Розділ 2. Гідроенергетичні ресурси, їх використання. Принципові схеми, параметри, режими роботи ГЕС і ГАЕС

Накопичення нових практичних знань у XVI–XVII століттях викликало нечувані злети людської думки. Водяні та вітряні колеса обертають верстати, приводять в рух ковальські міхи, допомагають металургам піднімати руду із шахт; тобто там, де руки людини не можуть впоратися з важкою роботою, на допомогу їм приходить енергія води і вітру. Основні досягнення техніки того часу завдячують не стільки вченим і науці, скільки копіткій праці майстерних винахідників. Досягнення в техніці гірничої справи, у видобутку різноманітних руд і корисних копалин були особливо великі. Потрібно було підняти видобуту руду або вугілля із шахти, весь час відкачувати ґрунтові води, що заливали розробку, постійно подавати в шахту повітря і ще безліч найрізноманітніших трудомістких робіт було потрібно для того, щоб не зупинявся видобуток. Таким чином, промисловість, що розвивалася, владно вимагала все більше і більше енергії, а її могли надати у ті часи в основному водяні колеса. Їх вже навчилися будувати достатньо потужними. У зв'язку із зростанням потужності коліс все ширше став застосовуватися метал для валів і деяких інших деталей. У Франції на річці Сені у 1682 р. майстром Р. Салемом під керівництвом А. де Віля була споруджена найбільша для того часу установка, що складалася з 13 коліс діаметром 8 м. Вона служила для приводу більше 200 насосів, які подавали воду на висоту понад 160 м і забезпечували водою фонтани у Версалі та Марлі. На перших бавовняних фабриках застосовувався гідравлічний двигун. Машини прядильні Аркрайта із самого початку приводилися в рух водою. Проте водяні колеса можливо було встановлювати лише на річці, бажано повноводній і швидкій. І якщо текстильну або металообробну фабрику ще можна було побудувати на березі ріки, то поклади руди або вугільні пласти потрібно було розробляти тільки в місцях залягання. А для відкачування підземних вод, що заливають шахту, і піднімання видобутої руди або вугілля на поверхню теж була потрібна енергія. Тому на шахтах, віддалених від річок, доводилося використовувати тільки силу тварин.

Власник однієї англійської шахти у 1702 році для приведення в дію насосів, які відкачували воду із шахти, був вимушений тримати 500 коней, що було дуже невигідно.

Вугільні шахти в Англії з пристроями на паровій тязі (біля 1790 р.)

Промисловості, що розвивалася, були потрібні потужні двигуни нового типу, які дозволяли б створювати виробництво в будь-якому місці. Першим поштовхом до створення нових двигунів, здатних працювати в будь-якому місці незалежно від того, чи є поряд річка чи ні, стала саме потреба в насосах і підйомниках в металургії і гірничій справі.

Здатність пари виконувати механічну роботу давно була відома людині. Перші сліди дійсно розумного застосування пари в механіці згадуються у 1545 р. в Іспанії, коли флотський капітан Бласко де Ґарай сконструював машину, за допомогою якої приводив в рух бічні гребні колеса корабля і яка за наказом Карла V вперше була випробувана в Барселонській гавані при перевезенні 4000 центнерів вантажу кораблем на три морські милі за дві години. Винахідник був винагороджений, але сама машина залишилася без застосування і була забута.

Наприкінці XVII століття в країнах з найбільш розвинутим мануфактурним виробництвом зароджуються елементи нової машинної техніки з використанням властивостей і сили водяної пари.

Ранні спроби створення теплового двигуна були пов'язані з необхідністю відкачування води із шахт, де видобувалося паливо. У 1698 році англієць Томас Севері, колишній рудокоп, а потім капітан торгового флоту, вперше запропонував відкачувати воду за допомогою парового водопідйомника. Патент, отриманий Севері, свідчив: «Цей новий винахід з підйому води і одержання руху для всіх видів виробництва за допомо гою рушійної сили вогню має велике значен ня для осушення рудників, водопостачання міст і виробництва рушійної сили для фаб рик всіх видів, які не можуть використовувати водяну силу або постійну роботу вітру». Водопідйомник Севері працював за принципом засмоктування води за рахунок атмосферного тиску в камеру, де створювалося розрідження при конденсації пари холодною водою. Парові машини Севері були надто неекономічними і незручними в експлуатації, їх не можна було пристосувати для приведення в дію верстатів, вони споживали величезну кількість палива, коефіцієнт корисної дії їх не був вищим 0,3%. Однак потреба у відкачуванні води з шахт була настільки велика, що навіть ці громіздкі парові машини типу насосу набули певного поширення.

