Паровой двигатель первый


Кто изобрел первую паровую машину

Ровно 322 года назад, 2 июля 1698 года, англичанин Томас Севери получил патент на первую в мире паровую машину. А впервые применили её в пожарной установке.

Впервые паровой двигатель был применён в производстве «пожарной установки», сконструированной в 1698 году английским военным инженером и изобретателем Томасом Севери (англ. Thomas Savery; 1650-1715). С дозволения короля Вильгельма III 2 июля того же года учёный получил патент на своё устройство.

Патентная заявка гласила: «Это новое изобретение для подъёма воды и получения движения для всех видов производства при помощи движущей силы огня имеет большое значение для осушки рудников, для водоснабжения городов и как источник движущей силы для фабрик — тех, что не могут использовать силу воды или работу ветра».

Однако изобретение оказалось не слишком эффективным — поскольку тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера. К тому же насос был довольно опасным в эксплуатации, ведь из-за высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались.

Тем не менее, вскоре паровая машина Севери нашла довольно широкое применение в промышленности: с ее помощью стали откачивать воду из угольных шахт. Изобретатель в шутку называл свое детище «другом рудокопа».

Читайте также:

• Кто изобрел первый мотоцикл • Как изобрели автомобильные шины • Кто изобрел штрих-код

В 1707 году паровая машина Севери появилась в России. Царь Петр Первый приказал установить ее в Летнем саду, для того, чтобы качать воду из Фонтанки для парковых фонтанов. Машина поднимала воду на высоту 3 метров от поверхности земли. Её производительность была 3 бочки в минуту.

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ - это... Что такое ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ?

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

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.



Паровые двигатели, такие как раньше использовались в локомотивах, работают на производимом при нагревании воды паре. Угольная или дровяная топка (1) нагревает котел, напол-ненный водой (2), который производит пар. Пар поднимается и через сухопарник(3) выталкивается через трубы в цилиндр (4), где он вызывает обратное движение поршня (5). Связанный с поршнем рычаг (6) это золотниковый клапан (7), который сначала позволяет пару попасть в цилиндр (как показано), закрывая выпускное окно (8). Это создает давление, которое двигает поршень вперед и приводит к тому, что золотниковый клапан становится в такое положение, когда выпускное окно открывается и пар выходит наружу. Движение колес заставляет поршень двигаться назад, и все начинается снова.

Научно-технический энциклопедический словарь.

  • ПАРОВАЯ ТУРБИНА
  • ПАРОВОЙ ТРАКТОР

Полезное


Смотреть что такое "ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ" в других словарях:

  • ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (Steam motor) машина, преобразующая энергию пара в механическую работу. К паровым двигателям относятся паровые машины и паровые турбины, Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • Паровой двигатель — Паровая машина  тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой… …   Википедия

  • паровой двигатель — garo variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. steam engine; steam power engine vok. Dampfkraftmaschine, f; Dampfmaschine, f rus. паровой двигатель, m pranc. moteur à vapeur, m …   Fizikos terminų žodynas

  • Паровой автомобиль — …   Википедия

  • ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

  • ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

  • ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

  • ДВИГАТЕЛЬ — • ДВИГАТЕЛЬ (мотор), механизм, преобразующий энергию (такую как тепло или электричество) в полезную работу. Термин «мотор» иногда применяется к ДВИГАТЕЛЮ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (который преобразует тепло, вырабатываемое горящими газами, в возвратно …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ПАРОВОЙ ТРАКТОР — ПАРОВОЙ ТРАКТОР, большая, тяжелая самоходная машина, приводимая в действие паром. Когда то применялся для передвижения фермерских повозок и других тяжелых грузов; теперь устарел. Подобные машины применялись также на ярмарках и в цирках для… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Двигатель — У этого термина существуют и другие значения, см. Двигатель (значения). Двигатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение)  устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX века… …   Википедия

Автомобили с паровым двигателем

Автомобили с паровым двигателем

Паровой двигатель был первым типом двигателя, который нашёл своё применение в технике. Не удивительно, что и среди автомобилей первыми были именно автомобили с паровым двигателем. И появились они очень давно, более, чем за 100 лет до привычных нам автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Итак, какова же история паровых автомобилей?

Первый паровой автомобиль

Самый первый паровой автомобиль появился ещё в 1769 г. во Франции, и построил его француз Никола Жозеф Кюньо. Кюньо был военным инженером, служил в австрийской и французской армиях, и уже был известен как автор нескольких военных изобретений и книг по военно-инженерному делу. В какой-то момент ему пришла в голову мысль построить повозку, движимую силой пара, которая могла бы перевозить тяжёлые грузы и транспортировать артиллерийские орудия. Свой проект он представил французскому генералу Грибовалю и военному министру Шуазелю, с которыми уже был знаком ранее. На постройку машины были выделены деньги, и в конце 1769 г. прототип (т. н. малая телега Кюньо) прошёл первые испытания.

Телега Кюньо

Телега была трёхколёсной - два колеса сзади и одно спереди. Причём весь двигательный механизм, включая 2 цилиндра и котёл Кюньо приделал прямо к переднему колесу. Первая модель не имела топки, костёр разводили прямо под котлом, а запаса пара хватало примерно на 12 минут движения. Скорость же телеги составила примерно 4 км/ч. Но даже такой результат впечатлил военных, и Кюньо начал строить усовершенствованную телегу. В ней котёл уже имел собственную топку.

В 1770 г. прошли испытания усовершенствованной модели. Она смогла развить скорость около 6 км/ч, перевозя при этом груз в 2,5 тонны. Но, к сожалению, испытания закончились аварией. Из-за огромного веса конструкции, прикреплённой к переднему колесу, управлять машиной было очень тяжело, и она врезалась в кирпичную стену Арсенала, разрушив её.

Кюньо планировал восстановить и усовершенствовать машину, но его покровители Грибоваль и Шуазель потеряли посты, и финансирование прекратилось. Телега осталась в мастерских Арсенала, откуда после французской революции перекочевала в музей искусств и ремёсел, где и хранится по сей день. Сам же изобретатель в 1789 г. покинул Францию и доживал свои дни в нищете в Брюселле.

Видео - первый в мире паровой автомобиль Кюньо (реконструкция):

Видео - первая в мире автомобильная авария, в которой телега Кюньо врезается в стену (реконструкция):

Дальнейшая история паровых автомобилей

Первые паровые двигатели появились ещё в 17 веке, но они были весьма несовершенны. В 1782 г. английский изобретатель Джеймс Уатт разработал конструкцию паровой машины двойного действия, в которой энергия пара эффективно преобразовывалась во вращательное движение. Изобретение Уатта открыло путь для широкого внедрения паровых машин. Правда, сам Уатт не видел перспективы в том, чтобы использовать свой двигатель для постройки автомобилей. И когда его помощник Уильям Мёрдок в 1784 г. предложил проект парового автомобиля, Уатт отговаривал того от попыток реализации. Мёрдок всё же построил небольшую модель своей повозки, но до полноценного парового автомобиля так и не дошёл.

Паровая повозка Мёрдока

Но идеи Мёрдока вдохновили другого англичанина, Ричарда Тревитика. Этот изобретатель немало сделал для развития паровых машин. В частности, он усовершенствовал паровой двигатель так, чтобы тот работал при высоком давлении пара, развивая большую мощность. А ещё Тревитик построил первый паровоз, а также несколько паровых автомобилей.

В 1801 г. Тревитик построил свой первый паровой автомобиль, который стал известен под названием «Puffing Devil» (т. е. Пыхтящий дьявол). "Пыхтящий дьявол" успешно прошёл испытания, сумев перевезти 6 пассажиров по улицам города Кэмборн. Правда, долго ездить ему не пришлось - вскоре испытатели пошли пообедать в трактир, бросив машину с непогашенной топкой. Вода выкипела, и "пыхтящий дьявол" сгорел.

«Puffing Devil» (реконструкция)

Видео - паровой автомобиль "Пыхтящий дьявол" Тревитика (реконструкция):

В 1803 г. Тревитик построил ещё один паровой автомобиль - паровую карету, которая имела огромные колёса (более 2 м. в диаметре), могла перевозить до 8 пассажиров и развивала скорость до 14 км/ч.

Паровая карета Тревитика (реконструкция)

Видео - паровая карета Тревитика (реконструкция):

Паровая карета успешно прошла первые испытания, но, к сожалению, вскоре и её постигла неудача. Тревитик не справился с управлением и врезался в дом, после чего карета была разобрана.

Впоследствии Тревитик построил немало паровых двигателей и паровозов, но современники не оценили талантливого изобретателя, и он, как и Кюньо, умер в нищете.

В 1825 г. в Англии была открыта первая железная дорога, перевозившая пассажиров. А в конце 20-х -начале 30-х годов 19 в. в Англии появились паровые дилижансы, перевозившие пассажиров по обычным дорогам. Одним из энтузиастов развития парового транспорта в Англии был Голдсуорси Гёрни (англ. Goldsworthy Gurney). Его фирма построила несколько паровых дилижансов, которые с 1829 по 1831 г. возили пассажиров по регулярным маршрутам. Эти дилижансы развивали скорость до 32 км/ч, двигаясь даже с учётом всех остановок для заправки водой и углём заметно быстрее, чем конные экипажи.

Паровой дилижанс Гёрни (модель)

Ещё одним известным предприятием, возившим пассажиров на паровых омнибусах, была фирма Уолтера Хэнкока. Он разработал машины собственной конструкции, которые были больше похожи уже не на кареты, а на более поздние автобусы. Омнибусы Хэнкока возили пассажиров с 1831 по 1840 г., перевезя, по подсчётам самого Хэнкока, более 12 тыс. пассажиров.

Паровой омнибус "Энтерпрайз" конструкции Хэнкока (реконструкция)

Казалось бы, сограждане должны были поддержать начинания, но не тут-то было! Многие просто боялись паровых дилижансов, опасаясь взрыва парового котла, однажды на дилижанс Гёрни напали луддиты, а владельцы конных дилижансов, а также железных дорог сделали всё, чтобы уничтожить конкурентов. Под их давлением начиная 1831 г. парламент принял целый ряд законов против паровых автомобилей. Сначала были введены драконовские пошлины на их эксплуатацию, затем принудительно ограничили скорость, а апофеозом мракобесия стал закон, по которому в городской черте перед каждым паровым автомобилем должен был идти человек с красным флажком, предупреждая всех об опасности. Из-за этих законов паровые автомобили надолго исчезли с британских дорог.

В других странах прогресс также с трудом пробивал себе дорогу. Например, в России первый паровой автомобиль - "паровой дилижанец" был построен Черепановыми ещё в 1834 г., а в 1835 г. инженер Гурьев предложил проект развития транспорта в России, который предусматривал постройку между городами дорог с твёрдым покрытием и использование на них для перевозки людей и грузов паровых автомобилей. Его рассмотрели на заседании комитета министров, проект получил положительную оценку, но денег Гурьеву дали только на выпуск книги с описанием проекта. В результате регулярное производство паровых автомобилей в России началось лишь в 1870-е.

Тем не менее развитие паровых автомобилей продолжалось. В 1850-х паровая техника стала использоваться для сельскохозяйственных работ. В 1854 г. английский изобретатель Джон Фаулер продемонстрировал паровой плуг для вспашки полей. Также в середине 19 в. получили развитие паровые тягачи, использовавшиеся, в основном, для перевозки тяжёлых грузов. Паровые тягачи применяли англичане во время Крымской войны, после чего подобные тягачи были закуплены и для российской армии.

паровой тягач фирмы "Фаулер" (1873 г.)

Впрочем, иногда такие тягачи использовались и для перевозки пассажиров.

Паровой тягач везёт пассажиров в Шотландии (1871 г.)

Паровой трактор английской фирмы Aveling & Porter 1871 г.

Видео - небольшой паровой тягач 1879 г., дошедший до наших дней:

Впрочем, во второй половине19 в. появился и паровой транспорт для личного пользования.

Например, в 1865 г. американский изобретатель Сильвестр Роулер построил небольшой паровой автомобиль.

Роупер на своём автомобиле

А в 1867 г. он построил первый паровой мотоцикл.

Паровой мотоцикл Роупера

Видео - паровой мотоцикл Роупера (реконструкция):

Впоследствии Роупер сконструировал более совершенную версию парового мотоцикла, которая могла разгоняться до 60 км/ч.

В 1870-е во Франции появляются уже достаточно совершенные паровые автомобили. В 1878 г. французский изобретатель Амадей Болле представляет «La Mancelle» - небольшой автомобиль с местами для водителя и двух пасажиров, который, по задумке, можно было использовать как такси. Машина разгонялась до 42 км/ч, имела задний привод и независимую подвеску. «La Mancelle» стал первым в мире серийным легковым автомобилем - его выпустили в количестве около 50 штук.

