Как работает паровой двигатель

STEAM ENGINE 21 столетия. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ СВОИМИ РУКАМИ

как работает паровой двигатель
06.01.2020

Для кого эта статья? Что это за «мы» — люди, которые в 21 столетии, в цифровую эпоху, в период высочайших компьютерных технологий, строят паровую машину и радуются, когда всё кипит, вращается и пыхтит?

Честно говоря я, как и многие из вас, часто слышал вопрос: «ЗАЧЕМ ТЫ ЭТО ДЕЛАЕШЬ?» и вразумительного ответа дать не мог. В голову приходят надуманные идеи: сделать модель паровоза без электричества; сделать паровой генератор и заряжать телефон без розетки; создать станок, работающий от котла; «вытаскивать» полезную работу от сгорания дров в печи И т.д. и т.п. Но мы-то с вами понимаем, что все эти ответы – чушь несусветная.

Генератор тока? Тогда, собирайте на ДВЗ! Всегда ведь можно купить 125 кубовый движок китайского мопеда Дельта и вырабатывать реальных 12 Вольт, от которых десяток галогенок стабильно будет светить ярким светом, а небольшой аккумулятор ёмкостью 7 Ач сможет отлично заряжаться.

Для создания паровой машины мощностью в 1 лошадиную силу нам потребуется столько усилий приложить, столько сложностей преодолеть, что игра не стоит свеч 

Или стоит? 

Ответ на этот тупиковый вопрос: «Зачем мы собираем паровой двигатель?» я обнаружил случайно в сети. Мужчина, который очень успешно превратил ржавый двигатель Москвича в отличную паровую машину, дал очень простой ответ: «А рыбу зачем ловят? А пьянствуют зачем?» 

Jeep Wrangler с паровым двигателем. Низкая мощность 130 л.с. и бешенный крутящий момент 3390 Нм.

Да, действительно, удовольствие от строительства сложных систем сложно сравнить с чем-либо. Инженерное творчество – особая деятельность, которую сложно сравнить с какой-либо другой. Моделирование – настоящая творческая работа и когда ваш двигатель начнет работать, вы можете считать себя успешным мастером, который прошел целый путь, повторив достижения великих ученых, найдя что-то для себя и пройдя огромный этап истории машиностроения лично.

Применить паровой двигатель действительно можно. Да, он вырабатывает электрический ток; да, его можно установить в модель паровоза или машинки; да, из него можно сделать паровой автомобиль, мотоцикл или катер, который будет ездить на дровах и угле.

Какие моторы мы будем строить в этой статье и что нам для этого понадобится?

Как и все мастера-паровики, я искал много материала и не всем написанным был доволен. Много сумбурного в Интернете, много необъяснённого на просторах . Поэтому и было решено: напишу брошюру, новый материал, в котором соберу всё, что касается моего (и не только моего) опыта. Расскажу те подводные камни, на которые суждено наткнуться каждому, вскрою все тайны и создам настоящий паровой контент!

О каких машинах пойдёт речь и почему только о них? Двигатели внутреннего сгорания меня на данный момент не интересуют: ни двухтактные, ни четырёхтактные, никакие. Причина: бензин, керосин или спирт – т.е. все виды топлива, которые должны сгорать от электрической искры. Запомним: НИКАКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА НЕТ! Всё наше моделирование ограничивается концом 17-ого – началом 18 столетия. Мы можем ВЫРАБАТЫВАТЬ электричество, но ни в коем случае не потреблять.

Уголь превращается в движение

Что у нас есть из ресурсов? Собственно то, что даровано матушкой-природой в изобилии: вода, воздух и дерево. Вода пусть кипит, дерево пусть горит, воздух пусть расширяется или сжимается. Это должно нам принести мощность, крутящий момент и КПД.

Что у нас есть из инструментов? Изначально, когда я только загорелся этой идеей, я понял, что без паяльника, токарного станка, сварочного аппарата, тисков, сверлильного станка и множества разных трубок, уголков и пластин будет тяжело. Однако, пришлось выкручиваться. И получилось! Некоторые модели паровых машин оказались очень и очень производительными, для них не потребовались ни токарные, ни сверлильные, ни фрезерные работы.

Какие машины мы будем собирать? Тепловые и паровые, высокотемпературные и низкотемпературные. Поясню подробнее.

Существуют, так называемые, двигатели Стирлинга – они работают без водяного пара, полезную работу совершает воздух, расширяясь под действием высокой температуры и сжимаясь при охлаждении. Их всегда ставят отдельно от паровых машин, хотя, на самом деле, между ними много общего. Существуют стирлинговые моторы альфа, бета и гамма – типа.

Их коэффициент полезного действия намного выше паровых систем, однако мощность ниже. Очень многие не углубляются в проектирование паровых двигателей, им достаточно тепловых стирлингов. Мы будем рассматривать низкотемпературные машинки и высокотемпературные.

Если последние приводятся в движение пламенем от свечи или спиртовки, то первые успешно запускаются даже от стакана с горячим чаем или теплом ладони.

Что касается паровых машин, то мы рассмотрим множество видов, каждый из которых мне посчастливилось строить и испытывать. Мы рассмотрим простые свечные моторы, в которых вообще нет ни поршней, ни цилиндров, рассмотрим золотниковые двигатели (с треугольником тяги и без него) – такие, какие используются в паровозах. Также мы рассмотрим самый простой и продуктивный с точки зрения моделирования паровой двигатель – машину с качающимся цилиндром. 

Особое внимание я решил уделить инструментам и материалам, которые могут потребоваться, а также финансам, которые понадобятся нам для постройки. Моя задача – сделать всё малой кровью, но аккуратно и очень точно.

Двигатель Ньюкомена: начало паровой эры

Паровой двигатель — это машина, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию посредством поршня, движущегося в цилиндре. По сути, паровую машину можно считать конвертером тепловой энергии в механическую. 

Как двигатель внешнего сгорания (поскольку он сжигает свое топливо вне двигателя) паровой двигатель пропускает свой пар в цилиндр, где пар затем толкает поршень вперед и назад. Именно с этим движением поршня двигатель может выполнять механическую работу.

Паровой двигатель был главным источником энергии промышленной революции (которая началась в Англии в XVIII веке) и доминировал в промышленности и транспорте в течение 150 лет.

Он по-прежнему полезен сегодня в решении многих задач, во многих развивающихся странах.

Да, вам не послышалось! Паровые машины и нынче массово используются в Англии, Германии, Франции. Что касается стран со слабой экономикой, то паровая тяга в буквальном смысле слова обслуживает сельское хозяйство.

Самые ранние известные паровые машины были новинками, созданными греческим инженером и математиком Героном (Heron) из Александрии (ок. 10-70), жившим в первом веке нашей эры. Его самое знаменитое изобретение называлось аэлиопилом. Это изобретение представляло собой небольшой полый шар, к которому были прикреплены две изогнутые трубки. Сфера была прикреплена к котлу, который производил пар.

Когда пар выходил из полых трубок сферы, сама сфера начинала вращаться. Герон и несколько других греков разработали множество других паровых устройств, таких как паровой орган и автоматические двери, но всегда в контексте игр и развлечений, казалось бы, без всякого интереса к использованию пара в практическом плане.

Тем не менее, их работа установила принцип паровой силы, и их игривые устройства были реальной демонстрацией преобразования паровой силы в какой-то вид движения.

Изучая историю Древнего Рима я заметил, что многие технические достижения наших древних предков почти вплотную подходили к созданию паровой машины: создавались насосы ля пожарников, паровые игрушки для музыки Ещё немного и паровой трактор мог выйти на дороги Рима. 

Хотя греки установили принцип паровой энергии, он был проигнорирован в течение более чем 1500 лет до конца 1600-х годов в Европе. В течение этого длительного периода основными источниками энергии были сначала мускульная сила человека или тягловые животные, а затем энергия ветра и воды. Ветряные мельницы и водяные колеса были вполне пригодны для медленных, повторяющихся работ, таких как измельчение кукурузы, в которых перебои в подаче энергии не имели большого значения. 