Томас Ньюкомен (1663–1729) – англійський винахідник, коваль за професією. Спільно із лудильником Дж. Коулі побудував паровий насос, досліди з вдосконалення якого продовжувалися близько 10 років, поки той не почав справно працювати. Парова машина Ньюкомена не була універсальним двигуном. Заслуга Ньюкомена в тому, що він одним із перших реалізував ідею використання пари для отримання механічної роботи. Його ім'я носить Товариство істориків техніки Великобританії. У 1711 році Ньюкомен, Коулі та Севері створили «Компанію власників прав на винахід установки для підйому води за допомогою вогню». Поки ці винахідники були власниками патенту на «використання сили вогню», вся їх робота з виготовлення парових машин здійснювалася в найсуворішому секреті. Швед Трівальд, що займався наладкою машин Ньюкомена, писав: «... винахідники Ньюкомен і Коулі були вельми підозріливі та обережні в тому, щоб зберегти за собою і своїми дітьми таємницю спорудження і застосування свого винаходу. Іспанський посланник при англійському дворі, який приїхав із Лондона з великим почтом іноземців подивитися на новий винахід, не був навіть допущений в приміщення, в якому знаходилися машини». Але у 20-ті роки XVIII століття дія патенту закінчилася і виготовленням водопідіймальних установок зайнялися багато інженерів. З'явилася література, в якій описувалися ці установки.
Процес розповсюдження універсальних парових машин в Англії до початку XIX ст. підтверджує величезне значення нового винаходу. Якщо за десятиліття з 1775 до 1785 рр. було побудовано 66 машин подвійної дії загальною потужністю 1288 к.с., то з 1785 до 1795 рр. було створено вже 144 машини подвійної дії загальною потужністю 2009 к.с., а за наступне п'ятиліття – з 1795 до 1800 рр. – 79 машин загальною потужністю 1296 к.с.

Мал. 4.1. Парова водопідіймальна установка Ньюкомена – Коулі

Фактично застосування в промисловості парової машини почалося із 1710 року, коли англійські робітники Ньюкомен і Коулі вперше побудували парову машину, яка приводила в дію насос, встановлений в шахті для викачування з неї води.

Однак машина Ньюкомена не була паровою машиною в сучасному розумінні цього слова, оскільки рушійною силою в ній, як і раніше, була не водяна пара, а атмосферний тиск повітря. Тому цю машину називали «атмосферною». Хоча в машині водяна пара служила, як і в машині Севері, в основному для створення розрідження в циліндрі, тут вже був запропонований рухомий поршень – головна деталь сучасної парової машини.

На мал. 4.1 показаний паровий водопідйомник Ньюкомена–Коулі. При опусканні насосної штанги 1 і ваги 2 поршень 4 підіймався, і в циліндр 5 через відкритий кран 7 із котла 8 надходила пара, тиск якої трохи перевищував атмосферний. Пара служила для часткового підйому поршня в циліндрі, відкритому зверху, але головна її роль полягала у створенні в ньому розрідження. З цією метою, коли поршень машини досягав свого верхнього положення, кран 7 закривався, і з місткості 3 через кран 6 в циліндр впорскувалася холодна вода. Водяна пара швидко конденсувалася, і атмосферний тиск повертав поршень в низ циліндра, виконуючи підйом насосної штанги. Із циліндра випускався конденсат трубкою 9, поршень знову підіймався завдяки подачі пари, і описаний вище процес повторювався. Машина Ньюкомена – це двигун періодичної дії.