«La Mancelle»

Паровые автомобили против автомобилей с ДВС

В 1885 г. появляются автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Но лидерство они захватили далеко не сразу. Более 30 лет шла борьба между автомобилями с ДВС и автомобилями с паровым двигателем. И те, и другие имели свои плюсы и минусы. Причём поначалу минусов у автомобилей с ДВС было даже больше. Ещё не было развитой сети заправочных и ремонтных станций, ранние ДВС имели довольно низкий КПД и малую мощность, заводить их надо было вручную, крутя ручку и т. д. Вообще, если сравнить паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания, то получатся такие преимущества и недостатки.

Плюсы парового двигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания:

  • Давление на поршень можно регулировать подачей пара, поэтому паровой двигатель развивает высокий крутящий момент при малых и даже нулевых оборотах.
  • Поэтому ему не нужна коробка передач.
  • А также не нужно сцепление.
  • На большой высоте (например, в горах) мощность не уменьшается.
  • Паровой двигатель производит меньше вредных выбросов, т. к. нет проблемы с неполным сгоранием топлива.
  • Также он производит мало шума.
  • И более надёжен и долговечен.
  • Может использовать разные виды топлива, в т. ч. уголь, дрова, мазут и т. п., которые куда дешевле бензина.

Минусы парового двигателя по сравнению с ДВС:

  • Более низкий КПД (максимум 25-30%), КПД двигателей внутреннего сгорания всё же больше (30-40%).
  • Помимо запаса топлива нужен запас воды, причём в периоды простоя зимой воду нужно сливать, чтобы она не замёрзла.
  • Паровой двигатель из-за необходимости внешней топки, бака с водой и других дополнительных элементов больше по размерам и тяжелее, чем ДВС.
  • Т. к. воду нужно превратить в пар, требуется некоторое время на запуск двигателя, в отличие от ДВС.

Как можно видеть, у парового двигателя немало преимуществ, но всё же такие плюсы ДВС, как дешевизна, малые размеры и быстрый запуск оказались решающими, и, начиная с 20-х годов 20 в. паровых автомобилей стали выпускать всё меньше. Последние серийные экземпляры паровых автомобилей были выпущены в 50-е.

Тем не менее, с конца 19 в. по середину 20 в. было выпущено огромное количество паровых автомобилей. Среди них была и тяжёлая техника (трактора, тягачи, экскаваторы и т. п.), и грузовики с автобусами, и легковые автомобили.

Широко известны были, например, машины биртанской фирмы Sentinel, выпускавшей, наряду с паровозами, паровые автобусы и грузовики. С 1905 по 1950 г. она произвела тысячи паровых автомобилей. Эти машины могли работать на разных видах твёрдого топлива, имели неплохую мощность и скорость, но также и существенные недостатки, типичные для паровых автомобилей. Например, для запуска двигателя из холодного состояния требовалось около 30 минут, а запасов воды и угля хватало всего на несколько десятков километров.

Паровой автобус Sentinel (1924 г.)

Видео - паровые грузовики фирмы Sentinel:

Выпускалось немало и легковых автомобилей с паровым двигателем. В начале 20 в. были известны легковые паровые автомобили фирмы "Stanley". В 1906 г. одна из их разработок - "Ракета" установила рекорд скорости в 203 км/ч.

"Ракета"

паровой автомобиль Стэнли (1908 г.)

паровые автомобили выпускались и в России, на фото один из первых образцов (1902 г.)

Вершиной эволюции паровых автомобилей стали, пожалуй, машины Абнера Добля, конструктора из США. Первую модель вместе с братьями он построил в 1914, а в 1924 была представлена модель Doble E. Добль практически устранил в ней основные недостатки, присущие машинам с паровым двигателем. Вместо котла вода нагревалась, проходя через множество длинных трубок, а в качестве топлива использовался керосин. Это позволяло запустить двигатель спустя 23 секунды, даже зимой. Уникальными были и другие характеристики - максимальная скорость 160 км/ч, разгон до 120 км/ч за 10 секунд, запас хода на одной заправке 2400 км!

Проблема у машины была только одна - её огромная цена, т. к. Добль, страдающий перфекционизмом, использовал в машине не только высококачественные детали, но и самые дорогие материалы для отделки. Стоила модель E 12 тысяч долларов - в 40 раз дороже, чем самая популярная в то время модель автомобля Форд! В результате Доблю удалось продать лишь несколько десятков машин, а с началом Великой депрессии компания Добля обанкротилась.

Машина Добля (модель E)

Видео - рекламный ролик Добля:

Видео - машина Добля (современные тесты):

Завершилась эра паровых автомобилей в начале 50-х. Кстати, одними из последних выпущенных паровых машин стали паровые грузовики НАМИ-12 и НАМИ-18, разработанные в СССР в 1949 г. Машины предназначались для работы на лесозаготовках на крайнем севере, где существовали сложности с регулярным подвозом топлива. Так что паровые грузовики работали на дровах, которые, кстати, подавались в топку автоматически. НАМИ-12 вмещал 6 тонн груза, развивал скорость до 45 км/ч и имел запас хода до 100 км.

Советский паровой грузовик НАМИ-12

См. также интересную статью об истории паровых автомобилей (фото, видео)

Паровая машина — HiSoUR История культуры

Паровой автомобиль — автомобиль (автомобиль), работающий от парового двигателя. Паровой двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания (ЕЭК), где топливо сгорает от двигателя, в отличие от двигателя внутреннего сгорания (ICE), где топливо сгорает внутри двигателя. ЕЭК имеют более низкий тепловой КПД, но легче регулировать производство угарного газа.

Первый автомобиль с паровым двигателем предположительно был построен в 1672 году Фердинандом Вербисти, фламандским иезуитом в Китае. Автомобиль был игрушкой для китайского императора. Хотя устройство не предназначено для перевозки пассажиров и, следовательно, не совсем «автомобиль», устройство Verbiest, вероятно, станет первым в мире двигателем с двигателем. Первые настоящие экспериментальные паровые машины были построены в конце 18-го и 19-го веков, но только после того, как Ричард Тревитик разработал использование пара высокого давления, около 1800, мобильные двигатели стали практичным предложением. К 1850-м годам было бы целесообразно производить их коммерчески: паровые дорожные транспортные средства использовались для многих применений.

Развитию мешало неблагоприятное законодательство с 1830-х годов, а затем быстрое развитие технологии двигателей внутреннего сгорания в 1900-х годах, что привело к их коммерческой гибели. Относительно несколько автомобилей с паровым двигателем оставались в эксплуатации после Второй мировой войны. Многие из этих автомобилей были приобретены энтузиастами для сохранения.

Поиск возобновляемых источников энергии привел к случайному возрождению интереса к использованию паровой энергии для дорожных транспортных средств.

Технология
Паровой двигатель — двигатель внутреннего сгорания (ECE: топливо сжигается от двигателя), в отличие от двигателя внутреннего сгорания (ICE: топливо сжигается внутри двигателя). В то время как бензиновые двигатели ICE имеют эксплуатационный термический КПД от 15% до 30%, первые паровые паровые агрегаты способны обеспечить примерно половину этой эффективности. Значительным преимуществом ЕЭК является то, что топливная горелка может быть сконфигурирована для очень низких выбросов окиси углерода, оксидов азота и несгоревшего углерода в выхлопных газах, что позволяет избежать загрязнения.

Наибольшие технические проблемы для парового автомобиля были сосредоточены на его котле. Это значительная часть общей массы транспортного средства, что делает автомобиль тяжелым (двигатель с внутренним сгоранием не требует котла) и требует пристального внимания со стороны водителя, хотя даже автомобили 1900 года имели значительную автоматизацию для управления этим. Единственное ограничение — необходимость подачи питательной воды в котел. Это должно либо переноситься, либо часто пополняться, либо автомобиль должен быть оснащен конденсатором, дополнительным весом и неудобством.

Паровые и электромобили перегоняли бензиновые двигатели во многих штатах США до изобретения электрического стартера, поскольку автомобили внутреннего сгорания полагались на рукоятку для запуска двигателя, что было трудно и иногда опасно для использования, поскольку неправильный проворачивание может привести к обратному огню, способному разбить руку оператора. Электрические автомобили были в какой-то степени популярны, но имели небольшой диапазон и не могли быть заряжены на дороге, если батареи разрядились.

Ранние паровые машины, после достижения рабочего давления, можно было мгновенно отключить с большим ускорением; но они обычно занимают несколько минут, чтобы начать с холода, плюс время, чтобы заставить рабочую температуру работать. Чтобы преодолеть это, разработка была направлена ​​на флеш-котлы, которые нагревают намного меньшее количество воды, чтобы запустить транспортное средство, а в случае автомобилей Doble — дизельные горелки с искровым зажиганием.

Паровой автомобиль имеет преимущества перед автомобилями с внутренним сгоранием, хотя большинство из них сейчас менее важны, чем в начале 20-го века. Двигатель (исключая котел) меньше и легче двигателя внутреннего сгорания. Он также лучше подходит для характеристик скорости и крутящего момента оси, что позволяет избежать необходимости тяжелой и сложной передачи, необходимой для двигателя внутреннего сгорания. Автомобиль также тише, даже без глушителя.

Паровой двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Поэтому он отличается от внутреннего сгорания одним из-за того, что топливо сгорает из реального двигателя. На автомобилях с этим типом тяги сердце тяговой системы — парогенератор (или бойлер), задачей которого является создание пара, необходимого для перемещения двигателя. Пар генерируется теплом, образующимся при сжигании топлива, которое происходит в горелке. Для того чтобы двигатель мог производить движение, пар должен генерироваться при определенных рабочих условиях (то есть при определенном давлении) и в достаточных количествах. После производства пар под давлением отправляется на фактический двигатель, где он генерирует механическую энергию благодаря перемещению поршней. В качестве термодинамического цикла паровой двигатель описывает цикл Ренкина.

На паровых машинах начала 20-го века котел был самым важным компонентом автомобиля. Этот вес был выше, чем у коробки передач и группы сцепления двигателей внутреннего сгорания. Фактически, благодаря большому крутящему моменту, который был предусмотрен во всех режимах, паровой двигатель был подключен непосредственно к ведущим колесам без использования двух упомянутых механических компонентов. Автомобили с таким типом тяги, как только рабочее давление было достигнуто, могли фактически начаться со значительным ускорением, поскольку энергия была сохранена в котле благодаря пару, и поэтому мощность была полностью готова в любое время и в любом режиме , Кроме того, большие охлаждающие вентиляторы, связанные с паровым двигателем, также весили больше, чем коробка передач и трение автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Таким образом, в целом этот больший вес отменил преимущество, заключающееся в том, что паровой двигатель должен работать без коробки передач (когда двигатель был неподвижен, двигатель был неподвижным, и поэтому он не терял энергию с вращением в нейтральном положении). Из верхней массы он также обеспечивал, чтобы паровые машины, как правило, были тяжелее, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания, и поэтому их проводимость требовала большего внимания со стороны водителя.

Другим важным ограничением парового двигателя моделей начала 20-го века было подача воды в котел. В то время, по сути, упомянутую жидкость пришлось транспортировать и добавлять часто, потому что автомобили, выпущенные до начала двадцатого века, сбросили пар в атмосферу. Чтобы избежать этих частых пополнений, на следующих моделях был установлен конденсатор, т. Е. Дополнительный довольно громоздкий тяжелый аппарат, который также вызвал множество недостатков, целью которых было конденсацию и рециркуляцию выработанного пара. Конденсатор выглядел как радиатор для автомобилей внутреннего сгорания, но, по сравнению с ним, имел большие размеры, связанные с содержанием теплоносителя; последнее, по сути, должно было быть — как и больше — еще быстрее. В дополнение к очень большому объему конденсатор должен был подвергаться воздействию воздуха из-за значительного вычитания тепла, которое должно было быть реализовано. То же самое не требовалось для реального двигателя, который также из-за его ограниченного размера и того факта, что он был соединен с простыми трубами с котлом и конденсатором, вместо этого был помещен в наиболее удобное положение для управления ведущими колесами. например, под полом.

Однако, помимо упомянутых, для паровых машин начала ХХ века возникла еще одна серьезная проблема: время, необходимое для достижения условий эксплуатации. Фактически, потребовалось больше минуты, чтобы получить их и запустить двигатель. Чтобы решить это ограничение, на моделях, выпущенных позднее, был разработан тип котла, где время достижения рабочей температуры было намного короче, чем у традиционного, поскольку в нем было нагрето небольшое количество воды. Последний обеспечил двигателю достаточную энергию для запуска транспортного средства до того, как все количество жидкости было нагрето. В последнее время на паровых автомобилях Doble была также система зажигания горелки, работающая на дизельном топливе и которая еще больше ускорила эту фазу.