Источник: https://3drive.ru/articles/engine/steam-engine-21-stoletiya-parovye-dvigateli-svoimi-rukami

Принципы работы парового двигателя (стр. 1 из 5)

как работает паровой двигатель

Принцип действия парового двигателя

Rīga 2011

Содeржание

Аннотация

Ведение

1. Теоретическая часть

1.1 Временная цепочка

1.2 Паровой двигатель

1.2.1 Паровой котёл

1.2.2 Паровые турбины

1.3 Паровые машины

1.3.1 Первые пароходы

1.3.2 Зарождение двухколесного транспорта

1.4 Применение паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых машин

1.4.2 Коэффициент полезного действия

2. Практическая часть

2.1 Построение механизма

2.2 Способы улучшения машины и ее КПД

2.3 Анкетирование

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

паровой двигатель полезное действие

Аннотация

Данная научная работа состоит из 32листов.Она включает в себя теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение. В теоретической части вы узнаете о принципе работы паровых двигателей и механизмов, об их истории и о роли их применения в жизни. Практической части подробно рассказано о процессе конструирования и испытаниях парового механизма в домашних условиях. Данная научная работа может служить наглядным примером работы и использованияэнергиипара.

Введение

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя.Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути.

Это заставило человека задуматься над тем, как можно использовать в качестве рабочего тела пар. В результате этого после множества опытов появился паровой двигатель.

И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы — весь сложный и могучий мир паротехники созданный человекомПаровая машина была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии человечества.Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития средств передвижения.

В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте.Изобретение парового двигателя является огромным рывком, стоявшим на рубеже двух эпох. И через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этого изобретения.

Гипотеза:

Возможно, ли построить своими руками простейший механизм, работавший на пару.

Цель работы: сконструировать механизм способный двигаться на пару.

Задача исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Сконструировать и построить простейший механизм, работавший на пару.

3. Рассмотреть возможности увеличения КПД в дальнейшем.

Данная научная работа будет служить пособием на уроках физики для старших классов и для тех, кого интересует данная тема.

1. Теоретическая часть

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами.

Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии.

Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии— фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени.

Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую.

С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

1.1 Времянная цепочка

3000 лет до н. э. — в Древнем Риме появились первые дороги.

2000 лет до н. э. — колесо приобрело более привычный для нас вид. У него появились ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н. э. — появились первые дороги, мощенные деревянными брусками.

312 г. до н. э. — в Древнем Риме построены первые дороги с каменным покрытием. Толщина каменной кладки достигала одного метра.

1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

1510 г. — конный экипаж приобрел кузов со стенами и крышей. Пассажиры получили возможность защититься от непогоды во время поездки.

1526 г. — немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в действие мышечной силой людей. Люди, идущие сбоку экипажа, вращали специальные рукоятки. Это вращение с помощью червячного механизма передавалось колесам экипажа. К сожалению, повозка не была изготовлена.

1600 г. — Симон Стевин построил яхту на колесах, двигающуюся под действием силы ветра. Она стала первой конструкцией безлошадной повозки.

1610 г. — кареты претерпели два существенных усовершенствования. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, укачивающие пассажиров во время поездки, были заменены стальными рессорами. Во-вторых, была усовершенствована конная упряжь. Теперь лошадь тянула карету не шеей, а грудью.

1649 г. — прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы пружины, предварительно закрученной человеком. Карету с приводом от пружины построил Йоханн Хауч в Нюрнберге. Однако историки эти сведения ставят под сомнение, поскольку существует версия, что вместо большой пружины внутри кареты сидел человек, который и приводил механизм в движение.

1680 г. — в крупных городах появились первые образцы конного общественного транспорта.

1690 г. — Стефан Фарффлер из Нюрнберга создал трехколесную повозку, передвигающуюся с помощью двух ручек, вращаемых руками. Благодаря этому приводу конструктор повозки мог перемещаться с места на место без помощи ног.

1698 г. — англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 г. — русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков послал в Нижегородскую губернскую канцелярию «доношенье» с описанием «самобеглой коляски».

1769 г. — французский изобретатель Кюньо построил первый в мире паровой автомобиль.

1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

1791 г. — Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную коляску, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся с помощью педального механизма.

1794 г. — паровую машину Кюньо сдали в «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

1800 г. — существует мнение, что именно в этом году в России был построен первый в мире велосипед. Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 г. — на улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был изготовлен из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было руля и педалей.

1810 г. — в Америке и странах Европы начала зарождаться каретная промышленность. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, заселенные мастерами-каретниками.

1816 г. — немецкий изобретатель Карл Фридрих Драйз построил машину, напоминающую современный велосипед. Едва появившись на улицах города, она получила название «беговой машины», так как ее хозяин, отталкиваясь ногами, фактически бежал по земле.

1834 г. — в Париже проводились испытания парусного экипажа, сконструированного М. Хакуетом. Этот экипаж имел мачту высотой 12 м.

1868 г. — считается, что в этот год французом Эрне Мишо был создан прообраз современного мотоцикла.

1871 г. — французский изобретатель Луи Перро разработал паровую машину для велосипеда.

1874г. — в России построен паровой колесный тягач. В качестве прототипа был использован английский автомобиль «Эвелин Портер».

1875г. — в Париже прошла демонстрация первой паровой машины Амадея Бдлли.

1884 г. — американец Луис Копленд построил мотоцикл, на котором паровой мотор был установлен над передним колесом. Такая конструкция могла разогнаться до 18 км/ч.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Тигуан или х трейл что лучше

1901г. — в России построен легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс».

1902г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч.

Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 г. — американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км

1.2 Паровой двигатель

Двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются Поршневые двигатели.

В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора.

Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас Сэйвери. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г.

Томас Ньюкомен изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс Ватт улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину.

Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления интегральных схем.

Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

Источник: https://mirznanii.com/a/322896/printsipy-raboty-parovogo-dvigatelya

Топи, ребята! Пять недавних автомобилей с паровым двигателем

как работает паровой двигатель

На самом деле это относится не столько к автомобильной марке, сколько к людям, ее учредившим. Братьям Добл, Абнеру и Джону, уже в 1910 году удалось совместить древнюю технологию с передовыми стилистическими решениями. Впрочем, технологию эту им тоже пришлось изрядно улучшить.

Джон сделал это во время обучения в Массачусетском технологическом – уже тогда талантливый инженер мог позволить себе содержать персональную мастерскую, в которой протестировал уникальный конденсатор собственной разработки. Устройство предназначалось для конденсации отработанного пара и было сделано в виде сотового радиатора.

С таким новшеством прототип на 90 литрах воды проезжал до 2 000 километров, превысив стандартный пробег «паромобиля» почти в 20 раз!

Для своего времени это была сенсация. После шумихи в прессе братья тут же обзавелись инвесторами, чьих средств оказалось достаточно, чтобы учредить компанию General Engineering с уставным капиталом в $200 тысяч. Там велись все дальнейшие разработки и усовершенствования автомобилей на пару.

Для концепта Нью-Йоркского автосалона 1917 года Джон Добл, самый головастый участник предприятия, придумал систему электрического зажигания, в которой керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой.

Затем горящая смесь поступала в камеру сгорания, где и нагревала воду в котле.

Процесс запускался одним нажатием кнопки, а чтобы достичь нужного уровня давления пара и тронуть машину с места, двигателю хватало лишь 90 секунд! Все эти мифические характеристики сделали паромобиль Доблов едва ли не самой яркой премьерой – уже к концу года в General Engineering поступило более 5 тысяч заказов от покупателей. Если бы не Первая мировая, лишившая компанию железа, кто знает, на чем бы мы передвигались сейчас

В 1921 году Джон умирает после тяжелой болезни. Однако на его место приходят сразу два других брата – семейство Доблов оказалось необычайно большим. Вскоре Абнер, Билл и Уоренн создают новый бренд, теперь уже имени себя – Doble Steam Motors, и анонсируют усовершенствованный проект – паромобиль Model E.