Парова машина Ньюкомена була більш досконалою за машину Севері, більш простою в експлуатації, більш економічною та продуктивною. Однак машини перших випусків працювали дуже неекономічно, для створення потужності в одну кінську силу за годину спалювалося до 25 кг кам'яного вугілля, тобто коефіцієнт корисної дії становив близько 0,5%. Введення автоматичного розподілу потоків пари і води спростило обслуговування машини, час ходу поршня знизився до 12–16 хвилин, що зменшило габарити машини і здешевило конструкцію. Незважаючи на високу витрату палива, такого виду машини швидко набули великого поширення. Вже у двадцяті роки XVIII століття ці машини працювали не тільки в Англії, але і в багатьох країнах Європи – в Австрії, Бельгії, Франції, Угорщині, Швеції, застосовувалися майже століття в кам'яновугільній промисловості та для подачі води в міста. У Росії перша пароатмосферна машина Ньюкомена була встановлена у 1772 р. в Кронштадті для відкачування води із дока. Про поширеність машин Ньюкомена свідчить той факт, що остання в Англії машина такого типу була демонтована тільки у 1934 році.

Машини Ньюкомена, чудово працюючи як водопідіймальні пристрої, ніяк не могли задовольнити виниклу настійну потребу в універсальному двигуні. Вони тільки підготували ґрунт для створення універсальних парових двигунів безперервної дії.

Іван Іванович Ползунов (1728–1766) – талановитий російський винахідник, який народився в сім'ї солдата. У 1742 р. механіку Єкатеринбурзького заводу Микиті Бахареву були потрібні кмітливі учні. Вибір впав на чотирнадцятирічних І. Ползунова і С. Черемісінова, які ще вчилися в Арифметичній школі. Теоретичне навчання у школі поступилося місцем практичному ознайомленню з роботою найсучасніших тоді в Росії машин і установок Єкатеринбурзького заводу. У 1748 р. Ползунов був переведений до Барнаула для роботи на Коливано-Воскресенських заводах. Після самостійного вивчення книг з металургії і мінералогії в квітні 1763 року Ползуновим був запропонований проект абсолютно оригінальної парової машини, яка відрізнялася від всіх відомих на той час машин тим, що була призначена для приведення в дію повітродувних міхів і була агрегатом безперервної дії. У своїй доповідній записці про «вогнедіючу машину» від 26 квітня 1763 р. Ползунов, за власними його словами, хотів «...сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять». І далі він писав: « Дабы сей славы (если силы допустят) Отечеству достигнуть и чтоб то во всенародную пользу, по причине большо го познания о употреблении вещей, поныне не весьма знакомых (по примеру наук прочих), в обычай ввести». Надалі винахідник мріяв пристосувати машину і для інших потреб. Проект І.І. Ползунова був представлений до царської канцелярії в Петербурзі. Рішення Катерини II було таким: «Её Императорское Величество не токмо им, Ползуновым, все милостивейше довольна быть, но для вящего поощрения повелеть соизволила: пожаловать ево, Ползунова, в механикусы с чином и жалованьем капитана поручика, и выдать ему в награждение 400 руб».

На початковому етапі розвитку парових машин необхідно виділити «вогненну машину» російського гірничого майстра Ползунова. Двигун призначався для приведення в дію механізмів однієї з плавильних печей Барнаульського заводу.

Мал. 4.2. Схема теплового двигуна І.І. Ползунова (за проектом 1763 р.)За проектом Ползунова (мал. 4.2) пара з котла (1) подавалася в один, скажімо, лівий циліндр (2), де піднімала поршень (3) до крайнього верхнього положення. Потім із резервуару в циліндр впорскувався струмінь холодної води (4), що спричиняло конденсацію пари. У результаті тиску атмосфери на поршень він опускався, тоді як в правому циліндрі в результаті тиску пари поршень підіймався. Водопаророзподілення в машині Ползунова здійснювалося спеціальним автоматичним пристроєм (5). Безперервне робоче зусилля від поршнів машини передавалося на шків (6), насаджений на вал, з якого рух передавався водопаророзподільному пристрою, живильному насосу, а також робочому валу, від якого приводилися в рух повітродувні міхи.