Однако паровой двигатель имел много преимуществ. Двигатель (исключая котел) был фактически намного меньше и легче двигателя внутреннего сгорания. Он также лучше подходит для работы на более высокой скорости и требует более простой передачи, чем требуется автомобилю с двигателем внутреннего сгорания, поскольку, как уже упоминалось, коробка передач и муфта отсутствуют. Автомобиль был намного тише даже без глушителя (на самом деле в двигателе не было «взрывов»). Другим несомненным преимуществом парового двигателя, помимо его бесшумности, было то, что в этом двигателе сгорание было непрерывным. Поэтому горелка может быть сконфигурирована таким образом, чтобы обеспечить оптимальное сгорание, минимизирующее загрязнение атмосферы, благодаря низким выбросам окиси углерода, оксидов азота и углеводородов в выхлопных газах.

история

Ранняя история
Французский изобретатель Николас-Джозеф Кугнот построил первый рабочий самоходный наземный механический корабль. Существует необоснованная история о том, что у пары йоркширменов, инженера Роберта Фурнесса и его двоюродного брата, доктора Джеймса Эшворта была паровая карета, работающая в 1788 году, после того как ему был предоставлен британский патент №674 от 1788 года. Иллюстрация этого даже появилась в Книга Херги «Тинтин раконте л’Истор де л’Армомобиль» (Casterman, 1953). Первой обоснованной паровой машиной для личного пользования был Иосиф Божек в 1815 году. За ним последовали Томас Бланшар из Массачусетса в 1825 году. Прошло более тридцати лет, прежде чем с 1859 года начался шквал паровых машин с Dugeon, Roper и Spenser из США, Томс Рикетт, Остин, Кэтли и Айрес из Англии, а Иннокенцо Манзетти из Италии — самое раннее. Другие последовали за первым канадцем, Генри Тейлором в 1867 году, Амеде Болле и Луи Леженом из Франции в 1878 году и Рене Тури из Швейцарии в 1879 году.

В 1880-х годах появились первые производители крупного масштаба, особенно во Франции, первым из которых был Болле (1878), затем Де Дион-Бутон (1883), Уитни из Восточного Бостона (1885), Рэнсом Э. Олдс (1886), Серполет (1887) и Пежо (1889).

Этот ранний период также видел первое возвращение автомобиля в 1867 году и первый автомобиль с возвращением в тот же год — и Фрэнсис Кертис из Ньюберипорта, штат Массачусетс.

Коммерческое производство 1890-х годов
В 1890-х годах преобладали многочисленные компании-производители автомобилей. Двигатель внутреннего сгорания находился в зачаточном состоянии, тогда как мощность пара была хорошо установлена. Электрические автомобили стали доступны, но пострадали от их неспособности путешествовать на большие расстояния.

Большинство производителей автомобилей с паровым двигателем из этого периода были из Соединенных Штатов. Наиболее примечательными из них были Кларк с 1895 по 1909 год, Локомобиль с 1899 по 1903 год, когда он переключился на газолиновые двигатели, и Стэнли с 1897 по 1924 год. Помимо Англии и Франции, другие страны также предпринимали попытки создать паровые машины: Cederholm of Швеция (1892 г.), Бельвег (1898-1905 гг.), Шёше (1895 г.) и Герберт Томсон из Австралии (1896-1901)

Из всех новых производителей с 1890-х годов только четыре продолжали выпускать паровые машины после 1910 года. Это были Стэнли (до 1924 года) и Уэверли (до 1916 года) из Соединенных Штатов, Бвард Франции (до 1914 года) и Миссе Бельгии ( до 1926 года).

Объем производства 1900-1913 гг.
В период с 1898 по 1905 год образовалось большое количество новых компаний. Паровые автомобили превосходили другие виды движений среди самых ранних автомобилей. В США в 1902 году 485 из 909 новых регистраций автомобилей были пароходами. С 1899 года у Mobile было десять филиалов и 58 дилеров по США. Центром производства пароходов в США была Новая Англия, где находилось 38 из 84 производителей. Примеры включают Белый (Кливленд), Затмение (Истон, Массачусетс), Котта (Ланарк, Иллинойс), Крауч (Нью-Брайтон, Пенсильвания), Худ (Данверс, Массачусетс, длился всего один месяц), Киддер (Нью-Хейвен, Коннектикут), Век (Сиракузы, Нью-Йорк), и Скин (Льюистон, штат Мэн, компания построила все, кроме шин). К 1903 году 43 из них исчезли, и к концу 1910 года из тех компаний, которые были начаты в течение десятилетия, оставались белые, которые продолжались до 1911 года, Конрад, который длился до 1924 года, Тернер-Миссе Англии, который продолжался до 1913 года, Моррисс 1912, Добле до 1930 года, Резерфорд до 1912 года и Пирсон-Кокс до 1916 года.

Массовое производство в сборе Генри Форда резко сократило стоимость владения обычным автомобилем, также было сильным фактором в кончине парового автомобиля, поскольку модель T была дешевой и надежной. Кроме того, во время «расцвета» паровых машин двигатель внутреннего сгорания добивался устойчивого повышения эффективности, сопоставляя, а затем превосходя эффективность парового двигателя при учете веса котла.

Снижение с 1914 по 1939 год
С введением электрического стартера двигатель внутреннего сгорания стал более популярным, чем пар, но двигатель внутреннего сгорания не всегда превосходил показатели производительности, дальности, экономии топлива и выбросов. Некоторые паровые энтузиасты чувствуют, что пар не получил своей доли внимания в области эффективности автомобилей.

Помимо Брукс Канады, все производители паровых автомобилей, которые начались между 1916 и 1926 годами, были в Соединенных Штатах. Выносливость (1924-1925) была последним производителем паровых автомобилей для начала операций. American / Derr продолжал модернизировать производственные автомобили различных марок с паровыми двигателями, а Doble был последним производителем паровых автомобилей. Они прекратили свою деятельность в 1930 году.

Возрождение — энтузиасты, загрязнение воздуха и топливные кризисы
С 1940-х годов были построены различные паровые машины, как правило, энтузиастами. Среди упомянутых были Чарльз Кин, 1950 Ford Conversion, Уильямс Уильямса, Форрест R Детрик 1957 Detrick S-101 прототип, и Гарри Петерсон Стэнли приводил Питерсона в действие. Детрик был построен Детриком, Уильямом Херлингом и Ли Гаеком, который проектировал двигатель на основе Стэнли.

Чарльз Кин начал строительство парового автомобиля в 1940 году с намерением возобновить производство паровых автомобилей. Семья Кина имела долгую историю участия в парах, которые возвращались к прадедушке в 1830-х годах, которые помогали строить ранние паровозы. Его первый автомобиль, Plymouth Coupe, использовал двигатель Стэнли. В 1948 и 1949 годах Кин использовал Абнера Добле для создания более мощного парового двигателя, v4. Он использовал это в спортивной машине L Dawri Victress S4. Обе эти машины все еще существуют. Кин умер в 1969 году, прежде чем завершить дальнейшую машину. В то время его бумаги и образцы были уничтожены.

В 1950-х годах единственным производителем для исследования паровых автомобилей был Paxton. Абнер Добль разработал двигатель Doble Ultimax для парового автомобиля Paxton Phoenix, построенный подразделением компании Paxton Engineering McCulloch Motors Corporation, Лос-Анджелес. Устойчивая максимальная мощность двигателя составляла 120 л.с. (89 кВт). Ford Coupe использовался как испытательный стенд для двигателя. Проект был в конечном итоге сброшен в 1954 году.

В 1957 году Williams Engine Company Incorporated of Ambler начала предлагать конверсии паровых двигателей для существующих серийных автомобилей. Когда загрязнение воздуха стало серьезной проблемой для Калифорнии в середине 1960-х годов, государство поощрило проведение расследования использования паровых автомобилей. Топливные кризисы начала 1970-х годов вызвали дальнейшую работу. Ничего из этого не привело к обновлению производства паровых автомобилей.

Паровые машины остаются областью энтузиастов, случайными экспериментами производителей и теми, кто хочет установить данные о скорости движения на суше.

Влияние калифорнийского законодательства
В 1967 году Калифорния создала Калифорнийский совет по воздушным ресурсам и приступила к осуществлению законодательства, которое резко сократило выбросы выхлопных газов. Это вызвало возобновление интереса к альтернативным видам топлива для автотранспортных средств и возрождение интереса к паровым автомобилям в штате.

Идея иметь патрульные машины, оснащенные паровыми двигателями, была связана с неофициальной встречей в марте 1968 года членов Комитета по сбору электроэнергии в Калифорнии. В обсуждении, Карстен Виг, адвокат, приложенный к Комитету, предложил, чтобы шесть автомобилей были оснащены паровыми двигателями для тестирования начальниками полиции округа Калифорнии. Законопроект был принят законопроектом для финансирования судебного разбирательства.

В 1969 году Калифорнийский дорожный патруль инициировал проект под инспектором Дэвида Сьюэя, чтобы исследовать возможность использования автомобилей с паровым двигателем. Первоначально General Motors согласилась выплатить выбранному поставщику 20 000 долларов США за счет разработки механизма цикла Rankine и до 100 000 долларов США для оснащения шести Oldsmobile Delmont 88s в качестве оперативных патрульных автомобилей. Эта сделка провалилась, потому что производители двигателей Rankine отказались от предложения General Motors.

План был пересмотрен, и два 1969 Dodge Polaras должны были быть модернизированы с паровыми двигателями для тестирования. Один автомобиль должен был быть модифицирован Доном Джонсоном из Thermodynamic Systems Inc., а другой — промышленником Уильямом Пиром Лиром Моторсом, Incorporated. В то время законодательная власть штата Калифорния вводила строгие правила регулирования загрязнения для автомобилей, и председатель Комитета по транспорту Ассамблеи Джон Фрэнсис Форан поддерживал эту идею. В этом году Комитет также предложил провести испытания четырех паровых автобусов в районе залива Сан-Франциско.

Вместо «Полары» Термодинамические системы (позже называемые General Steam Corp) получили позднюю модель Oldsmobile Delmont 88. Лиру дали Polara, но он, похоже, не был построен. Обеим фирмам было предоставлено 6 месяцев для завершения своих проектов, когда Лир должен был завершиться 1 августа 1969 года. Ни один автомобиль не был завершен к установленному сроку, а в ноябре 1969 года Лиру сообщили, что автомобиль будет готов через 3 месяца. Единственным известным модификатором Лира был Chevrolet Monte Carlo, не имеющий отношения к проекту. Что касается проекта, он, похоже, никогда не был завершен, и Лир вытащил к декабрю.

В 1969 году Национальное управление по контролю за загрязнением воздуха объявило конкурс на заключение контракта на разработку практичного парового двигателя для пассажирских автомобилей. Вступили пять фирм. Они были консорциумом Плановой исследовательской корпорации и STP Corporation; Мемориальный институт Баттель, Колумбус, Огайо; Continental Motors Corporation, Детройт; Воевал Авиационная дивизия Линг-Темко-Вьют, Даллас; и Thermo Electron Corporation, Уолтем, штат Массачусетс.

В 1969 году General Motors представила два экспериментальных паровых автомобиля. Один из них был SE 124 на базе переделанного Chevrolet Chevelle, а другой был обозначен SE 101 на основе Гран-при Pontiac. В SE 124 был установлен стандартный бензиновый двигатель с паровым двигателем V4 мощностью 50 л.с. с использованием патентов 1920 Doble; SE 101 был оснащен паровым двигателем мощностью 160 л.с., разработанным GM Engineering. Мощность передавалась через автоматическую коробку передач Toric. Результаты оказались разочаровывающими. Паровой двигатель был тяжелым и взвешен на 300 кг больше, чем стандартный V8, и дал примерно половину мощности.

В октябре 1969 года Массачусетский технологический институт и Калифорнийский технологический институт поставили задачу провести гонку в августе 1970 года из Кембриджа, штат Массачусетс, в Пасадена, штат Калифорния, для любого колледжа, который хотел участвовать. Гонка была открыта для электрического, мощность турбин и двигатели внутреннего сгорания: двигатели с жидким топливом, газовые двигатели и гибриды. В гонку вошли два паровых автомобиля. Калифорнийский университет, модифицированный в Сан-Диего AMC Javelin и Worcester Polytechnic Institute, преобразованный в 1970 Chevrolet Chevelle, назвал чайный чайник. Оба бросили на второй день гонки.

Калифорнийская Ассамблея приняла законодательство в 1972 году, чтобы договориться с двумя компаниями о разработке паровых автомобилей. Это были Аиржетская жидкая ракетная компания Сакраменто и паросиловых систем Сан-Диего. Aerojet установил паровую турбину в Chevrolet Vega, в то время как Steam Power Systems построили Dutcher, автомобиль, названный в честь основателя компании Корнелиуса Датчера. Оба автомобиля были испытаны к 1974 году, но ни одна машина не вошла в производство. Dutcher выставлен в Музее автомобильной промышленности Петерсена в Лос-Анджелесе.