Через три года команда вновь отправляется в Нью-Йорк, на зимнюю выставку, где демонстрирует всем необычайный эксперимент: машина Доблов всю ночь стоит в неотапливаемом гараже, а затем еще час находится на улице, где мороз крепчает сильнее.

Затем на глазах у специалистов зажигание активируется, двигатель заводится, и спустя 23 секунды машина может ехать.

Предельная скорость Model E тогда составила 160 км/ч, а до сотни она разогналась всего за 8 секунд! Это произошло благодаря новому четырехцилиндровому мотору, в коем пар сначала доставлялся в два цилиндра высокого давления, а остаточную энергию получали два цилиндра низкого давления, отправлявшие «пустой» пар в конденсатор. Эврика, не иначе!

Конечно, тонкие технические решения требовали лучших материалов, которые соответствующе влияли на итоговый ценник. Так, паромобиль производства Doble Steam Motors с надежной электрикой Bosch на борту и роскошным салоном, облицованным деревом и даже слоновой костью, стоил $18 000.

При здравствовавшей тогда 800-долларовой «Железной Лиззи» Форда это было неприлично дорого. А значит, позволить себе прокатиться на совершенном паромобиле могли либо крупные промышленники, либо грабители банков. Жаль, что последние тоже предпочитали Ford.

Если бы Клайд Бэрроу хоть немного разбирался в автомобилях, возможно, Doble Steam Motors и не прекратили бы свое существование в 1931-м, выпустив на рынок всего 50 серийных экземпляров.

Особенности:

Заслугой братьев Добл не стало изобретение парового двигателя. Они преуспели в другом, сделав машину на пару современным, быстрым и комфортабельным средством передвижения. На Model Е ездил сам Говард Хьюз, что уже говорит о многом.

К тому же силовая установка производства Doble Steam Motors не исчезла бесследно: в 1933 году ее успешно испытала авиационная фирма Bessler. Немногим позже паровой аэроплан Джонстона также отличился бесшумным полётом и малой посадочной скоростью.

А это значит, что передовые идеи могут попасть на небо еще при жизни

Лучший из «худших»

Еще один яркий пример родственной сплоченности показали миру братья Стэнли, в 1906 году построив паровую «Ракету». Данный аппарат появился на свет с единственной целью – установить рекорд скорости.

В действие машину приводил двухцилиндровый паровой агрегат горизонтального расположения, максимальная мощность которого достигала 150 л.с.

! Экзотичную внешность этот паромобиль позаимствовал у индейских каноэ – острый обтекаемый силуэт позволил инженерам добиться невероятных аэродинамических показателей. Со временем его переняли все гонщики, кто хоть как-то состоял в родстве со здравым смыслом.

Отважился пилотировать столь экстремальную технику только один человек, Фред Мариотт. Соляное озеро Бонневилль еще не пользовалось среди гонщиков популярностью, поэтому для проведения рекордных заездов использовали пляж Ормонд, расположенный недалеко от Дайтона-бич, что во Флориде.

С первой же попытки «Ракета» братьев Стэнли преодолела скоростной рубеж в 205 км/ч при заезде на 1 милю и 195 км/ч при заезде на 1 км (отмеренном внутри этой мили). Таких показатель в то время не удавалось добиться никому.

Это был час подлинного триумфа братьев Стэнли и всей паровой технологии!

Годом позже команда сумасшедших экспериментаторов Stanley Rocket взялась форсировать свой болид. Ведь потенциал этой силы пара был не до конца раскрыт – так они считали. Замахнувшись на скоростной рубеж в 322 км/ч (200 миль/ч), они увеличили мощность мотора, решив этот вопрос за счет повышения давления пара. В итоге цилиндры получили давление в 90 бар, а сам болид обзавелся более мощной тормозной системой.

Конструктивно «Ракета» Стэнли могла выдержать все нагрузки и выдержала бы, окажись под ее колесами идеально ровное покрытие. Плачевный итог едва не стоил жизни Фреду Мариотту – болид подпрыгнул на кочке и развалился по частям. После этого братья Стэнли свои эксперименты приостановили. Ненадолго

Особенности:

Скандал, раздутый газетчиками вокруг поражения Stanley Rocket, едва не затмил его же триумф. Многие пытались взять высоту, которую играючи одолела паровая «Ракета». До недавнего времени об ее рекорд сломалось множество копий, топоров и другого оружия, которым со злости кидались в победителя остальные гонщики-лузеры. А сила пара по-прежнему рулит!

Грузовик на дровах

А еще на угле и даже торфе! Да, подобные словосочетания возникли не на голом месте — и конечно, в России.

Но как ни странно, шуточная метафора в 1948 году – в эпоху тотального дефицита и экономии – была претворена в жизнь и работала! Разоренную Второй мировой страну нужно было поднимать, индустриализировать, обеспечивать. А потому вслед за Постановлением Совета Министров СССР от 07.08.1947 г.

«О механизации лесозаготовок и освоении новых лесных районов» НАМИ поручили разработать силовой агрегат и конструкцию лесовоза, который работал бы на дровах. А что, вроде бы все логично – в обширной лесополосе топлива навалом

Уже в мае 1949-го ведущая проект группа инженеров, возглавляемая Юрием Шебалиным и Николаем Коротоношко, получила авторское свидетельство на паровой двигатель, что работал на низкокалорийном топливе. Паросиловая установка повышенного давления снабжалась водотрубным котлом с естественной циркуляцией и 3-цилиндровым мотором однократного расширения.

Заправочный материал, так называемые «швырки» (околыши среднего размера), загружались в два топливных бункера, расположенных друг на друге, и поступали в горелку «самоходом», по мере сгорания. Регулировать этот процесс можно было вручную либо автоматически – три положения передачи предусматривали 20%, 40% и 75% заполнения цилиндра двигателя.

Таким образом, запас хода экспериментального грузовика НАМИ-012 составлял 80-120 км.

К тому времени, когда завершились испытания прототипов «дровяных» тягачей, то есть летом 1951 года, во всем мире прекратили производство транспорта с паровым двигателем. Мнение наблюдательной комиссии, включавшей представителей практически всех автомобильных организаций, также сложилось не в пользу НАМИ-012. Груженые машины показали отличную проходимость, но с порожним ходом обнаружились проблемы – все из-за перегрузки передней оси.

Тогда было решено продолжить исследования и сделать полноприводный прототип. За оным закрепился индекс НАМИ-018. Внешне тот отличался от своего предшественника лишь вертикальной решеткой моторного отсека. Инженерам удалось стабилизировать порожний тягач, но минусов в его эксплуатации все равно обнаружилось больше, чем плюсов.

Чтобы проехать «злосчастные» 100 км пути, грузовик должен был везти почти полтонны дров, заготовленных впрок и уже просушенных. При этом зимой необходимо было сливать на ночь воду (аж 200 литров), чтобы она не замерзла и не разорвала котел изнутри, а утром заливать ее снова.

В 1954 году, когда Советы получили доступ к нефти, а соответственно, и к дешевому жидкому топливу, подобные жертвы были уже не оправданы.

Особенности:

Вердикт комиссии, сообщавший «Паровой автомобиль НАМИ-018 отвечает всем параметрам лесной промышленности, но может быть использован только в районах, куда доставка жидкого топлива затруднена или высока по стоимости», фактически приговорил тягач на дровах к смерти. Немногочисленные прототипы были безжалостно уничтожены, даже секретный НАМИ-012Б, который мог работать на одном лишь мазуте. Все, что осталось от них сегодня – это несколько фотографий, размытых из-за вечно дымящего паровика

Кит-кары не парятся

Отчаянная все же страна эта Австралия. То ли солнца там много, то ли смешных животных. То ли просто сумасшедшие идеи носятся в соленом воздухе и достаются энтузиастам задаром Последние, к примеру, возьмут, да и устроят гонки на солнцемобилях просто от скуки.