Двигун Ползунова відносився до типу «атмосферних», але в ньому винахідник вперше ввів підсумовування роботи двох циліндрів з поршнями на один загальний вал, чим забезпечив більш рівномірний хід двигуна. Коли один з циліндрів знаходився на холостому ходу, в іншого був хід робочий. Двигун мав автоматичне паророзподілення і вперше не був безпосередньо пов'язаний з робочою машиною. І.І. Ползунов створював свою машину в надзвичайно скрутних умовах, своїми руками, не маючи необхідних засобів і спеціальних верстатів. У його розпорядженні не було умілих майстрів: керівництво заводу відрядило до Ползунова чотирьох учнів і виділило двох відставних робітників. Сокира та інші нехитрі інструменти, що застосовувалися при виготовленні звичайних тоді машин, тут були мало придатні. Ползунову довелося самостійно конструювати і споруджувати нове устаткування для свого винаходу. Будівництво великої машини, висотою близько 11 метрів, відразу з листа, не випробуваної навіть на моделі, без фахівців, потребувало величезної напруги сил. Машина була побудована, але 27 травня 1766 року І. І. Ползунов помер від швидкоплинних сухот, не доживши тижня до випробувань «великої машини». Сама ж машина, випробувана учнями Ползунова, яка не тільки окупила себе, але й принесла прибуток, пропрацювала 2 місяці, подальшого удосконалення не отримала і після поломки була покинута і забута. Після двигуна Ползунова пройшло півстоліття, перш ніж в Росії почали застосовувати парові машини.

 

Джеймс Уатт (1736–1819)
(з картини художника Карла фон Бреда, 1792)Джеймс Уатт – англійський винахідник, творець універсальної парової машини, член Лондонського королівського товариства – народився у місті Грінок у Шотландії. З 1757 року працював механіком в університеті в Глазго, де познайомився з властивостями водяної пари і провів дослідження залежності температури насиченої пари від тиску. У 1763–1764 рр., налагоджуючи модель парової машини Ньюкомена, запропонував скоротити витрату пари відділенням конденсатора пари від циліндра. З того часу починаються його роботи з удосконалення парових машин, дослідження властивостей пари, спорудження нових машин і т.п., які продовжувалися все його життя. На пам'ятнику Уатту у Вестмінстерському абатстві висічено напис: «... застосувавши до удосконалення парової машини силу творчого генія, розширив продуктивність своєї країни, збільшив владу людини над природою і зайняв видатне місце серед людей науки, які найбільш прославилися, та істинних добродійників людства». У пошуках засобів для спорудження свого двигуна Уатт став мріяти про вигідну роботу за межами Англії. На початку 70-х років він заявив друзям, що «йому набридла вітчизна», і серйозно повів розмови про переїзд до Росії. Російський уряд запропонував англійському інженеру «заняття, згідне з його смаком і пізнаннями» і з щорічною платнею в 1000 фунтів стерлінгів. Від'їзду Уатта до Росії перешкодив контракт, який він уклав у 1772 р. з капіталістом Болтоном, власником машинобудівного підприємства в м. Сохо поблизу Бірмінгема. Болтон давно знав про винахід нової, «вогненної», машини, але коливався субсидувати її спорудження, сумніваючись в практичній цінності машини. Укласти договір з Уаттом він поквапився лише тоді, коли виникла реальна загроза від'їзду винахідника до Росії. Договір, який з'єднав Уатта з Болтоном, виявився вельми дієвим. Болтон показав себе розумною і далекоглядною людиною. Він не поскупився на витрати на спорудження машини. Болтон зрозумів, що геній Уатта, звільнений від дріб'язкової, виснажливої турботи про шматок хліба, розвернеться на повну потужність і збагатить заповзятливого капіталіста. Крім того, сам Болтон був значним інженером-механіком. Технічні ідеї Уатта захопили і його. Завод в Сохо славився першокласним на ті часи устаткуванням, мав кваліфіковані робочі кадри. Тому Уатт із захопленням прийняв пропозицію Болтона налагодити на заводі виробництво парових машин нової конструкції. З початку 70-х років і до кінця свого життя Уатт залишався головним механіком заводу. На заводі в Сохо в кінці 1774 р. була побудована перша машина подвійної дії.