Современные паровые машины
После десятилетий исчезновения с рынка автомобили с таким типом тяги появились на этапе прототипа во второй половине 20-го века. Паровой двигатель, по сути, изготовлен с использованием современных технологий, обладает многими характеристиками, которые могли бы сделать его действительным в качестве альтернативной двигательной установки.

Технический прогресс
Главная новинка современных паровых двигателей, по сравнению с традициями начала ХХ века, заключается в уменьшении веса компонентов, составляющих силовую систему. Благодаря технологическому прогрессу действительно удалось сделать размеры парогенератора и конденсатора скромными. Это было достигнуто за счет резкого уменьшения массы рабочей жидкости (воды), увеличения поверхности теплообмена и повышения эффективности генератора. Современное оборудование позволяет легко регулировать сжигание и подачу воды. Как следствие, можно получить пар в очень точных условиях эксплуатации (другими словами, его можно получить при очень точной температуре и давлении). Системы обнаружения приборов также могут ускорить адаптацию рабочих параметров к оптимальным, которые также связаны, в частности, с условиями движения. С развитием технологии этот тип двигателя больше не зависит от проблемы времени, необходимого для запуска, что фактически стало несколько секунд.

Паровой двигатель технически намного свободен от характеристик используемого топлива, чем для внутреннего сгорания. Непрерывное горение (а не «взрыв»), контролируемое и проводимое оптимальным образом, помимо минимизации загрязнения, также позволяет использовать различные экологически чистые виды топлива с действующими нормами борьбы с загрязнением (например, сырые растительные масла, спирты, так далее.) . Кроме того, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания паровые двигатели обеспечивают более высокий выход и не требуют, как уже упоминалось, сложной передачи. Когда автомобиль неподвижен, например, на светофоре, котел работает в режиме «stand-by» (т.е. в условиях поддержания температуры и давления пара), и двигатель неподвижен; по этой причине двигатель, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, потребляет очень мало энергии и не производит шума.

Фактически, в современных паровых двигателях уже нет «бойлера» в общем смысле этого слова: парогенератор состоит из серии испарителей, состоящих из очень тонких пучков труб или других устройств с очень высокой поверхностью которые содержат очень мало воды. Вода и пар содержатся в герметично замкнутом контуре, и поэтому минимальная дозаправка рабочей жидкости не требуется. Как и во всех замкнутых цепях, используемая жидкость является чистым техническим продуктом, и хотя это вода, это не обычная вода, она фактически очищается, деминерализуется и дегазируется.

Поскольку использование специальных материалов широко используется в современных паровых двигателях, использование обычных смазочных материалов на масляной основе оказывается бесполезным. Их смазочная функция фактически выполнена превосходным образом самой рабочей жидкостью как в виде воды, так и в виде пара. В паровом двигателе минеральное смазочное масло в прошлом было основной причиной повреждения, ненадежности и неисправностей. Фактически, после эмульгирования водой и паром он контактировал с горячими поверхностями и быстро карбонизировался. Углеродные остатки и желатиновые эмульсии, осажденные на поверхности обмена, повреждали передачу тепла и забивали конденсаторные трубки, заставляя их проводить непрерывные и дорогостоящие операции по техническому обслуживанию, в результате чего управление было дорогостоящим и ненадежным.

Автомобили Indy
И Джонсон, и Лир планировали построить паровые автомобили для Indy 500, Johnson сначала в начале 1960-х годов, когда с Controlled Steam Dynamics и в 1968 году с Thermodynamic Systems and Lear в 1969 году. Третий автомобиль для гоночных автомобилей рассматривался консорциумом планирования Исследовательской корпорации и Энди Гранателли из STP Corporation. Лир приступил к идее и построил автомобиль, но у него не хватало средств, пытаясь развить двигатель. Предполагается, что автомобиль находится в Национальном музее автомобильных и грузовых автомобилей Соединенных Штатов в Оберне, штат Индиана. Джонсон также отметил, что он работает на паровом вертолете.

Уильям Д. Томпсон, 69-летний отставной инженер Сан-Диего Сан-Диего, также объявил, что он планирует ввести гоночный автомобиль с паровым двигателем. Томпсон работал над роскошным автомобилем с паровым двигателем стоимостью 35 000 долларов, и он намеревался использовать двигатель автомобиля в гоночном автомобиле. Он утверждал, что у него было почти 250 заказов на его машины. Для сравнения, Rolls Royces стоил около 17 000 долларов в то время.

Дональд Хили
Когда Лир вытащил попытку сделать паровую машину, Дональд Хейли решил сделать базовую технологию паровых машин более подходящей для Стэнли или Добле и нацеленную на энтузиастов. Он планировал создать автомобиль к 1971 году.

Ted Pritchard Falcon
Эдвард Притчард создал паровой 1963 модель Ford Falcon в 1972 году. Он был оценен федеральным правительством Австралии и также был доставлен в Соединенные Штаты в рекламных целях.

Паровая машина Saab и Ranotor
В результате нефтяного кризиса 1973 года SAAB начал проект в 1974 году под кодовым названием ULF (сокращение от utan luftföroreningar, шведский для без загрязнения воздуха)) во главе с доктором Ове Плателлом, который сделал прототип парового автомобиля. В двигателе использовался электронно управляемый 28-фунтовый многопараллельный парогенератор с 1-миллиметровым насосно-компрессорным трубопроводом и 16 галлонов в час, который предназначен для производства непрерывной мощности мощностью 160 л.с. (119 кВт) и был примерно таким же размер как стандартная автомобильная батарея. Длительное время запуска избегалось с помощью сжатого и накапливаемого воздуха, когда автомобиль работал, чтобы привести в действие автомобиль при запуске до тех пор, пока не будет создано достаточное давление пара. В двигателе использовался конический поворотный клапан из чистого нитрида бора. Для сохранения воды использовалась герметичная система водоснабжения.

Pelland Steamer
В 1974 году британский дизайнер Питер Пелландин выпустил первый Pelland Steamer для контракта с правительством Южной Австралии. Он имел стекловолоконное монококовое шасси (основанное на Pelland Sports с внутренним сгоранием) и использовал двухцилиндровый двухтактный составной двигатель. Он был сохранен в Национальном моторном музее в Бердвуде, Южная Австралия.

В 1977 году был построен паровой автомобиль Pelland Mk II, на этот раз Pelland Engineering в Великобритании. Он имел трехцилиндровый двигатель двойного действия в конфигурации с широкой стрелкой, установленный в трубчатом стальном шасси с корпусом кевлара, при этом общий вес составлял всего 1050 фунтов (476 кг). Несложный и надежный, паровой двигатель, как утверждается, обеспечивал бесперебойную и эффективную работу. Он имел огромный крутящий момент (1,100 фут / фунт или 1500 Нм) при нулевых оборотах двигателя и мог ускоряться от 0 до 60 миль в час (от 0 до 97 км / ч) менее чем за 8 секунд.

Пелландин сделал несколько попыток сломать рекорд скорости земли для мощности пара, но был сорван техническими проблемами. [Указать] Пелландин вернулся в Австралию в 1990-х годах, где продолжал развивать Пароход. Последняя версия — Mark IV.

Enginion Steamcell
С 1996 года подразделение R & D группы Volkswagen под названием Enginion AG разрабатывало систему под названием ZEE (Zero Emission Engine). Он производил пар почти мгновенно без открытого пламени и занимал 30 секунд, чтобы достичь максимальной мощности от холодного старта. Их третий прототип, EZEE03, был трехцилиндровым агрегатом, предназначенным для установки в автомобиль Škoda Fabia. EZEE03 был описан как имеющий двухтактный двигатель (то есть односторонний) мощностью 1000 куб. См (61 куб. Дюйм), мощностью до 220 л.с. (164 кВт) (500 Нм или 369 футов). [dead link] Выхлопные выбросы, как говорили, намного ниже стандарта SULEV. У него был безмасляный двигатель с керамическими облицовками цилиндров, в качестве смазки использовался вместо масла вместо масла. Тем не менее, Enginion обнаружил, что рынок не был готов к паровым автомобилям, поэтому они решили вместо этого разработать генератор / систему отопления Steamcell на основе аналогичной технологии.

Созданные прототипы
После энергетического кризиса 1973 года Saab разработал проект, начатый в следующем году под руководством Ove Platell, который был направлен на строительство парового двигателя. Был построен прототип, в котором был котел, состоящий из многопараллельной схемы тонких трубок с внутренним диаметром около одного миллиметра. Этот парогенератор производил мощность 250 л.с. и был размером с автомобильную батарею. Для обеспечения возможности запуска прототипа была предоставлена ​​вспомогательная система подачи сжатого воздуха. Паровой двигатель этого автомобиля был оснащен девятью цилиндрами.

В период с 1973 по 1974 год британский дизайнер Питер Пелландин в Австралии выпустил бренд Pellandini Cars — свою первую паровую машину. Проект был результатом контракта с правительством Южной Австралии. Шасси и монокок транспортного средства были изготовлены из стекловолокна, в то время как механика была основана на модели Morris 1100 и Mini. В 1977 году Пелландин, вернувшись домой, построил второй паровой двигатель Paleand Mark II Steam Car, на этот раз с брендом Pelland Engineering. Двигатель этого последнего прототипа, который имел конфигурацию W, был трехцилиндровым двигателем двойного действия.

В девяностые годы двадцатого века подразделение группы Volkswagen, работающее в области исследований и разработок Enginion AG, разработало и построило паровой двигатель под названием «ZEE» (акроним для «двигателя с нулевыми выбросами», то есть «двигатель с нулевыми выбросами» «»), который произвел 220 л.с. мощности. Этот двигатель доставлял пар почти мгновенно без использования свободного пламени и не нуждался в смазочных маслах, поскольку для этого использовался сам пар. Гильзы цилиндров были изготовлены из керамического материала. двигатель также характеризовался очень низкими выбросами загрязняющих веществ и более высокой эффективностью, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. Однако Enginion AG поняла, что рынок не готов к использованию в паровых двигателях, и предпочли продолжить разработку двигателя «Steamcell», т. е. генератор энергии и тепла (когенерация), основанный на аналогичном принципе.] Фактически, компания не смогла убедить любую компанию в массовом производстве собственного парового двигателя.

В начале 21-го века Гарри Шёлл экспериментировал с паровым двигателем Cyclone. Этот двигатель, способный начинать с холода примерно за десять секунд и достигать полной скорости примерно за одну минуту, характеризуется особенно низкими выбросами загрязняющих веществ. Двигатель Cyclone, который был выпущен в рамках «Cyclone Power Technologies», имеет выход 46% и имеет центробежную камеру сгорания, отсюда и название.

25 августа 2009 года британская Steam Car Challenge обыграла рекорд скорости наземной скорости, действующий для паровых машин.Эта запись длилась с 1906 года, когда она была зарегистрирована, как уже упоминалось, Стэнли Ракет. Новый рекорд, который был 225.055 км / ч, был построен на базе ВВС Эдвардс в пустыне Мохаве в Калифорнии. Автомобиль управлялся Чарльзом Бернеттом III. Учитывая, что эти приматы приземной скорости, было получена с учетом 219 037 км / ч первого прохода и 243 148 км / ч второй. В тот же день запись была подтверждена FIA. На следующий день Дон Уэльс, племянник Малкольма Кэмпбелла, предпринял новую попытку с тем же автомобилем, достигшим рекордной средней скорости 238,679 км / ч. Запись была снова избита по двум последовательным отклонениям, рассчитанным, на этот раз,на расстоянии одного километра. Эта запись также была записана FIA.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Related

Поровой двиготель. История изобретения паровых машин

Начал свою экспансию еще в начале 19-го века. И уже в то время строились не только большие агрегаты для промышленных целей, но также и декоративные. В большинстве своем их покупателями были богатые вельможи, которые хотели позабавить себя и своих детишек. После того как паровые агрегаты плотно вошли в жизнь социума, декоративные двигатели начали применяться в университетах и школах в качестве образовательных образцов.

Паровые двигатели современности

В начале 20-го века актуальность паровых машин начала падать. Одной из немногих компаний, которые продолжили выпуск декоративных мини-двигателей, стала британская фирма Mamod, которая позволяет приобрести образец подобной техники даже сегодня. Но стоимость таких паровых двигателей легко переваливает за две сотни фунтов стерлингов, что не так и мало для безделушки на пару вечеров. Тем более для тех, кто любит собирать всяческие механизмы самостоятельно, гораздо интереснее создать простой паровой двигатель своими руками.

Очень простое. Огонь нагревает котел с водой. Под действием температуры вода превращается в пар, который толкает поршень. Пока в емкости есть вода, соединенный с поршнем маховик будет вращаться. Это стандартная схема строения парового двигателя. Но можно собрать модель и совершенно другой комплектации.

