на газовый двигатель со сжатием  горючей смеси в рабочем цилиндре.

     24 января 1860 г. был выдан патент  французкому инженеру Ленуару.  Но двигатель строился раньше. Машина была двойного действия с золотниковым распределением рабочего тела: нижний золотник обеспечивал поочередную подачу воздуха и газа в полости цилиндра, расположенные по разные стороны поршня, верхний золотник обеспечивал поочередный выпуск отработавших продуктов сгорания из этих полостей. Ленуар принял меры, чтобы газ и воздух до попадания в цилиндр не смешивались (к золотнику они подводились по отдельным каналам). Всасывание смеси происходило примерно до половины хода, после чего золотник перекрывал впускное окно и смесь воспламенялась электрической искрой. Давление сгоревшей смеси возрастало и действовало на поршень, производя работу расширения. После окончания расширения второй золотник соединял цилиндр с выхлопной трубой и поршень вытеснял отработавшие газы. Цикл замыкался.

     На  всемирной выставке в Париже 1867 г. немецкий коммерсант Николаус Август Отто представил новый газовый двигатель, который он создал в содружестве  с инженером Эйгеном Лангеном. Цилиндр был вертикальным, вдоль  оси поршня к нему была прикреплена  рейка, связанная с валом отбора мощности. Двигатель работал следующи образом. Вращением вала поршень поднимался со дна цилиндра на одну десятую долю высоты цилиндра, в результате чего под поршнем создавалось разрежение и происходило всасывание смеси. Затем смесь воспламенялась. Воспламенение осуществлялось открытым пламенем через трубку. При врыве смеси давление под поршнем возрастало. Под действием этого давления поршень поднимался, объем увеличивался и давление падало. При подъеме поршня механиз отсоединял рейку от вала и поршень сначало под давлением газов, а затем по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. В этом и заключалась оригинальность идеи Отто, он не охлаждал газы под поршнем, а использовал для получения разряжения инерцию поршня.

     Через десять лет, в 1878 г., в Париже открылась  очередная всемирная выставка, на ней было представлено несколько  модификаций нового двигателя Отто. В первые в двигателе был реализован цикл, который в последствии получил  название четырехтактного и который был изложен Отто в его патенте, поданной им в патентное ведомство Германии 4 августа 1877г. В отличие от предшевствующего двигателя Отто, цилиндр был горизонтальным и удлиненным. Между поршнем и крышкой цилиндра оставался достаточно большрй зазор для организации камеры сгорания. После вытеснения продуктов сгорания этот зазаор оставался заполненным остаточными газами. В крышке было предусмотрено два впускных канала (один для воздуха, другой для газа). Во время хода всасывания открывался сначала канал для воздуха и только через некоторое время газовый, благодоря чему в цилиндр раньше поступал чистый воздух, а затем газовоздушная смесь. Воспламенение производилось открытым пламенем в канале подачи газа между органом его перекрытия и цилиндром. Регулирование осуществлялось пропусками подачи газа. Всасывающий клапан был автоматическим, выхлопной - управляемый в виде плоского вращающегося золотника.

      Заключение 

     В 1781 г. шотландский инженер Дж.Уатт (Watt, James, 1736-1819) создал двигатель с  вращающимся моментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения. Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на одной оси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельной заслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличении частоты вращения центробежные силы вращающихся шаров поднимали с помощью тяг муфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода и скорость вращения двигателя.  

     Центробежный  регулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряных мельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (момента сопротивления) в зависимости от ветрового напора, т.е. скорости врещения крыльев мельницы. Дата изобретения и автор мельничного регулятора неизвестены.

     В 1787 г. Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую  машину, создав более совершенную  конструкцию, названную для отличия  от прототипа - регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занял благодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практики регуляторостроения, новой отрасли промышленности, повлекшей за собой формирование особой области знаний - "Теории автоматического управления и регулирования", составляющей основу современных технологий управления промышленными системами.

     Установка паровой машины Дж. Уатта на транспортные объекты (повозки и корабли) привела  к появлению транспортного машиностроения. Интенсивное развитие паровой транспортной энергетики поставило перед наукой задачу разработки теории регулирования, пригодной для промышленного проектирования систем регулирования. Первый учебный курс "Теория регуляторов прямого действия" был опубликован в 1838 г. Д. С. Чижовым (1785-1852), профессором математики Петербургского университета.

     Дальнейшее  увеличение быстроходности паровых  машин и повышение требований к точности регулирования и стабильности частоты вращения привели в ряде случаев к появлению незатухающих колебаний в системе паровая  машина - регулятор, рассмотренных в 1846 г. профессором Н.Ф. Ястржемским в курсе лекций по теоретической механике. Для преодоления указанных недостатков рекомендовалось применять регуляторы с механическим и гидравлическим усилением моментов. В лекциях, впервые в Европе, было представлено теоретическое обоснование принципов расчета и выбора регуляторов непрямого действия.

     Завершение  разработки основ теории регуляторов  прямого действия связано с работами К. Максвелла (1831-1879) - "О регуляторах" (1868 г.), и И. А. Вышнеградского (1831-1895) - "О регуляторах прямого действия" (1876 г.). Заслугой обоих авторов явилось исследование регулятора и объекта регулирования как единой динамической системы.

     Изобретение в 1860 г. Э. Ленуаром (1822-1900) двигателя  внутреннего сгорания, усовершенствованного в 1878 г. Н. Отто (1832-1891) и доведенного им до серийного изготовления, а также создание в 1884 г. К. Г. П. Лавалем (1845-1913) и Ч. А. Парсоном (1854-1931) первых промышленных паровых турбин стимулирует дальнейшее развитие как транспортной энергетики, так и теории и практики автоматического регулирования.

     В 1892 г. выходит в свет работа А. М. Ляпунова (1847-1918) "Общая задача об устойчивости движения", окончательно сформулировавшая теорию регулирования как особую область знаний, опирающуюся на строго доказанный математический аппарат и конкретные практические приложения.

     Создание  Рудольфом Дизелем (1858-1913) в 1897 г. двигателя  внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия завершает развитие теории и практики автоматического регулирования в его классическом представлении, что и оформляется изданием в Берлине книги М. Толле "Регулирование двигателей" (1905).

      Литература

1. Д. Н. Вырубов, В. П. Алексеев Большая советская  энциклопедия.-М.,1964

2. Кулешов В.В. Большая советская  энциклопедия.-М.,1964

3. Паровые  двигатели. –М., 1977

      Приложение 1 

     Чертеж  паровой машины И.И.Ползунова, выполненный  изобретателем в 1765 году Машина была построена на Барнаульском заводе и действовала в 1766 году

      Эволюция паровой машины Дж.Уатта 

     1774 г. 1781 г. 1784 г.