Да ладно устроят, так еще и где-то денег на свой проект найдут! Причем подвержены таким вот процессам не только коренные австралийцы, но и люди приезжие, вроде англичанина Питера Пелландайна, который выкроил из стеклопластика парочку суперлегких кит-каров, а потом зачем-то решил приделать к ним паровой двигатель

Прежде чем приступить к своей идее фикс, Пелландайн сварганил десяток шустрых «китов» и продал их местным гонщикам-любителям под вывеской Pellandine Cars Ltd.

Создав тем самым кое-какую репутацию, в 1978 году Питер сумел убедить власти Южной Австралии выделить ему грант, а затем принялся творить.

На выходе получилась потешная машинка, собранная на базе VW Kafer , со стеклопластиковым открытым кузовом и 40-сильной паровой установкой. Этот образец до сих пор находится в National Motor Museum города Бирдвуд.

Затем Пелландайн попытался совершить революцию в паровых гонках. На обновленную версию своего Pelland Steam Car Mk II инженер потратил пять лет. Машинка умела разгоняться до 100 км/ч за 8 секунд, но чудес не сотворила, хотя теоретически могла развить 205 км/ч. В расстроенных чувствах британец вернулся на родину.

Особенности:

Трюк, которым Пелландайн завлекал австралийцев, на соотечественниках не сработал: усовершенствованные кит-кары на базе того же горбатенького Жука британцев не впечатлили. Тем не менее, компания Pelland Engineering досталась перекупам и сменяла владельцев быстрее, чем прыгал по столу шарик для пинг-понга. Не спасла ситуацию даже автомобильная пресса. Зато местные музеи разжились колоритными артефактами из рук Пелландайна.

Последний гвоздь

Источник: https://www.kolesa.ru/article/topi-rebyata-pyat-nedavnih-avtomobilej-s-parovym-dvigatelem

Плюсы и минусы парового двигателя и машины

Начнем рассмотрение темы с определения самого термина, паровая машина, это двигатель наружного сгорания, реорганизовывающий энергию пара жидкости, в работу выполняемую поршнем, с последующим преобразованием во вращение передаточного вала. В более обширном значении паровая машина — всякий агрегат с наружным сгоранием топлива, который реорганизовывает кинетическую энергию рабочего тела в полезную работу.

Первая такая машина сконструирована в XVII и состояла из цилиндра с одним поршнем, поднимающегося под давлением пара, а опускался под собственным весом.

По этой же схеме были сооружены в 1705 году насосные паровые машины для откачивания воды. Серьезные доработки в вакуумной машине были осуществлены Джеймсом Уаттом в далеком 1770 году. Последующей значительной доработкой данного типа двигателя (использование рабочим телом пара воды под высоким давлением) было произведено Оливером Эвансом уже в 1789 году.

Преимущества парового двигателя

  • Использование любого горючего топлива. Ключевым преимуществом таких машин, как двигателей наружного сгорания топлива, в том, что по причине изолирования котла от узлов паровой машины появляется возможность использовать произвольное топливо – от дров до урана. Самый яркий пример этого преимущества использование энергии атомного ядра, ибо реактор не способен вырабатывать механическую энергию, а генерирует тепло, которое и применяется для испарения жидкости, повергающего в ход паровые машины (обычно это турбины).
  • Использование возобновляемых источников энергии. Вторым важным фактором является то, что есть и иные источники энергии, которые невозможно использовать в других двигателях работающих на горюче смазочных материалах, к примеру, солнечная или гидроэнергия. Также любопытным курсом разработок есть применение разности внутренней энергии Мирового океана на различных его глубинах.
  • Стабильность работы не зависит от значения атмосферного давления. Локомотивы с паровыми агрегатами хорошо рекомендуют себя на значительных высотах, связано это с тем, что их работоспособность не снижается в связи с понижением атмосферного давления. Паровозы по сей день применяются в горах Латинской Америки.
  • Меньше масса по сравнению с остальными видами двигателей. Также, паровые поезда существенно легче, чем их дизельные или электрические аналоги, что чрезвычайно важно для горных колей. Особенностью пародвигателей есть то, что им не нужна трансмиссия, усилие передается непосредственно колёсам.
  • Посейчас безальтернативно используется на электрогенерирующих станциях. Паровые турбины, принципиально являющиеся вариацией паровой машины, достаточно широко применяются в качестве силовых агрегатов электрогенераторов. Ориентировочно 86 % электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится с применением турбин на пару.

Недостатки парового двигателя

  • Загрязнение окружающей среды. Важнейшим недостатком на сегодняшний день является низкая экологичность двигателя. В процессе сгорания топлива высвобождаются: азот, сера. Также в атмосферу отправляется, большее количество тяжелых металлов.. Нельзя забывать и о том, что совершается высвобождение серьезного количества тепла. Это существенно сказывается и на климат Земли.
  • Высокий расход топлива. Длившаяся целый век работа над доработкой конструкции паровой машины так и не привела к триумфу. И на сегодняшний день паровой поршневой силовой агрегат является самым «марнотратным» из всех остальных машин-двигателей.
  • КПД так и не перешагнул отметку в 10%. Машины внешнего сгорания в свое время способствовали повсеместному использованию в коммерческих целях машин в промышленности и явились энергетическим фундаментом промышленного прорыва XVIII века. Но им было суждено уступить пальму первенства двигателям внутреннего сгорания, паровым турбинам и электромоторам, КПД которых оказалось значительно выше.
  • Высокая эксплуатационная опасность. Хоть паровые двигатели и отличаются высокой надежностью и выносливостью, все же риски при эксплуатации в шахтах мануфактурах не раз давали о себе знать, взрывы и утечки пара могут серьезно навредить обслуживающему его персоналу и прилегающему имуществу.
  • Наличие кривошипно-шатунного механизма. Кривошипно-шатунный механизм это конструкционный недочет, который устранить не удалось, а негативных последствий вытекает из него более чем достаточно, к примеру: низкооборотистость двигателя, следовательно, и тихоходность транспорта на основе данного типа двигателя, громоздкость конструкции, следовательно, невозможность установки допустим на воздушный транспорт.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое виниловая пленка

Применение паровой машины

До конца первой половины XX века паровые двигатели повсеместно применялись во многих областях хозяйственной деятельности, по причине множества достоинств (высокая надёжность, работа с большими перепадами нагрузок, простота). К областям применения относится: транспорт. предприятия легкой и тяжелой промышленности с силовым и тепловым потреблением:

Однозначно употреблялись как привод в насосных станциях, паровозах, пароходах, тягачах, лесопильно-сушильных агрегатах и т.д.

Вывод

Основные изъяны парового поршневого силового агрегата такие как: не высокий коэффициент полезного действия, громоздкость конструкции и низкая оборотистость — с эволюцией производственных мощностей и вездесущим распространением машин и механизмов становились всё ощутимее. Возникла объективная необходимость в альтернативных видах тепловых двигателей, и они были разработаны:

  1. Двигатель внутреннего сгорания.
  2. Двигатель Стирлинга.
  3. Роторный двигатель.
  4. Твердотельный двигатель.
  5. Реактивный двигатель.

Справедливости ради следует отметить, что двигатели внешнего сгорания полностью не «вымерли», а лишь нашли свою нишу во всем многообразии социально-промышленных потребностей человека.

Источник: https://plusiminusi.ru/plyusy-i-minusy-parovogo-dvigatelya-i-mashiny/

Паровые двигатели — от первой паровой машины до наших дней

Интерес к водяному пару, как доступному источнику энергии, появился вместе с первыми научными познаниями древних. Приручить эту энергию люди пытались на протяжении трёх тысячелетий. Каковы основные этапы этого пути? Чьи размышления и проекты научили человечество извлекать из него максимальную пользу?

