Prve parne mašine - fizika, 2. godina srednje škole

1. PRVE PARNE MAŠINE
Jovana Lukić II5

2. Parna (klipna) mašina
⮚ Parna (klipna) mašina, ili parni stroj (parostroj) predstavlja
motor koji transformiše toplotnu energiju vodene pare u
mehanički rad, najčešće rotaciono kretanje.
⮚ Spada u grupu klipnih toplotnih motora sa spoljašnjim
sagorevanjem.
⮚ Parne mašine su se koristile kao pogon pumpi, parnih
lokomotiva, parobroda i parnih traktora,te su bile temelj
industrijske revolucije.
Parna mašina u radu. Para se
dovodi u mašinu i onda
naizmenično deluje s obe strane
klipa. Linijsko kretanje klipa se
pretvara u rotaciono. Prikazana
mašina je tipična za kraj 19. vijeka.

3. Istorija parnih mašina
⮚ Svojstva i delovanje vodene pare bili su poznati već
u starom veku.
⮚ Heron Aleksandrijski već je u 1. veku p. n. e.
konstruisao različite uređaje koje je pokretala
vruća para (Heronova kugla ili eolipile).
⮚ Međutim tek potkraj 17. veka Deni Papen
konstruisao je prvu mašinu koja donekle nalikuje
parnoj.
⮚ Prve upotrebljive parne mašine konstruisali su
engleski inženjeri Tomas Saveri i Tomas Njukomen
⮚ Prvu parnu mašinu koja nalikuje na savremene
izradio je Džejms Vat u drugoj polovini 18. veka.
⮚ Prvu parnu industrijsku mašinu koja je radila u
praksi konstruisao je Tomas Njukomen u Tiptonu u
Stafordširu 1712. u Engleskoj.
Heronova kugla

4. Mašina Denija Papina Mašina Tomasa Saverija
Mašina Džejmsa Vata Mašina Tomasa Njukomena

5. ⮚ Više od 1500 godina posle Heronovog izuma došlo je do
razvijanja još ideja.
⮚ 1551. godine, osmanski naučnik Takyuddin ash-shami
opisao je primitivne turbine koje pokreće para
⮚ 1629. godine slično otkriće je pronašao Giovanni Branca.
⮚ Ovi uređaji su bili pržari na pari ili mali zupčanici. U osnovi
su takvi dizajni izumitelji koristili da pokažu snagu pare i da
dokažu da je ne treba potcjenjivati.
Giovanni Branca
Parna mašina

6. ⮚ Robert Fulton je 1807. upotrebio parnu mašinu za
pogon prvoga komercijalnog parobroda, a nešto kasnije,
Džordž Stivenson za pogon prve parne lokomotive.
⮚ Isprva su za pogon parne mašine bili korišteni pritisci
pare neznatno viši od atmosferskog .
⮚ Na prelazu iz 18. u 19. veka, kada su parni kotlovi bili
dovoljno usavršeni da su mogli proizvoditi paru znatno
višeg pritiska, britanski izumitelj Ričard Trevitik
izgradio je prve parne mašine visokog pritiska od 207
kPa, a 1815. američki izumitelj Oliver Evans počeo je
da gradi parne mašine s pritiskom od približno 1.400
kPa .
Upotreba i pritisak u parnim
mašinama

7. ⮚ Heron iz Aleksandrije je napravio prvu parnu
mašinu, eolipil.
⮚ Prva mašina, koja je nažalost služila samo
kao demonstrator, je sagrađena u
Aleksandriji u prvom veku nove ere.
⮚ Konstruktor je bio Heron. Rad je bio
jednostavan, voda u postolju je zagrevana do
pretvaranja u paru. Para je zatim dolazila u
šuplju kuglu preko cevi-nosača i izlazila kroz
savijene cevčice, vrteći kuglu.
⮚ Slične sprave su ponekad korištene za
otvaranja vrata hramova bez ljudske
intervencije, da se impresioniraju vjernici.
⮚ Heronova mašina je jedan od ranih primera
rotacionih parnih mašina, od kojih su mnogi
prototipovi izrađeni kroz vekove.
Heron iz Aleksandrije, Eolipil
Heron
Eolipil

8. ⮚ Denis Papen i Tomas Saveri su bili
nastavljači razvoja, posle duge pauze.
⮚ Saveri je 1698. napravio parnu mašinu-
pumpu koja je radila na principu
kondenzacije pare, stvarajući vakuum
koji je „usisavao“ vodu.
⮚ Nekoliko njegovih mašina je praktično
korišteno, uprkos veoma slabom stepenu
iskorišćenja.
Papen i Saveri
Saverijeva Mašina
Tomas Saveri

9. ⮚ Prvu parnu mašinu u Rusiji izumio je Ivan Polzunov.
⮚ Njegov dvocilindrični parni motor bio je snažniji od britanskih
motora sa prirodnim usisavanjem.
⮚ Dobili su snagu od 24 kW. Model Polzunovljevog dvocilindričnog
parnog stroja izložen je u muzeju Barnaul.
Prva dvocilindrična parna mašina
Ivan
Polzunov
Ivanova parna
mašina

10. 1712. uspeo da stvori mašinu koja je počela nešto
više da se koristi, pogotovo za pumpanje vode iz
rudnika. Mašina je nazivana „atmosferska“ zato što
je pritisak atmosfere vršio koristan rad kad klip ide
dole.
Rad Njukomenove parne mašine:
• Sa klipom u donjem položaju, otvara se ventil
koji pušta paru u cilindar.
• Klip se podiže, uglavnom pod dejstvom težine
tega (na lijevoj strani crteža).
• Kad je klip pri vrhu, zatvara se dovod pare.
• Da bi se stvorio potpritisak ispod klipa, hladna
voda se uštrcava u cilindar. To odmah dovodi do
kondenzacije vodene pare i stvara se vakuum u
cilindru.
• Atmosferski pritisak sad potiskuje klip nadole.
• Ventil za hladnu vodu se isključuje u podesnom
trenutku.
Ciklus se ponavlja.
Tomas Njukomen
Njukomenova Mašina

11. ⮚ Sledeći veliki skok u razvoju je bilo
uvođenje mašina koje je konstruisao
Džejms Vat.
⮚ Pažljivim posmatranjem i
analiziranjem Njukomenove mašine,
Vat je uspeo da poveća stepen
iskoristivosti 4 puta, dodajući
kondenzator pare, efikasniji bojler sa
toplotnom izolacijom i drugo.
Kondenzator je omogućavao da se
vruća para pomešana s vodom ponovo
doda u cilindar, pa su gubici energije
drastično smanjeni. Ipak i Vatova
mašina je koristila nizak pritisak i
kondenzaciju pare da stvori vakuum
za rad.
⮚ Vat je bio izričito protiv mašina s
visokim pritiskom, smatrajući ih
opasnima (zbog čestih eksplozija
Džejms Vat
Vatova „atmosferska“
mašina

12. ⮚ Године 1776, прве парне машине су биле
направљене и стављене у погон у
комерцијалним предузећима.
⮚ Те прве машине су коришћене за пумпање
воде и производиле су само реципрочно
кретање да покрећу шипку пумпе са дна
окна.
⮚ Конструктивно решење је било успешно на
тржишту, а у наредних пет година, Ват је
био веома заузет уградњом машина,
углавном у рударској области Корнвола, за
испумпавање воде из рудника.
⮚ Те прве машине нису произвели Болтон и
Ват, већ други, према Ватовим плановима
и цртежима, који је имао улогу саветодавца
током израде и њихове уградње.
Džejms Vat