Что же, перейдем от теоретической части к более увлекательным вещам. Если вам интересно делать что-то своими руками, и вас удивляют столь экзотичные машины, то эта статья именно для вас, в ней мы с радостью расскажем о различных способах того, как собрать двигатель своими руками паровой. При этом сам процесс создания механизма дарит радость не меньшую, чем его запуск.

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

Итак, начнем. Соберем самый простой паровой двигатель своими руками. Чертежи, сложные инструменты и особые знания при этом не нужны.

Для начала берем из-под любого напитка. Отрезаем от нее нижнюю треть. Так как в результате получим острые края, то их необходимо загнуть внутрь плоскогубцами. Делаем это осторожно, чтобы не порезаться. Так как большинство алюминиевых банок имеют вогнутое дно, то необходимо его выровнять. Достаточно плотно прижать его пальцем к какой-нибудь твердой поверхности.

На расстоянии 1,5 см от верхнего края полученного «стакана» необходимо сделать два отверстия друг напротив друга. Желательно для этого использовать дырокол, так как необходимо, чтобы они получились в диаметре не менее 3 мм. На дно банки кладем декоративную свечку. Теперь берем обычную столовую фольгу, мнем ее, после чего оборачиваем со всех сторон нашу мини-горелку.

Мини-сопла

Далее нужно взять кусок медной трубки длиной 15-20 см. Важно, чтобы внутри она была полой, так как это будет наш главный механизм приведения конструкции в движение. Центральную часть трубки оборачивают вокруг карандаша 2 или 3 раза, так, чтобы получилась небольшая спираль.

Теперь необходимо разместить этот элемент так, чтобы изогнутое место размещалось непосредственно над фитилем свечки. Для этого придаем трубке формы буквы «М». При этом выводим участки, которые опускаются вниз, через проделанные отверстия в банке. Таким образом, медная трубка жестко фиксируется над фитилем, а ее края являются своеобразными соплами. Для того чтобы конструкция могла вращаться, необходимо отогнуть противоположные концы «М-элемента» на 90 градусов в разные стороны. Конструкция парового двигателя готова.

Запуск двигателя

Банку размещают в емкости с водой. При этом необходимо, чтобы края трубки находились под ее поверхностью. Если сопла недостаточно длинные, то можно добавить на дно банки небольшой грузик. Но будьте осторожны — не потопите весь двигатель.

Теперь необходимо заполнить трубку водой. Для этого можно опустить один край в воду, а вторым втягивать воздух как через трубочку. Опускаем банку на воду. Поджигаем фитиль свечки. Через некоторое время вода в спирали превратится в пар, который под давлением будет вылетать из противоположных концов сопел. Банка начнет вращаться в емкости достаточно быстро. Вот такой у нас получился двигатель своими руками паровой. Как видите, все просто.

Модель парового двигателя для взрослых

Теперь усложним задачу. Соберем более серьезный двигатель своими руками паровой. Для начала необходимо взять банку из-под краски. При этом следует убедиться, что она абсолютно чистая. На стенке на 2-3 см от дна вырезаем прямоугольник с размерами 15 х 5 см. Длинная сторона размещается параллельно дну банки. Из металлической сетки вырезаем кусок площадью 12 х 24 см. С обоих концов длинной стороны отмеряем 6 см. Отгибаем эти участки под углом 90 градусов. У нас получается маленький «столик-платформа» площадью 12 х 12 см с ногами по 6 см. Устанавливаем полученную конструкцию на дно банки.

По периметру крышки необходимо сделать несколько отверстий и разместить их в форме полукруга вдоль одной половины крышки. Желательно, чтобы отверстия имели диаметр около 1 см. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию внутреннего пространства. Паровой двигатель не сможет хорошо работать, если к источнику огня не будет попадать достаточное количество воздуха.

Основной элемент

Из медной трубки делаем спираль. Необходимо взять около 6 метров мягкой медной трубки диаметром 1/4-дюйма (0,64 см). От одного конца отмеряем 30 см. Начиная с этой точки, необходимо сделать пять витков спирали диаметром 12 см каждая. Остальную часть трубы изгибают в 15 колец диаметром по 8 см. Таким образом, на другом конце должно остаться 20 см свободной трубки.

Оба вывода пропускают через вентиляционные отверстия в крышке банки. Если окажется, что длины прямого участка недостаточно для этого, то можно разогнуть один виток спирали. На установленную заранее платформу кладут уголь. При этом спираль должна размещаться как раз над этой площадкой. Уголь аккуратно раскладывают между ее витками. Теперь банку можно закрыть. В итоге мы получили топку, которая приведет в действие двигатель. Своими руками паровой двигатель почти сделан. Осталось немного.

Емкость для воды

Теперь необходимо взять еще одну банку из-под краски, но уже меньшего размера. В центре ее крышки сверлят отверстие диаметром в 1 см. Сбоку банки проделывают еще два отверстия — одно почти у дна, второе — выше, у самой крышки.

Берут два корка, в центре которых проделывают отверстие с диаметров медной трубки. В один корок вставляют 25 см пластиковой трубы, в другой — 10 см, так, чтобы их край едва выглядывал из пробок. В нижнее отверстие малой банки вставляют корок с длинной трубкой, в верхнее - более короткую трубку. Меньшую банку размещаем на большой банке краски так, чтобы отверстие на дне было на противоположной стороне от вентиляционных проходов большой банки.

Результат

В итоге должна получиться следующая конструкция. В малую банку заливается вода, которая через отверстие в дне вытекает в медную трубку. Под спиралью разжигается огонь, который нагревает медную емкость. Горячий пар поднимается по трубке вверх.

Для того чтобы механизм получился завершенным, необходимо присоединить к верхнему концу медной трубки поршень и маховик. В итоге тепловая энергия горения будет преобразовываться в механические силы вращения колеса. Существует огромное количество различных схем для создания такого двигателя внешнего сгорания, но во всех них всегда задействованы два элемента - огонь и вода.

Кроме такой конструкции, можно собрать паровой но это материал для совершенно отдельной статьи.

Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором по­тенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в меха­ническую энергию, отдаваемую потребителю.

С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.

Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может пере­мещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верх­них пароподводящих канала 1 и 3 соединены трубопроводом с паро­вым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и 11 закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу 1 поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы 1 и 9 закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы 1 и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

Для преобразования этого движения во вращательное приме­няется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу Р , направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие: К , направленную вдоль шатуна, и N , перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила К передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу Z , направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу Т , перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то

Т = К sin (? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K= P/ cos ?

поэтому

T= Psin ( ? + ?) / cos ? ,

При работе машины за один оборот вала углы ? и ? и сила Р непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциаль­ной) силы Т также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоян­ная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила Т возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой Т , становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою ско­рость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.

При крайних положениях поршня углы? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее уси­лие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.

При мертвых положениях поршень не доводится до соприкоснове­ния с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного прост­ранства включается также объем паровых каналов от органов парорас­пределения до цилиндра.

Ходом поршня S называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа - радиус кривошипа - обозначить через R, то S = 2R.

Рабочим объемом цилиндра V h называется объем, описываемый поршнем.

Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины односторон­него действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких маши­нах остается открытой.

В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмо­сферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар исполь­зуется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр.)

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях , локомотивах , на паровых судах, тягачах , паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания , паровыми турбинами , электромоторами и атомными реакторами , КПД которых выше.

Паровая машина в действии

Изобретение и развитие

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии - это так называемая «баня Герона», или «эолипил». Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Предполагается, что преобразование пара в механическое движение было известно в Египте в период римского владычества и использовалось в несложных приспособлениях.

Первые промышленные двигатели

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

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель», который был первым паровым двигателем, на который мог быть коммерческий спрос. Это был усовершенствованный паровой двигатель Сейвери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Ньюкомен, возможно, базировался на описании экспериментов Папена, находящихся в Лондонском королевском обществе , к которым он мог иметь доступ через члена общества Роберта Гука , работавшего с Папеном.

Схема работы паровой машины Ньюкомена.
– Пар показан лиловым цветом, вода - синим.
– Открытые клапаны показаны зелёным цветом, закрытые - красным

Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Клапаны ранних двигателей Ньюкомена открывались и закрывались вручную. Первым усовершенствованием было автоматизация действия клапанов, которые приводились в движение самой машиной. Легенда рассказывает, что это усовершенствование было сделано в 1713 году мальчиком Хэмфри Поттером, который должен был открывать и закрывать клапаны; когда это ему надоедало, он связывал рукоятки клапанов верёвками и шёл играть с детьми. К 1715 году уже была создана рычажная система регулирования, приводимая от механизма самого двигателя.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Хэмфри Гэйнсборо в 1760-ых годах построил модель паровой машины с конденсатором. В 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт (возможно, использовав идеи Гейнсборо) запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива. Вклад Уатта заключался в отделении фазы конденсации вакуумного двигателя в отдельной камере, в то время как поршень и цилиндр имели температуру пара. Уатт добавил к двигателю Ньюкомена ещё несколько важных деталей: поместил внутрь цилиндра поршень для выталкивания пара и преобразовал возвратно-поступательное движения поршня во вращательное движение приводного колеса.

На основе этих патентов Уатт построил паровой двигатель в Бирмингеме . К 1782 году паровой двигатель Уатта оказался более чем в 3 раза производительнее машины Ньюкомена. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности. Кроме того, в отличие от двигателя Ньюкомена, двигатель Уатта позволил передать вращательное движение, в то время как в ранних моделях паровых машин поршень был связан с коромыслом, а не непосредственно с шатуном. Этот двигатель уже имел основные черты современных паровых машин.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм , или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования.

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: "fardier à vapeur" (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем . Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход , построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7-8 миль в час . Пароход Дж. Фитча не был коммерчески успешным, поскольку с его маршрутом конкурировала хорошая сухопутная дорога. В 1802 году шотландский инженер Уильям Симингтон построил конкурентоспособный пароход, а в 1807 году американский инженер Роберт Фултон использовал паровой двигатель Уатта для привода первого коммерчески успешного парохода. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив , построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Вакуумные машины

Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными » или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов , во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помпа (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить. В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра.

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века . Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими.

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку» , замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объем цилиндра.

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа . В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нем пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

  • Перекрёстный компаунд - Цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
  • Тандемный компаунд - Цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
  • Угловой компаунд - Цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте . Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.

Множественное расширение

Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением.
Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четверного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объем которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Изображение справа показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на цилиндры высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности. Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остается более или менее постоянным. Прямоточные машины одинарного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одинарного, так и двойного действия.

Паровые турбины

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии . Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Другие типы паровых двигателей

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Паровой молот

Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

  • Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов , паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
  • Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях , а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

Транспортные машины

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:

  • Сухопутные транспортные средства:
    • Паровой автомобиль
    • Паровой трактор
    • Паровой экскаватор, и даже
  • Паровой самолёт.

В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга , которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) -х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т.д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты , содержащейся в топливе . Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. КПД тепловой машины равен

,

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

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

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.

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.

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.

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.

Осмотр музейной экспозиции я пропущу и перейду сразу к машинному залу. Кому интересно, тот может найти полную версию поста у меня в жж. Машинный зал находится в этом здании:

29. Зайдя внутрь, у меня сперло дыхание от восторга - внутри зала была самая красивая паровая машина из всех, что мне доводилось видеть. Это был настоящий храм стимпанка - сакральное место для всех адептов эстетики паровой эры. Я был поражен увиденным и понял, что совершенно не зря заехал в этот городок и посетил этот музей.

30. Помимо огромной паровой машины, являющейся главным музейным объектом, тут также были представлены различные образцы паровых машин поменьше, а на многочисленных инфостендах рассказывалась история паровой техники. На этом снимке вы видите полностью функционирующую паровую машину, мощностью 12 л.с.

31. Рука для масштаба. Машина была создана в 1920 году.

32. Рядом с главным музейным экземпляром экспонируется компрессор 1940 года выпуска.

33. Этот компрессор в прошлом использовался в железнодорожных мастерских вокзала Вердау.

34. Ну а теперь рассмотрим детальней центральный экспонат музейной экспозиции - паровую 600-сильную машину 1899 года выпуска, которой и будет посвящена вторая половина этого поста.

35. Паровая машина является символом индустриальной революции, произошедшей в Европе в конце 18-го - начала 19-го века. Хотя первые образцы паровых машин создавались различными изобретателями еще в начале 18-го века, но все они были непригодны для промышленного использования так как обладали рядом недостатков. Массовое применение паровых машин в индустрии стало возможным лишь после того, как шотландский изобретатель Джеймс Уатт усовершенствовал механизм паровой машины, сделав ее легкой в управлении, безопасной и в пять раз мощней существовавших до этого образцов.