Предпосылки появления паровых двигателей

Потребность в механизмах, способных облегчить трудоёмкие процессы, существовала всегда. Примерно до середины XVIII века для этой цели использовались ветряные мельницы и водяные колеса. Возможность использования энергии ветра напрямую зависит от капризов погоды.

А для использования водяных колёс фабрики приходилось строить по берегам рек, что не всегда удобно и целесообразно. Да и эффективность тех и других была чрезвычайно мала.

Нужен был принципиально новый двигатель, легко управляемый и лишённый этих недостатков.

История изобретения и совершенствования паровых двигателей

Создание парового двигателя — результат долгих размышлений, удач и крушений надежд множества учёных.

Начало пути

Первые, единичные проекты были лишь интересными диковинками. Например, Архимед сконструировал паровую пушку, Герон Александрийский использовал энергию пара для открывания дверей античных храмов. А заметки о практическом применении энергии пара для приведения в действие иных механизмов исследователи находят в трудах Леонардо да Винчи.

Рассмотрим наиболее значительные проекты по этой тематике.

В XVI веке арабский инженер Таги аль Дин разработал проект примитивной паровой турбины. Однако практического применения она не получила из-за сильного рассеяния струи пара, подаваемой на лопасти колеса турбины.

Перенесемся в средневековую Францию. Физик и талантливый изобретатель Дени Папен после многих неудачных проектов останавливается на следующей конструкции: вертикальный цилиндр заполняли водой, над которой устанавливали поршень.

Цилиндр нагревали, вода закипала и испарялась. Расширяющийся пар приподнимал поршень. Его закрепляли в верхней точке подъёма и ожидали остывания цилиндра и конденсации пара. После конденсации пара в цилиндре образовывался вакуум. Освобожденный от крепления поршень под действием атмосферного давления устремлялся в вакуум. Именно это падение поршня предполагалось использовать как рабочий ход.

Итак, полезный ход поршня был вызван образованием вакуума из-за конденсации пара и внешним (атмосферным) давлением.

Потому паровой двигатель Папена как и большинство последующих проектов получили название пароатмосферных машин.

Эта конструкция обладала весьма существенным недостатком — не была предусмотрена повторяемость цикла. Дени приходит к идее получать пар не в цилиндре, а отдельно в паровом котле.

В историю создания паровых двигателей Дени Папен вошел как изобретатель весьма важной детали — парового котла.

А поскольку пар стали получать вне цилиндра, сам двигатель перешел в разряд двигателей внешнего сгорания. Но из-за отсутствия распределительного механизма, обеспечивающего бесперебойную работу, эти проекты почти не нашли практического применения.

Новый этап в разработке паровых двигателей

Около 50 лет для откачки воды в угольных шахтах использовался паровой насос Томаса Ньюкомена. Он во многом повторял предыдущие конструкции, но содержал весьма важные новинки — трубу для вывода сконденсированного пара и предохранительный клапан для выпуска излишнего пара.

Его существенным минусом было то, что цилиндр приходилось то нагревать перед впрыскиванием пара, то охлаждать перед его конденсацией. Но потребность в таких двигателях была столь высока, что, несмотря на их очевидную неэкономичность, последние экземпляры этих машин прослужили вплоть до 1930 года.

В 1765 году английский механик Джеймс Уатт, занявшись усовершенствованием машины Ньюкомена, отделил конденсатор от парового цилиндра.

Появилась возможность цилиндр держать постоянно нагретым. КПД машины сразу вырос. В последующие годы Уатт значительно усовершенствует свою модель, оснастив её устройством для подачи пара то с одной, то с другой стороны.

Стало возможным использовать эту машину не только как насос, но и для приведения в действие различных станков. Уатт получил патент на свое изобретение — паровой двигатель непрерывного действия. Начинается массовый выпуск этих машин.

К началу XIX века в Англии работало более 320 паровых машин Уатта. Их стали закупать и другие европейские страны. Это способствовало значительному росту промышленного производства во многих отраслях как самой Англии, так соседних государств.

Двадцатью годами ранее Уатта, в России над проектом паровой машины работал алтайский механик Иван Иванович Ползунов.

Заводское начальство предложило ему построить агрегат, который приводил бы в действие воздуходувку плавильной печи.

Построенная им машина была двухцилиндровой и обеспечивала непрерывное действие подсоединённого к ней устройства.

Успешно проработав более полутора месяцев, котёл дал течь. Самого Ползунова к этому времени уже не было в живых. Ремонтировать машину не стали. И замечательное творение русского изобретателя-одиночки было забыто.

В силу отсталости России того времени мир узнал об изобретении И. И. Ползунова с большим опозданием.

Итак, для приведения в действие паровой машины необходимо, чтобы пар, вырабатываемый паровым котлом, расширяясь, давил на поршень или на лопасти турбины. А затем их движение передавалось другим механическим частям.

Применение паровых машин на транспорте

Несмотря на то, что КПД паровых двигателей того времени не превышал 5%, к концу XVIII века их стали активно использовать в сельском хозяйстве и на транспорте:

  • во Франции появляется автомобиль с паровым двигателем;
  • в США начинает курсировать пароход между городами Филадельфия и Берлингтон;
  • в Англии продемонстрирован железнодорожный локомотив на паровой тяге;
  • российский крестьянин из Саратовской губернии запатентовал построенный им гусеничный трактор мощностью 20 л. с.;
  • неоднократно предпринимались попытки построить самолёт с паровым двигателем, но, к сожалению, малая мощность этих агрегатов при большом весе самолёта делала эти попытки неудачными.

Уже к концу XIX столетия паровые двигатели, сыграв свою роль в техническом прогрессе общества, уступают место двигателям внутреннего сгорания и электродвигателям.

Паровые устройства в XXI веке

С появлением новых источников энергии в XX и XXI веке снова появляется потребность в использовании энергии пара. Паровые турбины становятся неотъемлемой частью АЭС. Пар, приводящий их в действие, получают за счёт ядерного топлива.

Широко используются эти турбины и на конденсационных тепловых электростанциях.

В ряде стран проводятся эксперименты по получению пара за счёт солнечной энергии.

Не забыты и поршневые паровые двигатели. В горных местностях в качестве локомотива до сих пор используют паровозы.

Эти надёжные труженики и безопаснее, и дешевле. Линии электропередач им не нужны, а топливо — древесина и дешёвые сорта угля всегда под рукой.

Современные технологии позволяют улавливать до 95% выбросов в атмосферу и повысить КПД до 21%, так, что люди решили пока с ними не расставаться и работают над паровыми локомотивами нового поколения.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Источник: http://www.doklad-na-temu.ru/fizika/parovye-dvigateli.htm

История паровых машин и двигателей

Ниже представлен краткий экскурс в историю эволюции инженерной мысли «ролико-лопастного» машиностроения с XVI по наше время.

С незапамятных времен и по сей день большинство изобретательских умов были заняты проблемой облегчения человеческого труда. Идея всевозможного и повсеместного замещения человека машинами подстегивает инженеров к активной деятельности и в наше время (в т.ч. Скайнет и Джона с Сарой Конноров). На рассвете технического прогресса умы были сориентированы на механизацию наиболее жизненно важных процессов — переремещения воды и грузов. 

А в качестве источника энергии рассматривались доступные в то время силы ветра, воды и пара. Ниже будут рассмотрены конструкции использовавшие последние два источника, а именно насосы, гидромоторы, паровые машины(паровые двигатели).

 За трехсотлетнюю историю развития индустриального общества были предложены десятки тысяч различных воплощений инженерной мысли о преобразовании обуздании энергии, в данном обзоре мы рассмотри наиболее близкие к ролико-лопастной тематике.

Однако, все перечисленные ниже схемы роторных сегодня сменили предначертанную создателями судьбу и используются в наше в ремя в качестве расходомеров.