Машина Ньюкомена була сильно вдосконалена за століття свого існування, але залишалася «атмосферною» і не відповідала потребам техніки мануфактурного виробництва, яка швидко розвивалася і вимагала організації обертального руху з великою швидкістю.

Пошуки багатьох винахідників були направлені на досягнення поставленої мети. Тільки в одній Англії за останню чверть ХVIII століття було видано понад десяток патентів на універсальні двигуни самих різних систем. Однак тільки Джеймсу Уатту вдалося запропонувати промисловості універсальну парову машину.

Уатт почав свою роботу над паровою машиною майже одночасно з Ползуновим, але в різних умовах. В Англії в цей час бурхливо розвивалася промисловість. Уатт активно був підтриманий Болтоном, власником декількох заводів в Англії, який став згодом його компаньйоном, парламентом, мав можливість використовувати висококваліфіковані інженерні кадри. У 1769 році Уатт запатентував паровий двигун з окремим конденсатором, а потім – застосування в двигуні надмірного тиску пари, що значно знижувало витрати палива. Уатт став по справедливості творцем парової поршневої машини.

На мал. 4.3, а наведена схема однієї з перших парових машин Уатта, а на мал. 4.3, б – її загальний вигляд. Паровий котел 1 з поршневим циліндром 3 пов'язаний паропроводом 2, яким пара періодично впускається у верхню над поршнем 4 і в нижню під поршнем порожнини циліндра. Ці порожнини з'єднані з конденсатором трубою 5, де відпрацьована пара конденсується холодною водою і створюється розрідження. Машина має балансир 6, який зв'язує за допомогою шатуна 7 поршень з мотилем валу, на кінці якого насаджений маховик 8.

Мал. 4.3, а. Універсальний паровий двигун УаттаУ машині вперше застосований принцип подвійної дії пари, який полягає в тому, що свіжа пара впускається в циліндр машини по черзі в камери з обох боків поршня. Запровадження Уаттом принципу розширення пари полягало в тому, що свіжа пара впускалася в циліндр тільки на частини ходу поршня, потім пара відсікалася, а подальший рух поршня здійснювався за рахунок розширення пари і падіння його тиску.

Таким чином, в машині Уатта вирішальною рушійною силою став не атмосферний тиск, а пружність пари підвищеного тиску, що приводить в рух поршень. Новий принцип роботи пари вимагав повної зміни в будові машини, особливо циліндра і паророзподілення. Для усунення конденсації пари в циліндрі Уатт вперше ввів парову сорочку циліндра, за допомогою якої він став обігрівати його робочі стінки парою, а зовнішню сторону парової сорочки заізолював. Оскільки Уатт для створення рівномірного обертального руху не міг в своїй машині застосувати шатунно-кривошипний механізм (на таку передачу був узятий охоронний патент французьким винахідником Пікаром), то у 1781 р. він узяв патент на п'ять способів перетворення коливального руху в безперервно-обертальний. Спочатку для цієї мети він застосовував планетарне, або сонячне, колесо. Нарешті, Уатт ввів відцентровий регулятор швидкості для зміни кількості подачі пари в циліндр машини при зміні кількості обертів. Таким чином, Уатт в своїй паровій машині заклав основні принципи будови і роботи сучасної парової машини.

Мал. 4.3, б. Парова машина Уатта (загальний вигляд)

 Мал. 4.5. Локомотив Паффі Біллі, побудований у 1814 р. для перевезення вугілля рейками

Парові машини Уатта працювали на насиченій парі низького тиску 0,2–0,3 МПа, при невеликій кількості обертів за хвилину. Парові машини, змінені таким чином, дали чудові результати, знизивши у декілька разів витрату вугілля на к.с./год (кінську силу за годину) в порівнянні з машинами Ньюкомена, і витіснили водяне колесо з гірничорудної промисловості. У середині 80-х років XVIII ст. конструкція парової машини була остаточно розроблена, і парова машина подвійної дії стала універсальним тепловим двигуном, який набув широкого застосування майже у всіх галузях господарства багатьох країн. У XIX столітті поширення набувають шахтні підйомні паросилові установки, паросилові повітродувки, прокатні паросилові установки, парові молоти, парові насоси і т.п.