36. Джеймс Уатт запатентовал свое изобретение в 1775 году и уже в 1880-х годах его паровые машины начинают проникать на предприятия, став катализатором индустриальной революции. Произошло это прежде всего потому, что Джеймсу Уатту удалось создать механизм преобразования поступательного движения паровой машины во вращательное. Все существовавшие до этого паровые машины могли производить лишь поступательные движения и использоваться только лишь в качестве насосов. А изобретение Уатта уже могло вращать колесо мельницы или привод фабричных станков.

37. В 1800 году фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 паровых машин из которых лишь 164 использовались в качестве насосов. А уже в 1810 году в Англии насчитывалось 5 тысяч паровых машин, и это число в ближайшие 15 лет утроилось. В 1790 году между Филадельфией и Берлингтоном в США стала курсировать первая паровая лодка, перевозившая до тридцати пассажиров, а в 1804 году Ричард Тревинтик построил первый действующий паровой локомотив. Началась эра паровых машин, которая продлилась весь девятнадцатый век, а на железной дороге и первую половину двадцатого.

38. Это была краткая историческая справка, теперь вернемся к главному объекту музейной экспозиции. Паровая машина, которую вы видите на снимках, была произведена фирмой Zwikauer Maschinenfabrik AG в 1899 году и установлена в машинном зале прядильной фабрики "C.F.Schmelzer und Sohn". Паровая машина предназначалась для привода прядильных станков и в этой роли использовалась вплоть до 1941 года.

39. Шикарный шильдик. В то время индустриальная техника делалась с большим вниманием к эстетическому виду и стилю, была важна не только функциональность, но и красота, что отражено в каждой детали этой машины. В начале ХХ века некрасивую технику просто никто бы не купил.

40. Прядильная фабрика "C.F.Schmelzer und Sohn" была основана в 1820 году на месте теперешнего музея. Уже в 1841 году на фабрике была установлена первая паровая машина, мощностью 8 л.с. для привода прядильных машин, которая в 1899 году была заменена новой более мощной и современной.

41. Фабрика просуществовала до 1941 года, затем производство было остановлено в связи с началом войны. Все сорок два года машина использовалась по назначению, в качестве привода прядильных станков, а после окончания войны в 1945 - 1951 годы служила в качестве резервного источника электроэнергии, после чего была окончательно списана с баланса предприятия.

42. Как и многих ее собратьев, машину ждал бы распил, если бы не один фактор. Данная машина являлась первой паровой машиной Германии, которая получала пар по трубам от расположенной в отдалении котельной. Кроме того она обладала системой регулировки осей от фирмы PROELL. Благодаря этим факторам машина получила в 1959 году статус исторического памятника и стала музейной. К сожалению, все фабричные корпуса и корпус котельной были снесены в 1992 году. Этот машинный зал - единственное, что осталось от бывшей прядильной фабрики.

43. Волшебная эстетика паровой эры!

44. Шильдик на корпусе системы регулировки осей от фирмы PROELL. Система регулировала отсечку - количество пара, которое впускается в цилиндр. Больше отсечка - больше экономичность, но меньше мощность.

45. Приборы.

46. По своей конструкции данная машина является паровой машиной многократного расширения (или как их еще называют компаунд-машиной). В машинах этого типа пар последовательно расширяется в нескольких цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр, что позволяет значительно повысить коэфициент полезного действия двигателя. Эта машина имеет три цилиндра: в центре кадра находится цилиндр высокого давления - именно в него подавался свежий пар из котельной, затем после цикла расширения, пар перепускался в цилиндр среднего давления, что расположен справа от цилиндра высокого давления.

47. Совершив работу, пар из цилиндра среднего давления перемещался в цилиндр низкого давления, который вы видите на этом снимке, после чего, совершив последнее расширение, выпускался наружу по отдельной трубе. Таким образом достигалось наиболее полное использование энергии пара.

48. Стационарная мощность этой установки составляла 400-450 л.с., максимальная 600 л.с.

49. Гаечный коюч для ремонта и обслуживания машины впечатляет размерами. Под ним канаты, при помощи которых вращательное движения передавалось с маховика машины на трансмиссию, соединенную с прядильными станками.

50. Безупречная эстетика Belle Époque в каждом винтике.

51. На этом снимке можно детально рассмотреть устройство машины. Расширяющийся в цилиндре пар передавал энергию на поршень, который в свою очередь осуществлял поступательное движение, передавая его на кривошипно-ползунный механизм, в котором оно трансформировалось во вращательное и передавалось на маховик и дальше на трансмиссию.

52. В прошлом с паровой машиной также был соединен генератор электрического тока, который тоже сохранился в прекрасном оригинальном состоянии.

53. В прошлом генератор находился на этом месте.

54. Механизм для передачи крутящего момента с маховика на генератор.

55. Сейчас на месте генератора установлен электродвигатель, при помощи которого несколько дней в году паровую машину приводят в движение на потеху публике. В музее каждый год проводятся "Дни пара" - мероприятие, объединяющее любителей и моделистов паровых машин. В эти дни паровая машина тоже приводится в движение.

56. Оригинальный генератор постоянного тока стоит теперь в сторонке. В прошлом он использовался для выработки электричества для освещения фабрики.

57. Произведен фирмой "Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther" в Вердау в 1899 году, если верить инфотабличке, но на оригинальном шильдике стоит год 1901.

58. Так как я был единственным посетителем музея в тот день, никто не мешал мне наслаждаться эстетикой этого места один-на-один c машиной. К тому же отсутствие людей способстовало получению хороших фотографий.

59. Теперь пару слов о трансмиссии. Как видно на этом снимке, поверхность маховика обладает 12 канавками для канатов, при помощи которых вращательное движение маховика передавалось дальше на элементы трансмиссии.

60. Трансмиссия, состоящая из колес различного диаметра, соединенных валами, распределяла вращательное движение на несколько этажей фабричного корпуса, на которых распологались прядильные станки, работающие от энергии, переданной при помощи трансмиссии от паровой машины.

61. Маховик с канавками для канатов крупным планом.

62. Тут хорошо видны элементы трансмиссии, при помощи которых крутящий момент передавался на вал, проходящий под землей и передающий вращательное движение в прилегающий к машинному залу корпус фабрики, в котором располагались станки.

63. К сожалению, фабричное здание не сохранилось и за дверью, что вела в соседний корпус, теперь лишь пустота.

64. Отдельно стоит отметить щит управления электрооборудованием, который сам по себе является произведением искусства.

65. Мраморная доска в красивой деревянной рамке с расположенной на ней рядами рычажков и предохранителей, роскошный фонарь, стильные приборы - Belle Époque во всей красе.

66. Два огромных предохранителя, расположенные между фонарем и приборами впечатляют.

67. Предохранители, рычажки, регуляторы - все оборудование эстетически привлекательно. Видно, что при создании этого щита о внешнем виде заботились далеко не в последнюю очередь.

68. Под каждым рычажком и предохранителем расположена "пуговка" с надписью, что этот рычажок включает/выключает.

69. Великолепие техники периода "прекрасной эпохи ".

70. В завершении рассказа вернемся к машине и насладимся восхитительной гармонией и эстетикой ее деталей.

71. Вентили управления отдельными узлами машины.

72. Капельные масленки, предназначенные для смазки движущихся узлов и агрегатов машины.

73. Этот прибор называется пресс-масленка. От движущейся части машины приводятся в движение червяки, перемещающие поршень масленки, а он нагнетает масло к трущимся поверхностям. После того, как поршень дойдет до мертвой точки, его вращением ручки поднимают назад и цикл повторяется.

74. До чего же красиво! Чистый восторг!

75. Цилиндры машины с колонками впускных клапанов.

76. Еще масленки.

77. Эстетика стимпанка в классическом виде.

78. Распределительный вал машины, регулирующий подачу пара в цилиндры.

79.

80.

81. Все это очень очень красиво! Я получил огромный заряд вдохновения и радостных эмоций во время посещения этого машинного зала.

82. Если вас вдруг судьба занесет в регион Цвикау, посетите обязательно этот музей, не пожалеете. Сайт музея и его координаты: 50°43"58"N 12°22"25"E

Паровой двигатель

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
9036 0

За время своего развития паровые машины значительно усовершенствовались, поэтому на них было обращено внимание при поиске замены двигателя внутреннего сгорания. При сгорании в оптимальных условиях продукты сгорания жидкого нефтяного топлива были бы безвредны для здоровья, однако этого не происходит в двигателе внутреннего сгорания. Характеристика крутящего момента поршневой паровой машины очень выгодна для привода автомобилей, но для этого необходимо решить ряд задач. Следует напомнить, что паровую машину для автомобилей использовали раньше, чем двигатель внутреннего сгорания, и именно автомобиль с паровой машиной первым преодолел рубеж скорости 200 км/ч.

Конструкция безопасного котла не представляет трудностей. Удается ограничить объем котла до объема трубы, имеющей вид спирали, тем самым одновременно решается вопрос о быстром парообразовании. Однако большую проблему представляет вода. На железных дорогах применение воды в локомотивах с котельными установками и непрерывным режимом эксплуатации оправдано. При эксплуатации автомобиля, например, один раз в неделю, замерзающая жидкость доставляет большие хлопоты. Пропагандист паровых автомобилей Лир предлагает для применения жидкость, которая заменила бы воду, но полной информации о составе этой жидкости не имеется. Независимо от типа применяемой жидкости образующийся пар необходимо конденсировать и вновь использовать. При этом возникают большие трудности, так как для размещения конденсаторов потребовался бы объем всего автомобиля, а привод вентилятора требовал бы значительной мощности. По этой причине система конденсации в локомотивах отсутствовала.

Другие трудности связаны с работоспособностью масла при высокой температуре и с устранением его из сконденсированной жидкости. Было сконструировано несколько типов силовых установок с паровым двигателем и приемлемым содержанием вредных веществ в отработавших газах, причем применялись как поршневая паровая машина, так и паровая турбина.

Дальше всех пошел пионер паровых двигателей Лир, который создал много прототипов. В первую очередь он использовал поршневую паровую машину, позднее испытывал паровую турбину. Паросиловая установка, предназначенная для размещения сзади в автобусе, показана на рис. 1. Паровая турбина развивает мощность около 160 кВт и работает с полной конденсацией. Некоторые прототипы этой установки вследствие больших размеров конденсаторов работали с частичной конденсацией, т. е. при полной мощности часть пара отводилась в атмосферу. Для легкового автомобиля «Шевроле Монте Карло» также была разработана паросиловая установка, имевшая мощность 50 кВт и размеры 610x660x410 мм.

Рис. 1. Схема паросиловой установки «Лир» для автобуса:
1 — выпускные трубопроводы; 2 — горелки; 3 — теплообменник; 4 — котел; 5 — конденсаторы; 6 — вентиляторы; 7 — трубопровод подвода пара в турбину; 8 — трубопровод отвода пара из турбины ь теплообменник; 9 — трубопровод подвода пара из теплообменника в конденсатор; 10 — водяной насос; 11 — водяной бак; 12 — паровая турбина; 13 — генератор; 14 — трубопровод отвода воды из конденсатора в водяной бак; 15 — автоматическая коробка передач; 16 — редуктор; 17 — редукторы привода вспомогательных агрегатов.

Однако, как показывает анализ цикла Карно, при использовании паровой машины невозможно достичь удовлетворительного термического КПД силовой установки.

Вследствие этого имеется мало надежд на применение в автомобилях паросиловых установок.

Опубликовано 17.03.2014

Читайте также

  • Беспилотные автомобили

    Сомневаетесь в возможности беспилотных автомобилей? Слишком поздно. Они уже здесь, - и они умнее, чем когда-либо.

  • Термодинамические циклы двигателей

    Для эффективного преобразование энергии топлива в механическую энергию, прежде всего, нужно выбрать оптимальный термодинамический цикл для двигателя.

Комментарии

Все о паровой машине. Современный паровой двигатель. Список русской литературы

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и на совершенно новые и уникальные механизмы - паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровую машину? Кому человечество этим обязано? И когда это было? На все эти вопросы и постараемся найти ответы.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях до нашей эры. Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар. Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) - Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил - лопасти вращались. Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно. Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

Разработки

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял. Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен. Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

История создания паровой машины начинается с изобретения пароатмосферной машины. В 1681 году ученый из Франции изобрел устройство, которое откачивало воду из шахт. В качестве движущей силы в первое время применялся порох, а затем его заменили на водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен. Неоценимую помощь также оказал русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты. Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень. Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра. Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат. Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле. Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления). Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах. Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена. Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда. Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных машин того времени было множество специфических недостатков.