Определения

Паровая машина(Паровой двигатель) представляет собой тепловую машину, которая выполняет механическую работу использованием пара в качестве рабочего тела .

Паровые двигатели, как правило, являются двигателями внутреннего сгорания , где тепло подводится к рабочему телу от сжигаемого топлива вне двигателя.

Насос представляет собой устройство для перемещения жидкости, например, жидкостей, газов или суспензий.

Насос вытесняет объем физического или механического воздействия. Насосы делятся на три основные группы: прямые лифтаперемещение и тяжести насосы.

Расходомер — это устройство предназначенное для измерения количество вещества проходящего через единицу площади в единице времени

 

1588

1636

Шестеренчатый насос Паппенхейма

Самые ранние источники ссылаются на Рамелли (Ramelli), (1588) который предложил роторный насос для перекачки воды лопастного типа, и Паппенхейм (Pappenheim), пердложившего шестеренчатый насос, (1636) как те что используются сегодня для подачи смазочного масла в автомобильных двигателях. Хотя ни кто из них не предложил использовать свою конструкцию в качестве паровой машины, эти схемы всплывают вновь и вновь в истории строения паровых машин.

1790

  Внутри рабочей камеры расположен вращающийся ротор с одной лопастью, впускное, выпускное отверстия и клапан выполненный в виде перемычки связанной с внешним цилиндром или другим отодвигающим механизмом, которая может бать отодвинута в нужное время для прохождения лопасти.

Клапан должен двигаться очень быстро и с определенным запасом чтобы избежать аварии. Кроме того он должен иметь определенный запас прочности чтобы выдержать перепад давления и не допустить утечку между впускным и выпускным отверстием. Данная конструкция предлагалась к использованию в качесте паровой машины либо водяного насоса.

Брама был универсальным инженером, который запатентовал ряд изобретений от винта пропеллера до туалета.
 

1797

В 1797 году господин Эдмунд Картрайт запатентовал свой роторный паравой двигатель стремя лопастями на роторе и двумя откидными клапанами. Рабочее тело попадает в паровой двигатель через отверстие E и давлением на лопасти приводит ротор во вращение. Лопасти сами овобождали себе путь поочередно открывая клапана. Рабочее тело совершив работу покидает паровую машину через отверстие F, назначение отверстия С точно не известно, возможно оно служило для слива конденсата.

Катрайт также занимался разраработкой обычных поршневых двигателей, которые работали от спиртового пара.

1805

Эндрю Флинт получил патент на свой роторный паровой двигатель в 1805 году. Ротор имеет одну лопасть которая приводит его в движение под действием давления пара.

Для предотвращения холостого сброса пара в паровой машине установлены два поворотных клапана в форме полумесяцев i и k, Они выполнены таким образом, что имеют два положения в одном из которых которых обеспечивают проход лопасти и не пропускают пар — в другом.

Эти клапана приводятся в движение от внешних связей, рисунок 3. Пар попадает в рабочую камеру паровой машины через отверстие h и через отверстие g(рис 2) покидает машину.

Как видно из второго рисунка ротор паровой машины разделен на две части, пар подается через нижнюю, совершает работу и покидает машину через верхнюю и полый вал. Обратите внимание на простое уплотнение вала y и z.

На рисунке три представлена оригинальная и замысловатая система рычагов обеспечивающая синхронизацию клапонов с ротором

1825

В 1825 году господин Джозеф Эва, гражданин США, запатентовал роторный двигатель в Лондоне. Здесь показан ввиде водяного насоса.

Рабочая камера пневмодвигателя состоит из ротора с тремя лопастями и вращающегося клапана геометрическая форма которого обеспечивает прохождение лопости в нужный момент и разделение рабочей камеры на впускную и выпускную полости.

Как вы видите при прохождении лопасти через ролик возникает серьезный путь утечки, который имеет тяжелые последствия для эффективности данной конструкции. Ниже представлены оригинальные рисунки предположительно взятые из того же патента

1842

Этот двигатель был запатентован в 1842 году, он был предназначен для работы с воздухом или паром как в качестве пневмомотора ток и в качестве насоса. Был ли он когда-либо построен или нет в настоящее время неизвестно. Однако эта схема является сегодня одной из самых популярных у современных изготовителей расходомеров.

 Рабочая камера образована двумя неподвижными цилиндрами — внешним и внутренним, разделена на две части: неподвижной перегородкой с одной стороны и подвижным кольцевым ротором (поршнем) с прорезью ля перегородки — с другой. Ротор работает попеременно то внейней то внутренней поверхностью кольца.

К центру ротора прикреплен вал с кривошипом который совершает вращательные движения. 

Ниже приведена схема двухкамерной расширительной машины. Эта машина имеет две рабочие камеры и два кольцевых поршня, котрые связаны с общим валом. Вторая и последующие внешние камеры нужны для более эффективного использования пара.

1866

Эта паровая машина была запатентована в США в 1866 году.  Данная машина является обратимой.

1882

Источник: http://npopramen.ru/information/story

Как устроен паровой двигатель его преимущества и недостатки

Так сложилось, что даже люди с техническим образованием мало что знают об этом устройстве. Сегодня мы и восполним этот пробел, вспомним, как устроен паровой двигатель, его принцип действия. Его преимущества, недостатки и применении в современных условиях. И немного о истории изобретения.

Паровая машина кардинально изменила картину мира, произвела революцию в промышленности, на транспорте, дала импульс для новых открытий. Она служила универсальным двигателем на протяжении XIX века, и даже с появлением механизмов, требующих высоких скоростей, не канула в лету. Вместо тихоходной паровой машины ученые разработали быстроходную турбину с одним из самых высоких к.п.д.

История изобретения парового двигателя

Упоминание о первых паровых машинах датировано первым столетием нашей эры. Устройство, описано Героном Александрийским ‒ пар выходил из сопл, закреплённых на шаре, и приводил в движение двигатель.

Правда, настоящая паровая турбина появилась в Египте в 16 веке. Ее изобрел араб Таги-аль-Диноме.

Подобную машину построил 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка. То есть, как только в обществе наступило экономическое благополучие и возникла необходимость в данном механизме, его тот час же изобрели.

В конце 17 века были созданы ещё две модели: в Испании двигатель сконструировал Аянс де Бомонт, а в Англии Эдвард Сомерсет в 1663 году установил паровую установку для закачки воды в Большую башню замка Реглан. Но все проекты быстро сворачивались и забывались. Тогда, как впрочем, и сейчас все новое не воспринималось большинством, и деньги на разработку никто давать не решался.

Паровой котёл создал француз Дени Папен. Он же изобрёл и предохранительный клапан для стравливания избыточного давления. Дело в том, что высокое давление, создаваемое паром, приводило к частым взрывам.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как работает датчик распредвала

Кстати, в то же время появилось и расхожее выражение: «выпустить пар», которое означало ‒ успокоить нервы, пошумев на окружающих, без сноса собственного котелка и без жертв среди мирного населения.

Но на этом история паровых двигателей не прервалась. Англичанин Томас Ньюкомен в 1712 году сделал шахтный насос для подачи воды на верх. Двигатель Ньюкомена стал пользоваться спросом, с его массового выпуска началась английская промышленная революция.

В России первую паровую машину в 1763 году спроектировал И.И.Ползунов. С ее помощью приводились в действие воздуходувные меха на заводах.

А француз Николас-Йозеф Куньо шесть лет спустя сконструировал первую паровую телегу. Она приводила в движение сельскохозяйственные механизмы.

А в 1788 году Джон Фитч построил пароход, который вмещал 30 человек, и шел со скоростью до 12 километров в час.

В 1804 году на металлургическом заводе в Южном Уэльсе был испытан первый железнодорожный паровой поезд, его построил Ричард Тревитик.

Как устроен паровой двигатель. Принцип действия

Для работы паровой машины потребуется паровой котёл. Поступающий из него пар, расширяется и воздействует на поршень или же на лопатки паротурбины, затем их движение передаётся на другие механические части устройства.

