Паровая машина и промышленная революция

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

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

Однако  дальнейшее развитие парового двигателя  требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху  Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы  как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем  Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения  которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также  в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил  приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой  башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был  установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов  рисковать деньгами для этой новой  революционной концепции, и паровая  машина осталась неразработанной. Одним  из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума  в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом  работал над машиной, которая  вытесняла воздух из цилиндра путём  взрыва пороха в нём. Видя неполноту  вакуума, создаваемого при этом, Папен  после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система  работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат  должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для  автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому  Папен считается изобретателем  парового котла, проложив таким образом  путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей  паровой машины он не предложил. Папен  также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций  Таги-аль-Дина и Севери; ему также  приписывают изобретение множества  важных устройств, например, предохранительного клапана.

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения  полезных задач. Первым применённым  на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная  английским военным инженером Томасом  Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был  поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как  тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как  вследствие высокого давления пара ёмкости  и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для  вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом  рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный  паровой двигатель Севери, в котором  Ньюкомен существенно снизил рабочее  давление пара. Первым применением  двигателя Ньюкомена была откачка  воды из глубокой шахты. В шахтном  насосе коромысло было связано с  тягой, которая спускалась в шахту  к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое  практическое применение, с которым  принято связывать начало промышленной революции в Англии. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая  машина была спроектирована механиком  И. И. Ползуновым в 1763 году и построена  в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские  двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм, или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением  давления возникала и большая  опасность взрывов в машинах  и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 миль в час. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком. 

Промышленная  революция

Промы́шленная револю́ция (промы́шленный переворо́т, Вели́кая индустриа́льная револю́ция) — это переход от преимущественно  аграрной экономики к индустриальному  производству, в результате которого происходит трансформация аграрного  общества в индустриальное. Промышленный переворот происходил в разных странах  не одновременно, но в целом можно  считать, что период, когда происходили  эти изменения начинался от второй половины XVIII века и продолжался  в течение XIX века. Характерной чертой промышленной революции явился стремительный  рост производительных сил на базе крупной машинной индустрии и  утверждение капитализма в качестве господствующей мировой системы  хозяйства.

Термин  «промышленная революция» был введен в научный оборот выдающимся французским  экономистом Жеромом Бланки.

Промышленная  революция связана не просто с  началом массового применения машин, но и с изменением всей структуры  общества. Она сопровождалась резким повышением производительности труда, быстрой урбанизацией, началом быстрого экономического роста (до этого экономический  рост, как правило, был заметен  лишь в масштабах столетий), исторически  быстрым увеличением жизненного уровня населения. Промышленная революция  позволила на протяжении жизни всего  лишь 3-5 поколений перейти от аграрного  общества (где большинство населения  вело натуральное хозяйство) к современной  городской цивилизации.

Успех промышленной революции в Великобритании был основан на нескольких инновациях[1], появившихся к концу XVIII в.:

Текстильная промышленность — Прядение нити из хлопка на прядильных машинах Р.Аркрайта, Дж. Харгрейвза и С.Кромптона. Впоследствии сходные технологии были применены  для прядения нити из шерсти и льна.

Паровой двигатель — Изобретенная Дж. Уаттом и запатентованная им в 1775 г. паровая  машина первоначально использовалась в шахтах для откачивания воды. Но уже в 1780х годах она нашла  применение в некоторых других механизмах, заменяя гидроэнергию там, где она  была недоступна.

Металлургия — В черной металлургии кокс пришел на смену древесному углю, так же как ранее он уже использовался  при производстве свинца и меди. Теперь кокс использовали не только при  изготовлении передельного чугуна в  доменных печах, но и для получения  ковкого чугуна, в том числе  при пудлинговании, изобретенном Г.Кортом в 1783-84 гг.

История промышленной революции

Промышленная  революция началась в Великобритании в последней трети XVIII века и приняла  в первой половине XIX века всеобъемлющий  характер, охватив затем и другие страны Европы и Америки.

В период XVII века Англия начала обгонять мирового лидера Голландию по темпам роста  капиталистических мануфактур, а  позже и в мировой торговле и колониальной экономике. К середине XVIII века Англия становится ведущей  капиталистической страной. По уровню экономического развития она превзошла  остальные европейские страны, располагая всеми необходимыми предпосылками  для вступления на новую ступень  общественно-экономического развития — крупное машинное производство.

Промышленная  революция сопровождалась и тесно  с ней связанной производственной революцией в сельском хозяйстве, ведущей  к радикальному росту производительности земли и труда в аграрном секторе. Без второй первая просто невозможна в принципе, так как именно производственная революция в сельском хозяйстве  обеспечивает возможность перемещения  значительных масс населения из аграрного  сектора в индустриальный.