История создания паровой машины в России

Следующий прорыв случился в Российской Империи. В 1766 году на металлургическом заводе в Барнауле была создана первая паровая машина, которая подавала в плавильные печи воздух при помощи специальных воздуходувных мехов. Создателем ее стал Иван Иванович Ползунов, которому за заслуги перед родиной даже дали офицерское звание. Изобретатель представил своему начальству чертежи и планы «огненной машины», способной приводить в действие воздуходувные мехи.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после того, как его проект был принят, а машина собрана, он заболел и умер от чахотки - всего за неделю до того, как начались испытания его двигателя. Однако его инструкций оказалось достаточно, чтобы завести двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года паровая машина Ползунова была запущена и поставлена под нагрузку. Однако уже в ноябре того же года она сломалась. Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для нагрузки. Причем изобретатель в своих инструкциях писал, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Изготовление нового котла легко бы окупилось, ведь КПД паровой машины Ползунова был положительный. За 1023 часа работы с ее помощью выплавили серебра 14 с лишним пудов!

Но несмотря на это, никто ремонтировать механизм не стал. Паровая машина Ползунова пылилась более 15 лет на складе, пока мир промышленности не стоял на месте и развивался. А потом и вовсе была разобрана на запчасти. Видимо, в тот момент Россия еще не доросла до паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь на месте не стояла. И человечество постоянно задумывалось над тем, чтобы создать механизм, позволяющий не зависеть от капризной природы, а самим управлять судьбой. От паруса все хотели отказаться как можно быстрее. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно висел в воздухе. В 1753 году в Париже был выдвинут конкурс среди мастеров, ученых и изобретателей. Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, способный заменить силу ветра. Но несмотря на то что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, дельного предложения не вынес никто.

Годы шли. И промышленная революция накрывала все больше и больше стран. Первенство и лидерство среди других держав доставалось неизменно Англии. К концу восемнадцатого века именно Великобритания стала создательницей крупной промышленности, благодаря чему завоевала титул всемирной монополистки в данной отрасли. Вопрос о механическом двигателе с каждым днем становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая паровая машина в мире

1784 год стал для Англии и для всего мира переломным моментом в промышленной революции. И человеком, ответственным за это, стал английский механик Джеймс Уатт. Паровая машина, которую он создал, стала самым громким открытием века.

На протяжении нескольких лет изучал чертежи, строение и принципы работы пароатмосферных машин. И на основании всего этого он сделал вывод, что для эффективности работы двигателя необходимо сравнять температуры воды в цилиндре и пара, который попадает в механизм. Главный минус пароатмосферных машин заключался в постоянной необходимости охлаждения цилиндра водой. Это было расходно и неудобно.

Новая паровая машина была сконструирована иным образом. Так, цилиндр заключался в специальную рубашку из пара. Таким образом Уатт добился его постоянного нагретого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор). К нему трубой присоединялся цилиндр. Когда пар отрабатывался в цилиндре, то через трубу попадал в конденсатор и там превращался обратно в воду. Работая над усовершенствованием своей машины, Уатт создал разрежение в конденсаторе. Таким образом, весь пар, попадавший из цилиндра, конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению очень сильно увеличивался процесс расширения пара, что в свою очередь позволяло извлекать из того же количества пара намного больше энергии. Это был венец успеха.

Создатель паровой машины также изменил и принцип подачи воздуха. Теперь пар попадал сначала под поршень, тем самым поднимая его, а затем собирался над поршнем, опуская. Таким образом, оба хода поршня в механизме стали рабочими, что ранее даже не представлялось возможным. А расход угля на одну лошадиную силу был в четыре раза меньше, чем, соответственно, у пароатмосферных машин, чего и добивался Джеймс Уатт. Паровая машина очень быстро завоевала сначала Великобританию, ну а затем и целый мир.

«Шарлотта Дандас»

После того как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, началось широкое применение паровых машин. Так, в 1802 году в Англии появился первый корабль на пару - катер «Шарлотта Дандас». Его создателем считается Уильям Саймингтон. Катер применялся в качестве буксировки барж по каналу. Роль движителя на судне играло гребное колесо, установленное на корме. Катер с первого раза успешно прошел испытания: отбуксировал две огромные баржи на 18 миль за шесть часов. При этом ему сильно мешал встречный ветер. Но он справился.

И все-таки его поставили на прикол, потому что опасались, что из-за сильных волн, которые создавались под гребным колесом, берега канала будут размыты. Кстати, на испытаниях «Шарлотты» присутствовал человек, которого весь мир сегодня считает создателем первого парохода.

в мире

Английский судостроитель с юношеских лет мечтал о судне с паровым двигателем. И вот его мечта стала осуществима. Ведь изобретение паровых машин стало новым толчком в судостроительстве. Вместе с посланником из Америки Р. Ливингстоном, который взял на себя материальную сторону вопроса, Фултон занялся проектом корабля с паровой машиной. Это было сложное изобретение, основанное на идее весельного движителя. По бортам судна тянулись в ряд плицы, имитирующие множество весел. При этом плицы то и дело мешали друг другу и ломались. Сегодня можно с легкостью сказать, что тот же эффект мог быть достигнут всего при трех-четырех плицах. Но с позиции науки и техники того времени это увидеть было нереально. Поэтому судостроителям приходилось намного сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру. Пароход медленно и ровно шел по Сене, поражая умы и воображение многих ученых и деятелей Парижа. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и раздосадованные судостроители вынуждены были искать счастья в Америке.

И вот в августе 1807 года первый в мире пароход под названием «Клермонт», в котором была задействована мощнейшая паровая машина (фото представлено), пошел по Гудзонскому заливу. Многие тогда просто не верили в успех.

В свой первый рейс «Клермонт» отправился без грузов и без пассажиров. Никто не хотел отправляться в путешествие на борту огнедышащего судна. Но уже на обратном пути появился первый пассажир - местный фермер, заплативший шесть долларов за билет. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был так сильно растроган, что предоставил смельчаку пожизненный бесплатный проезд на всех своих изобретениях.

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

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

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.

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.

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.

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.

В представлении большинства людей века смартфонов автомобили на паровой тяге – это нечто архаическое, что вызывает улыбку. Паровые страницы истории автомобилестроения были очень яркими и без них трудно представить современный транспорт вообще. Как ни старались скептики от законотворчества, а также нефтяные лоббисты разных стран ограничить развитие автомобиля на пару, им это удавалось лишь на время. Ведь паровой автомобиль подобен Сфинксу. Идея автомобиля на пару (т. е. на двигателе наружного сгорания) актуальна и по сей день.

В представлении большинства людей века смартфонов автомобили на паровой тяге – это нечто архаическое, что вызывает улыбку.

Так в 1865 году в Англии ввели запрет на передвижение скоростных самоходных карет на паровом ходу. Им запрещалось передвигаться быстрее 3 км/ч по городу и не выпускать клубы пара, дабы не пугать лошадей, запряжённых в обычные экипажи. Самым серьёзным и ощутимым ударом по паровым грузовым автомобилям уже в 1933 году нанёс закон о налоге на тяжёлые транспортные средства. И только в 1934 году, когда были снижены пошлины на импорт нефтепродуктов, замаячила на горизонте победа бензиновых и дизельных двигателей над паровыми.

Так изысканно и хладнокровно издеваться над прогрессом могли себе позволить только в Англии. В США, Франции, Италии среда изобретателей-энтузиастов буквально бурлила идеями, а паровой автомобиль приобретал новые очертания и характеристики. Хотя английские изобретали внесли весомый вклад в развитие парового автотранспорта, законы и предубеждения властей не позволяли им полноценно участвовать в схватке с ДВС. Но давайте обо всём по порядку.

Доисторическая справка

История развития парового автомобиля неразрывно связана с историей возникновения и совершенствования паровой машины. Когда в I веке н. э. Герон из Александрии предложил свою идею заставить пар вращать металлический шар, к его идее отнеслись не более, чем к забаве. То ли другие идеи в большей степени волновали изобретателей, но первым, кто поставил паровой котёл на колёса был монах Фердинанд Вербст. В 1672 году. К его «игрушке» тоже отнеслись как к забаве. Но следующие сорок лет не прошли даром для истории парового двигателя.

Проект самодвижущегося экипажа Исаака Ньютона (1680), пожарный аппарат механика Томаса Севери (1698) и атмосферная установка Томаса Ньюкомена (1712) продемонстрировали огромный потенциал использования пара для совершения механической работы. Сначала паровые машины откачивали воду из шахт и поднимали грузы, но к середине 18 века на предприятиях Англии таких паровых установок уже было несколько сотен.

Что же собой представляет паровой двигатель? Как может пар двигать колёса? Принцип паровой машины прост. Вода нагревается в закрытом резервуаре до состояния пара. Пар отводится по трубкам в закрытый цилиндр и выдавливает поршень. Через промежуточный шатун это поступательное движение передаётся на вал маховика.

Эта принципиальная схема работы парового котла на практике имела существенные недостатки.

Первая порция пара клубами вырывалась наружу, а остывший поршень под собственным весом опускался вниз для следующего такта. Эта принципиальная схема работы парового котла на практике имела существенные недостатки. Отсутствие системы регулирования давлением пара нередко приводила к взрыву котла. Для доведения котла до рабочего состояния требовалось немало времени и топлива. Постоянная дозаправка и гигантские размеры паровой установки лишь увеличивали перечень её недостатков.

Новую машину в 1765 году предложил Джеймс Уатт. Он направил выдавливаемый поршнем пар в дополнительную камеру для конденсации и избавил от необходимости постоянно подливать воду в котёл. Наконец, в 1784 году он разрешил задачу, как перераспределить движение пара таким образом, чтобы он толкал поршень в обоих направлениях. Благодаря созданному им золотнику, паровая машина могла работать без перерывов между тактами. Этот принцип теплового двигателя двойного действия и лёг в основу большинства паровой техники.

Над созданием паровых машин трудились много умных людей. Ведь это простой и дешёвый способ получения энергии практически из ничего.

Небольшой экскурс в историю автомобилей на паровой тяге

Однако, как ни грандиозны были успехи англичан в области , первым, кто поставил паровую машина на колёса, был француз Николя Жозеф Кюньо.

Первый паровой автомобиль Кюньо

Его автомобиль появился на дорогах в 1765 году. Скорость передвижения коляски была рекордной — 9,5 км/ч. В нём изобретатель предусмотрел четыре места для пассажиров, которых можно было прокатить с ветерком на средней скорости 3,5 км/ч. Этого успеха изобретателю показалось недостаточно.

Необходимость остановки для заправки водой и разжигание нового костра через каждый километр пути не были существенным минусом, а лишь уровнем техники того времени.

Он решился на изобретение тягача для пушек. Так на свет появилась трёхколёсная повозка с массивным котлом впереди. Необходимость остановки для заправки водой и разжигание нового костра через каждый километр пути не были существенным минусом, а лишь уровнем техники того времени.

Следующая модель Кюньо образца 1770 года имела вес около полутора тонн. Новая телега могла транспортировать порядка двух тонн груза со скоростью 7 км/ч.

Маэстро Кюньо больше занимала идея создания парового двигателя высокого давления. Его даже не смущал тот факт, что котёл мог взорваться. Именно Кюньо придумал расположить топку под котлом и возить «костёр» с собой. Кроме того, его «телега» может по праву быть названа первым грузовиком. Отставка покровителя и череда революций не дали возможности мастеру развить модель до полноценной грузовой машины.

Самоучка Оливер Эванс и его амфибия

Идея создания паровых машин имела вселенские масштабы. В североамериканских штатах изобретатель Оливер Эванс создал около пятидесяти паровых установок на базе машины Уатта. Стараясь уменьшить габариты установки Джеймса Уатта, он конструировал паровые машины для мукомольных фабрик. Однако всемирную славу Оливер Эванс приобрёл за свой паровой автомобиль-амфибию. В 1789 году его первый автомобиль в США успешно прошёл сухопутное и водное испытания.

На свою амфибию, которую можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Девятиметровый автомобиль-лодка имел вес около 15 тонн. Паровая машина приводила в движение задние колёса и гребной винт. Кстати говоря, Оливер Эванс тоже был сторонником создания парового двигателя высокого давления. На свою амфибию, которую можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Если бы у изобретателей 18-19 веков были под рукой технологии 21 века, вы представляете, сколько техники они бы придумали!? И какой техники!

XX век и 204 км/ч на паровом автомобиле Стэнли

Да! 18 век дал мощный толчок к развитию парового транспорта. Многочисленные и разнообразные конструкции самоходных паровых повозок стали всё чаще разбавлять гужевой транспорт на дорогах Европы и Америки. К началу XX века автомобили на паровой тяге существенно распространились и стали привычным символом своего времени. Как и фотография.

18 век дал мощный толчок к развитию парового транспорта

Именно свою фотографическую компанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьёз заняться производством паровых авто в США. Они создавали хорошо продаваемые паромобили. Но этого им было недостаточно для удовлетворения своих амбициозных планов. Ведь они были всего лишь одни из многих таких же автопроизводителей. Так было до тех пор, пока они не сконструировали свою «ракету».