Подальше збільшення к.к.д. паросилової установки було досягнуте сучасником Уатта Артуром Вольфом в Англії шляхом введення багатократного розширення пари послідовно в 2, 3 і навіть у 4 прийоми, при цьому пара переходила з одного циліндра машини в інший.

Відмова від балансера і використання багатократного розширення пари привели до створення нових конструктивних форм машин. Двигуни двократного розширення почали оформлюватися у вигляді двох циліндрів – циліндра високого тиску (ЦВТ) і циліндра низького тиску (ЦНТ), куди надходила відпрацьована пара після ЦВТ. Циліндри розташовувалися або горизонтально (компаунд-машина, мал. 4.4, а), або послідовно, коли обидва поршні посаджено на загальний шток (тандем-машина, мал. 4.4, б).

Великого значення для підвищення к.к.д. парових машин набуло використання в середині XIX століття перегрітої пари з температурою до 350 °C, що дозволило знизити витрату палива до 4,5 кг на 1 к.с./год. Застосування перегрітої пари було вперше запропоновано французьким вченим Ґ.А. Ґірном.

Мал. 4.4. Схема розташування циліндрів і валу компаунд машини (а) и тандем машини (б)

Високий тиск пари для парових машин вперше застосував Олівер Еванс в Америці. Це привело до зниження витрати палива ще до 3 кг на 1 к.с./год. Пізніше конструктори паровозів почали застосовувати багатоциліндрові парові машини, пару надмірного тиску, пристрій для реверсування.

Джордж Стефенсон (1781–1848) народився в робочій сім'ї, працював на вугільних копальнях Ньюкасла, де працювали також його батько і дід. Він багато займався самоосвітою, вивчав фізику, механіку та інші науки, цікавився винахідницькою діяльністю. Видатні здібності Стефенсона привели його на посаду механіка, а у 1823 р. він був призначений головним інженером компанії з будівництва першої залізниці загального користування Стоктон–Дарлінґтон; це відкрило перед ним великі можливості конструкторської, винахідницької роботи. 

 Мал. 4.6. Зовнішній вигляд паровозів, що використовували для приводу парову машину:
а – паровоз Стефенсона «Ракета»; б – локомотив Стефенсона на рейковій дорозі;

У Росії перші паровози були побудовані російськими механіками і винахідниками Черепановими – Юхимом Олексійовичем (батьком, 1774–1842) і Мироном Юхимовичем (сином, 1803–1849), що працювали на Нижньотагільських заводах і були кріпосними заводчиків Демідових. Черепанови шляхом самоосвіти стали освіченими людьми, вони відвідували заводи Петербургу і Москви, Англії і Швеції. За винахідницьку діяльність Мирону Черепанову і його дружині у 1833 р. була дана вільна. Юхиму Черепанову і його дружині вільна була дана у 1836 р. Черепанови створили близько 20 різних парових машин, що працювали на Нижньотагільських заводах.

 Мал. 4.6. Зовнішній вигляд паровозів, що використовували для приводу парову машину:
в – модель паровоза Черепанових; г – Тагільська залізна дорога з паровозом Черепанових

У XVIII ст. виникло цілком зрозуміле прагнення використовувати парову машину на наземному і водному транспорті. У розвитку парових машин самостійний напрям становили локомотиви – пересувні паросилові установки. Перша установка такого типу була розроблена англійським будівельником Джоном Смітом. Фактично розвиток парового транспорту почався з установки в жаротрубних котлах димогарних труб, що значно підвищило їх паропродуктивність.

Було зроблено чимало спроб розробки парових локомотивів – паровозів, були побудовані діючі моделі (мал. 4.5, 4.6). З них виділяється побудований талановитим англійським винахідником Джорджем Стефенсоном у 1825 р. паровоз «Ракета» (див. мал. 4.6, а, б).