Как устроен паровой двигатель показано на иллюстрации

Движение поршня через шток, ползун, шатун и кривошип передаётся на главный вал, который несет маховик, необходимый для снижения неравномерности вращения.

Эксцентрик, находящийся на главном валу, через эксцентриковую тягу воздействует на золотник, который управляет впуском пара в цилиндре. Пар из цилиндра выбрасывается в атмосферу или направляется в конденсатор.

Чтобы поддерживать постоянное число оборотов вала, при изменении нагрузки, на паровых машинах устанавливают центробежный регулятор, он автоматически изменяет сечение прохода пара, направляемого в паровую машину (при дроссельном регулировании) или момент отсечки наполнения (при количественном регулировании).

Поршень создает в цилиндре парового двигателя одну (две) полости переменного объёма, в них и происходят процессы сжатия и расширения.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество паровой машины, как двигателя внешнего сгорания, отделение котла от самой машины. Это дает возможность использовать что угодно в качестве топлива хоть хворост, хоть урановое топливо, что выгодно отличает ее от двигателя внутреннего сгорания ‒ там для каждого типа требуется определённый вид горючего.

Заметнее всего это преимущество в случае с ядерным реактором, который не может производить механическую энергию, а вырабатывает лишь тепло, которое используют для получения пара, вращающего паровые турбины.

В двигателях внешнего сгорания можно использовать и другие источники тепла, например, энергию солнца или энергию разности температур океана на разной глубине.

Интересный факт, паровой локомотив хорошо работает на больших высотах, при чем эффективность двигателя не падает, а, наоборот, растет благодаря низкому атмосферному давлению.

Паровозы и сегодня используют в горной местности Латинской Америки и Китая, при том, что в равнинных районах они давно заменены на более современные типы локомотивов.

Даже в Швейцарии и в Австрии в ходу усовершенствованные тепловозы, работающие на сухом паре. Их разработали на основе модели SLM производства 1930 года. В конструкцию внесли ряд изменений: использовали роликовые подшипники, современную теплоизоляцию, новые виды топлива, специальные паропроводы и ряд других новшеств.

Благодаря этому потребление топлива уменьшилось на 60 процентов, а вес стал ниже, чем у дизельных и электрических аналогов, что актуально для железных дорог, проходящих в горной местности.

Среди других положительных качеств парового двигателя:

  • высокая надёжность;
  • возможность эксплуатации при значительных колебаниях нагрузки;
  • допустимость продолжительных перегрузок;
  • долговечность;
  • низкие расходы на эксплуатацию;
  • простота в обслуживании.

К недостаткам можно отнести:

Применение в настоящее время

Сегодня паровые машины нашли широкое применение в виде паровых турбин, которые работают как приводы электрогенераторов.

Паровая турбина состоит из вращающихся дисков, которые закреплены на одной оси. Этот узел называется ротором. Также есть статор ‒ его неподвижные диски чередуются с дисками ротора. На дисках ротора размещены лопатки, при попадании на них пара, механизм приходит в движение.

Аналогичные лопатки, только расположенные под противоположным углом, есть и на дисках статора. Они служат для перенаправления струи пара на следующий диск ротора.

Турбина преобразует энергию пара во вращательное движение без каких-либо дополнительных механизмов. То есть преобразование возвратно-поступательного хода во вращательное движение делать не нужно.

Также у турбин меньшие размеры нежели у возвратно-поступательных машин, и они отличаются постоянным усилием на выходном валу. Ещё один плюс ‒ простая конструкция, а значит придётся меньше тратить средств на эксплуатацию.

Сфера использования паровых турбин ‒ производство электроэнергии. Более 85 процентов электрической энергии вырабатывают именно паровые турбины. Также их используют как судовые двигатели, в частности на подводных лодках и атомоходах.

Теперь вы знаете, как устроен паровой двигатель, что паровая машина, изобретённая ещё в первом столетии нашей эры, вовсе не анахронизм, а современное высокотехнологичное устройство, благодаря которому жизнь многих людей стала комфортнее.

Перспективы применения паровых машин на автомобилях имеют пока туманные очертания, но творческая мысль изобретателя не имеет границ и я с полной уверенностью могу предположить, что скоро появятся двигатели с элементами парового носителя

Подписывайтесь на наш блог, чтобы узнать много нового и интересного. Поделитесь этой информацией с друзьями в социальных сетях ‒ пусть они повысят свой технический уровень, ну и вам будет приятно иметь умных друзей.

Источник: https://auto-ru.ru/parovoi-dvigatel.html

Современные паровые двигатели

Современный мир заставляет многих изобретателей снова возвращаться к идее применения паровой установки в средствах, предназначенных для перемещения. В машинах есть возможность использовать несколько вариантов силовых агрегатов, работающих на пару.

:

Поршневой мотор

Современные паровые двигатели можно распределить на несколько групп:

  • с парогенераторным устройством прямоточного типа и обогревом факелом;
  • с образованием пара внутри цилиндров при факельном подогреве;
  • с аккумуляторными батареями теплового типа;
  • комбинированного вида.

Конструктивно установка включает в себя:

  • пусковое устройство;
  • силовой блок двухцилиндровый;
  • парогенератор в специальном контейнере, снабженный змеевиком.

Принцип работы

Процесс происходит следующим образом. После включения зажигания начинает поступать питание от аккумуляторной электробатареи трех двигателей. От первого в работу приводится воздуходувка, прокачивающая воздушные массы по радиатору и передающая их по воздушным каналам в смесительное устройство с горелкой.

Одновременно с этим очередной электромотор активирует насос перекачки топлива, подающий конденсатные массы из бачка по змеевидному устройству подогревательного элемента в корпусную часть отделителя воды и подогреватель, находящийся в экономайзере, в паровой генератор.

До начала запуска пару нет возможности пройти к цилиндрам, так как путь ему перекрывают клапан дросселя или золотник, которые приводятся в управление кулисной механикой.

Поворачивая ручки в сторону, необходимую для передвижения, и приоткрывая клапан, механик приводит в работу паровой механизм.

Отработанные пары по единому коллектору поступают на распределительный кран, в котором разделяются на пару неодинаковых долей. Меньшая по объему часть попадает в сопло смесительной горелки, перемешивается с воздушной массой, воспламеняется от свечи. Появившееся пламя начинает подогревать контейнер. После этого продукт сгорания переходит в водоотделитель, происходит конденсирование влаги, стекающей в специальный бак для воды. Оставшийся газ уходит наружу.

Вторая часть пара, большая по объему, по крану-распределителю переходит в турбину, приводящую во вращение роторное устройство электрического генератора. Далее пары проходят в сопловую часть конденсатора, потом – в радиатор, в котором охлаждаются, передавая тепловую энергию воздуху, и попадают в водяную емкость.

Правила эксплуатации автомобилей с паровым двигателем

Паровая установка может напрямую соединяться с приводным устройством трансмиссии машины, и с началом ее работы машина приходит в движение. Но с целью повышения кпд специалисты рекомендуют использовать механику сцепления. Это удобно при буксировочных работах и разных проверочных действиях.

В процессе движения механик, учитывая обстановку, может изменить скорость, манипулируя мощностью парового поршня. Это можно выполнить, дросселируя пар клапаном, или изменять подачу пара кулисным устройством. На практике лучше использовать первый вариант, так как действия напоминают работу педалью газа, но более экономичный способ – задействование кулисного механизма.

Для непродолжительных остановок водитель притормаживает и кулисой останавливает работу агрегата. Для длительной стоянки отключается электрическая схема, обесточивающая воздуходувку и топливный насос.

Преимущества машины

Аппарат отличается способностью работать практически без ограничений, возможны перегрузки, имеется большой диапазон регулировки мощностных показателей. Следует добавить, что во время любой остановки паровой двигатель перестает работать, чего нельзя сказать про мотор.