«Ракета» була не першим паровозом, сконструйованим і збудованим Стефенсоном, але цей перевершував інші за багатьма показниками і був визнаний кращим локомотивом на спеціальній виставці в Рейхіллі й рекомендований для нової залізниці Ліверпуль–Манчестер, яка стала у той час зразковою. У 1823 р. Стефенсон організував перший паровозобудівний завод в м. Ньюкаслі. У 1829 році в Англії був організований конкурс на кращий паровоз, переможцем якого була визнана машина Дж. Стефенсона. Його паровоз «Ракета»), розроблений на основі димогарного котла, при масі потягу 17 т розвивав швидкість 21 км/год. Пізніше швидкість «Ракети» була збільшена до 45 км/год.

Залізниці почали відігравати у XVIII ст. величезну роль. Перша пасажирська залізниця в Росії завдовжки 27 км за рішенням царського уряду була побудована іноземними підприємцями у 1837 р. між Петербургом і Павловськом. Двоколійна залізниця Петербург – Москва почала діяти у 1851 р.

У 1834 році батько і син Черепанови побудували перший паровоз (мал. 4.6, в), що перевозив вантаж масою 3,5 т зі швидкістю 15 км/год. Наступні їх паровози перевозили вантаж масою 17 т.

Перше парове судно «Клермонт» винахідника Фултона на Гудзоні (17.08.1807)

Спроби використати парову машину у водному транспорті робилися з початку XVIII ст. Відомо, наприклад, що французький фізик Д.Папен (1647–1714) побудував човен, що приводився в рух паровою машиною. Правда, успіхів в цій справі Папен не досяг.

Задачу вирішив американський винахідник Роберт Фултон (1765–1815), який народився в м. Літл-Брітон (тепер м. Фултон) в штаті Пенсільванія. Цікаво відзначити, що перші великі успіхи в створенні парових машин для промисловості, залізничного і водного транспорту випадали на долю талановитих людей, які оволоділи знаннями шляхом самоосвіти. У цьому відношенні не був винятком і Фултон, що став згодом інженером-механіком. Фултон, який походив з небагатої сім'ї, спочатку багато займався самоосвітою. Він жив в Англії, де займався будівництвом гідротехнічних споруд і вирішенням ряду інших технічних задач. Знаходячись у Франції (в Парижі), він побудував підводний човен «Наутілус» і парове судно, яке було випробуване на річці Сені. Але все це було тільки початком.

Справжній успіх прийшов до Фултона у 1807 р.: повернувшись до Америки, він побудував колісний пароплав «Клермонт» вантажопідйомністю 15 т, що приводився в рух за допомогою парової машини потужністю 20 к.с., який в серпні 1807 р. виконав перший рейс від Нью-Йорка до Олбані довжиною близько 280 км.

Подальший розвиток пароплавства, як річкового, так і морського, пішов досить швидко. Цьому сприяв перехід від дерев'яних до сталевих конструкцій суден, зростання потужності та швидкохідності парових машин, введення гребного гвинта і низка інших чинників.

З винаходом парової машини людина навчилася перетворювати в рух, в роботу енергію, сконцентровану в паливі. Парова машина – один з дуже небагатьох в історії винаходів, який різко змінив картину світу, революціонізував промисловість, транспорт, дав імпульс новому зльоту наукового знання. Вона була універсальним двигуном промисловості й транспорту протягом всього XIX століття, але її можливості вже не відповідали вимогам до двигунів, які виникли у зв'язку з будівництвом електростанцій і застосуванням механізмів з високими швидкостями наприкінці XIX століття.
Мал. 4.7. Парова турбіна Д. Бранка: 1 – паровий котел; 2 – довга труба (сопло); 3 – колесо машини; 4 – вал колеса; 5 – система зубчатих передач; 6 – товчільний механізм

На технічну арену як новий тепловий двигун замість тихохідної парової машини виходить швидкохідна турбіна з більш високим к.к.д.