В конструкции нет необходимости устанавливать коробку переключения скоростей, страртерное устройство, фильтр для очистки воздуха, карбюратор, турбонаддув. Кроме этого, система зажигания в упрощенном варианте, свеча только одна.

В завершении можно добавить, что производство таких машин и их эксплуатация будут обходиться дешевле, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, так как топливо будет недорогим, материалы, применяемые в производстве – самыми дешевыми.

  • Симптомы забитого катализатора
  • Восстановление ПТС при утере

Источник: https://ladamaster.com/sovremennye-parovye-dvigateli

Паровой автомобильный транспорт сегодня

Ренессанс парового грузовика

Иван Трохин, инженер
Фото НАМИ, cyclonepower.com, busmanjohn.files.wordpress.com, steamautomobile.com, stanleysteamcarparts.co.uk, beamishtransportonline.co.uk

Паровой транспорт, как сегодня считается, давно остался в прошлом. Однако возрождение, в частности, паровых грузовиков и автобусов (паробусов) представляется реальностью на современном уровне развития техники и технологии машиностроения. Это подтверждают зарубежные специалисты.

Идея создания современного, неприхотливого в эксплуатации, надёжного и работающего на дешёвом топливе парового грузовика занимала умы изобретателей и конструкторов после Великой Отечественной войны, когда эпоха пара в технике всё более уверенно вытеснялась дизельной.

Историкам автомобильной техники хорошо известен отечественный паровой грузовик НАМИ-012, разработанный в начале 1950-х гг. специалистами столичного Научного автомоторного института «НАМИ» и работавший на дровах. (см.

«Затея с паромобилями» и «Паровой автомобиль НАМИ-012»)

Паросиловая установка грузовика НАМИ-012 оказалась сложнее автомобильных силовых установок с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Правда, справедливости ради, необходимо отметить малоизвестный факт. На паровой машине НАМИ-012 были проведены экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения частоты вращения выходного вала.

Удалось установить, что для паровых моторов (высокооборотных паровых машин) с ростом частоты вращения механический КПД монотонно снижается из-за роста механических потерь, но относительный индикаторный КПД увеличивается в большей степени, что объясняется значительным снижением потерь от утечек пара и теплообмена между паром и стенками цилиндров.

А вот гидравлические потери при впуске пара в цилиндр увеличиваются незначительно. После достижения некоторой критической частоты вращения вала наблюдается обратный эффект, когда с ростом частоты вращения гидравлические потери увеличиваются значительнее, чем снижаются потери от утечек пара и теплообмена, что приводит к снижению относительного индикаторного КПД.

Таким образом, при изменении частоты вращения вала у парового мотора его эффективный, относительные индикаторный и эффективный КПД увеличиваются только при условии, что частота вращения не превышает критического значения. Максимальные значения этих КПД достигаются при критической частоте вращения.

Выгодный пар

Паровой автомобильный транспорт, в том числе грузовики и автобусы, сегодня вполне реально рассматривать как один из возможных путей решения проблемы очищения воздуха в городах. Загрязнение атмосферы городов выхлопными газами уже достигло пределов, угрожающих здоровью людей. А что может предложить паровая техника?

Во-первых, выхлоп самой паровой машины экологически чистый – это водяной пар. Под паровым котлом можно сжигать фактически любое углеводородное топливо. А выхлоп от котла будет гораздо чище, чем от ДВС, поскольку топливо сгорает в топке или горелке при значительно более низких давлениях, чем в цилиндрах ДВС. Ещё возможно добавить к горелке некий аналог каталитического нейтрализатора выхлопных газов, как у ДВС.

Во-вторых, котлостроение за 60 с лишним лет, после создания паросиловой установки грузовика НАМИ-012, ушло далеко вперёд.

Создание в XXI столетии малогабаритного транспортного парового котла прямоточной конструкции, экономичного и с высокой степенью автоматизации работы – это объективная реальность. Кстати, такая задача была под силу ещё в докомпьютерную эпоху 1930-х гг. известным братьям Добл.

Особенно, если разработку сегодня вести с использованием компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР) для трёхмерного моделирования, расчётов и оптимизации.

В-третьих, ДВС нашего времени более компактны, чем ряд автомобильных паровых моторов прошлого, и вполне возможна конверсия их в современные паровые моторы. У них будут все достоинства паровых поршневых машин: плавность хода, практическая бесшумность при работе, большой крутящий момент на валу, отсутствие коробки передач, сложной трансмиссии, стартера, глушителя. Отпадает потребность и в смазочном масле: вполне сгодится вода!

В-четвёртых, опасность размораживания паросиловой установки в зимний период возможно свести на нет за счёт герметичной системы парообразования и применения незамерзающих жидкостей, способных эксплуатироваться длительное время без утечек.

В-пятых, многим специалистам может показаться, что запуск парового грузовика или автобуса будет более продолжительным, чем у обычного транспорта с ДВС. Однако уже к началу 1970-х были отработаны конструкции паровых моторов, способных переходить от холодного состояния до момента трогания с места транспортного средства всего за 30–35 с.

Паровой «Циклон»

Знания из истории паротехники (о неэффективной прямоточной машине Штумпфа), теории термодинамики и теплотехники (к примеру, как снизить потери в паровой машине), проектирование с использованием САПР, современные конструкционные материалы и отмеченные достоинства парового мотора – всё это воплощают в железе зарубежные изобретатели высокотехнологичного паросилового агрегата «Циклон». Мощностной ряд этих силовых агрегатов, в частности, для грузового автомобильного транспорта и автобусов успешно разрабатывается командой специалистов из США.

Автором изобретения «Двигатель с регенерацией тепла» (патент США US 7,080,512) является Гарри Шоэлл (Harry Schoell – англ.). Характерные особенности такого парового мотора из состава силового агрегата «Циклон» состоят в звездообразном расположении цилиндров и работе со смазкой деионизированной водой без смазочного масла.

Тепловой регенеративный поршневой двигатель внешнего сгорания «Циклон» может потреблять фактически любое жидкое или газообразное топливо.

Испытывали даже на апельсиновой кожуре! Имея уже необходимую патентную защиту (патент РФ RU 2357091) своего двигателя, как отмечают разработчики, они могут продавать лицензии на «Циклон» и инвестировать партнёров в России.

К слову, получено несколько десятков патентов по всему миру, как на агрегат в целом, так и на составляющие его элементы (например, на камеру сгорания парогенератора, компактный конденсатор отработавшего пара).

Силовой агрегат «Циклон» работает при давлении водяного пара на уровне 20 МПа и его температуре порядка 650 ºС. Он устроен и функционирует следующим образом. Вода из бака (условно не показан) подаётся в парогенератор 1, который вырабатывает свежий пар 2А, 2В. В камеру сгорания парогенератора 1 подаётся топливо и воздух 7В.

Свежий пар 2А, 2В поступает в клапанный паровой мотор 3 и срабатывает в нём. Отработавший пар 5А, 5В направляется в конденсатор 4. Для лучшей конденсации пара в конструкции конденсатора 4 предусмотрен охлаждающий вентилятор 6, создающий воздушный поток 7А. Конденсат 8А, 8В водяного пара подается обратно в парогенератор 1.

Несколько примеров по части материалов, из которых изготовлен силовой агрегат «Циклон». Так, корпус и основные детали парового мотора сделаны из лёгких сплавов и композиционных материалов: поршни – из алюминия, а недающие им соприкасаться со стенками цилиндров головки и уплотнения – из жаростойкого углеродного волокна.

Подведём итоги

Интерес к паровым грузовикам и автобусам, как и к другому паровому наземному транспорту, сегодня вновь возрождается. Причём если обратиться к истории, то такое происходит уже не в первый раз. Насколько окажется результативным очередной паровой ренессанс на транспорте? Это покажет время.

Источник: http://www.gruzovikpress.ru/article/18205-parovoy-avtomobilniy-transport-segodnya-renessans-parovogo-gruzovika/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Авто-мастер
Auto hold что это

Закрыть