Именно свою фотографическую компанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьёз заняться производством паровых авто в США.

Конечно, автомобили Стэнли имели славу надёжного автомобиля. Паровой агрегат располагался сзади, а бойлер разогревался при помощи факелов бензина или керосина. Маховик парового двухцилиндрового мотора двойного действия вращение на заднюю ось посредством цепной передачи. Случаев взрывов котла у Стэнли Стимер не было. Но им нужен был фурор.

Конечно, автомобили Стэнли имели славу надёжного автомобиля.

Своей «ракетой» они произвели фурор на весь мир. 205,4 км/ч в 1906 году! Так быстро ещё не ездил никто! Авто с ДВС побил этот рекорд только 5 лет спустя. Фанерная паровая «Ракета» Стэнли определила форму гоночных авто на многие годы вперёд. Но после 1917 года Стенли Стимер всё тяжелее переживал конкуренцию дешёвого Форд Т и ушёл в отставку.

Уникальные паромобили братьев Добл

Этому знаменитому семейству удалось оказывать достойное сопротивление бензиновым моторам аж до начала 30-х годов XX века. Они не собирали машины для рекордов. Братья поистине любили свои паромобили. Иначе, чем ещё объяснить изобретённые ими сотовый радиатор и кнопку зажигания? Их модели не были похожи на малые паровозы.

Братья Абнер и Джон сделали революцию в паровом транспорте.

Братья Абнер и Джон сделали революцию в паровом транспорте. Чтобы сдвинуться с места, его машину не требовалось разогревать 10–20 минут. Кнопка зажигания нагнетала керосин из карбюратора в камеру сгорания. Он попадал туда после розжига запальной свечой. Вода нагревалась за считанные секунды, а через минуту-полторы пар создавал необходимое давление и можно было ехать.

Отработанный пар направлялся в радиатор для конденсации и подготовки к последующим циклам. Поэтому для плавного пробега на 2000 км автомобилям Доблов требовалось всего девяносто литров воды в системе и несколько литров керосина. Такой экономичности не мог предложить никто! Возможно, именно на автосалоне в Детройте в 1917 году Стэнли познакомились с моделью братьев Добл и начали сворачивать своё производство.

Модель Е стала самым роскошным автомобилем второй половины 20-х и самой последней версией паромобиля Доблов. Кожаный салон, полированные элементы из дерева и кости слона радовали состоятельных владельцев внутри автомобиля. В таком салоне можно было наслаждаться пробегом на скорости до 160 км/ч. Всего 25 секунд отделяли момент зажигание от момента старта. Ещё 10 секунд требовалось, чтобы автомобиль массой в 1,2 т разогнался до 120 км/ч!

Все эти скоростные качества были заложены в четырёхцилиндровом моторе. Два поршня выталкивались паром под высоким давлением в 140 атмосфер, а два других отправляли остывший пар низкого давления в сотовый конденсатор-радиатор. Но в первой половине 30-х годов и эти красавцы братьев Добл перестали выпускаться.

Паровые грузовые машины

Однако не стоит забывать, что паровая тяга бурно развивалась и на грузовом транспорте. Это в городах паровые автомобили вызывали аллергию у снобов. А ведь грузы должны доставляться в любую погоду и не только по городу. А междугородние автобусы и военная техника? Там легковыми малолитражками не отделаешься.

Грузовой транспорт имеет одно значительное преимущество перед легковым – это его габариты.

Грузовой транспорт имеет одно значительное преимущество перед легковым – это его габариты. Именно они позволяют разместить мощные силовые установки в любом месте автомобиля. Причём она только увеличит грузоподъёмность и проходимость. А как будет выглядеть грузовик – на это не всегда обращали внимание.

Среди паровых грузовых машин хочется выделить английский Сэнтинэл и советский НАМИ. Конечно, были и многие другие, например, Фоден, Фаулер, Йоркшир. Но именно Сэнтинэл и НАМИ оказались самыми живучими и выпускались до конца 50-х годов прошлого века. Они могли работать на любом твёрдом топливе – угле, дровах, торфе. «Всеядность» этих грузовиков на пару ставило их вне влияния цен на нефтепродукты, а также позволяло использовать их в труднодоступных местах.

Трудяга Сэнтинэл с английским акцентом

Эти два грузовика отличаются не только страной производителя. Принципы расположения парогенераторов тоже были разные. Для Сэнтинэлов характерны верхнее и нижнее расположение паровых машин относительно котла. При верхнем расположении парогенератор подавал горячий пар непосредственно в камеру двигателя, который был связан с мостами системой карданных валов. При нижнем расположении парового двигателя, т. е. на шасси, котёл разогревал воду и подавал пар в двигатель по трубкам, что гарантировало потери температуры.

Для Сэнтинэлов характерны верхнее и нижнее расположение паровых машин относительно котла.

Наличие цепной передачи от маховика паровой машины на карданы было типичным для обоих типах. Это позволило конструкторам унифицировать выпуск Сэнтинэлов в зависимости от заказчика. Для жарких стран, таких как Индия, выпускали паровые грузовики с нижним, разделённым расположением котла и двигателя. Для стран с холодными зимами – с верхним, совмещённым типом.

Для жарких стран, таких как Индия, выпускали паровые грузовики с нижним, разделённым расположением котла и двигателя.

На этих грузовиках применяли множество проверенных технологий. Золотники и клапаны распределения пара, двигатели простого и двойного действия, с высоким или низким давлением, с или без КПП. Однако, это не продлили жизнь английским паровым грузовикам. Хоть они и выпускались до конца 50-х годов XX века и даже состояли на воинской службе до и во время 2-й мировой войны, они всё же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы. А так как в их кардинальной модернизации не было заинтересованных особ, то их участь была предрешена.

Хоть они и выпускались до конца 50-х годов XX века и даже состояли на воинской службе до и во время 2-й мировой войны, они всё же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы.

Кому что, а нам – НАМИ

Чтобы поднять разрушенную войной экономику советского союза, нужно было найти способ не тратить ресурсы нефти, хотя бы в труднодоступных местах – на севере страны и в Сибири. Советским инженерам была предоставлена возможность изучить конструкцию Сэнтинэла с верхним расположением четырёхцилиндровой паровой машины прямого действия и разработать свой «ответ Чемберлену».

В 30-х годах российские институты и конструкторские бюро предпринимали неоднократные попытки создания альтернативного грузовика для лесной промышленности.

В 30-х годах российские институты и конструкторские бюро предпринимали неоднократные попытки создания альтернативного грузовика для лесной промышленности. Но каждый раз дело останавливалось на стадии испытаний. Используя собственный опыт и возможность изучения трофейных паромобилей, инженерам удалось убедить руководство страны в необходимости такого грузовика-паровика. Тем более что бензин стоил в 24 раза дороже угля. А со стоимостью дров в тайге вообще можно не упоминать.

Группа конструкторов под руководством Ю. Шебалина максимально упростили парового агрегата в целом. Они совместили четырёхцилиндровый двигатель и котёл в один агрегат и расположили его между кузовом и кабиной. Поставили эту установку на шасси серийного ЯАЗ (МАЗ)-200. Работа пара и его конденсация были совмещены в замкнутом цикле. Подача дровяных чушек из бункера осуществлялась автоматически.

Так появился на свет, вернее на лесном бездорожье, НАМИ-012. Очевидно, принцип бункерной подачи твёрдого топлива и расположение паровой машины на грузовом автомобиле был заимствован из практики газогенераторных установок.

Судьба хозяина лесов – НАМИ-012

Характеристики парового отечественного бортового грузовика и лесовоза НАМИ-012 были такие

  • Грузоподъёмность – 6 тонн
  • Скорость – 45 км/ч
  • Дальность пробега без дозаправки топлива – 80 км, если была возможность обновить запас воды, то 150 км
  • Крутящий момент на малых оборотах – 240 кгм, что превышало почти в 5 раз показатели базового ЯАЗ-200
  • Котёл с естественной циркуляцией создавал давление в 25 атмосфер и доводил пар до температуры 420°С
  • Пополнять запасы воды возможно было непосредственно из водоёма через эжекторы
  • Цельнометаллическая кабина не имела капот и была выдвинута вперёд
  • Скорость регулировалась объёмом пара в двигателе при помощи рычага подачи/отсечки. С его помощью цилиндры наполнялись на 25/40/75%.
  • Одна задняя передача и три педаль управления.

Серьёзными недостатками парового грузовика были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость в мороз избавляться от воды в котле.

Серьёзными недостатками парового грузовика были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость в мороз избавляться от воды в котле. Но основным минусом, который присутствовал у первого образца, была плохая проходимость в незагруженном состоянии. Тогда получалось, что передняя ось была перегружена кабиной и паровым агрегатом, по сравнению с задней. С этой задачей справились, установив модернизированную паросильную установку на полноприводный ЯАЗ-214. Теперь и мощность лесовоза НАМИ-018 была доведена до 125 лошадиных сил.

Но, не успев распространиться по стране, парогенераторные грузовики были все утилизированы во второй половине 50-х годов прошлого века.

Но, не успев распространиться по стране, парогенераторные грузовики были все утилизированы во второй половине 50-х годов прошлого века. Впрочем, вместе с газогенераторными. Потому что стоимость переделки автомобилей, экономический эффект и удобство эксплуатации были трудоёмки и сомнительны, по сравнению с бензиновыми и дизельными грузовиками. Тем более что к этому времени в Советском Союзе уже налаживалась добыча нефти.

Скоростной и доступный современный паровой автомобиль

Не стоит думать, что идея автомобиля на паровой тяге забыта навсегда. Сейчас проявляется значительный рост интереса к двигателям, альтернативным ДВС на бензине и дизтопливе. Мировые запасы нефти не безграничны. Да, и стоимость нефтепродуктов постоянно увеличивается. Конструкторы так старались усовершенствовать ДВС, что их идеи почти достигли своего лимита.

Электромобили, авто на водороде, газогенераторные и паромобили вновь стали актуальными темами. Здравствуй, забытый 19 век!

Сейчас проявляется значительный рост интереса к двигателям, альтернативным ДВС на бензине и дизтопливе.

Британский инженер (опять Англия!) продемонстрировал новые возможности парового двигателя. Он создал свой Inspuration не только для демонстрации актуальности автомобилей паровой тяге. Его детище сделано для рекордов. 274 км/ч – такова скорость, которую разгоняют двенадцать котлов, установленных на 7,6 метровый болиде. Всего 40 литров воды достаточно, чтобы сжиженный газ буквально за миг довёл температуру пара до 400°С. Подумать только, истории понадобилось 103 года, чтобы побить рекорд скорости автомобиля на паровой тяге, установленный «Ракетой»!

В современном парогенераторе можно использовать уголь в виде порошка или другое дешёвое топливо, например, мазут, сжиженный газ. Именно поэтому паровые автомобили всегда были и будут популярны.

Но чтобы настало экологически чистое будущее, опять необходимо преодолевать сопротивление нефтяных лоббистов.

Ровно 212 лет назад, 24 декабря 1801 года, в небольшом английском городе Камборне механик Ричард Тревитик продемонстрировал общественности первый автомобиль с паровым двигателем Dog Carts. Сегодня это событие можно было бы смело отнести в разряд хоть и примечательных, но несущественных, тем более что паровой двигатель был известен и ранее, и даже применялся на транспортных средствах (хотя назвать их автомобилями было бы очень большой натяжкой)… Но вот что интересно: именно сейчас технический прогресс породил ситуацию, поразительно напоминающую эпоху великой «битвы» пара и бензина в начале XIX века. Только бороться предстоит аккумуляторам, водороду и биотопливу. Хотите узнать, чем все закончится и кто победит? Не буду подсказывать. Намекну: технологии ни при чем…

1. Увлечение паровыми двигателями прошло, и наступило время двигателей внутреннего сгорания. Для пользы дела повторю: в 1801 году по улицам Камборна покатился четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км.

Теперь сопоставим эти сведения с другими. В том же 1801 году француз Филипп Лебон получил патент на конструкцию поршневого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на светильном газе. Случилось так, что через три года Лебон погиб, и развивать предложенные им технические решения пришлось другим. Лишь в 1860 году бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар собрал газовый двигатель с зажиганием от электрической искры и довёл его конструкцию до степени пригодности к установке на транспортное средство.

Итак, автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания – практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%.

2. Паровая тяга - всего лишь краткий миг в истории прогресса. Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и - внимание! - электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.

Фирма Stanley производила до 1927-го примерно 1 тыс. паровых автомобилей в год. В Англии паровые грузовики успешно конкурировали с бензиновыми до 1933 года и проиграли лишь по причине введения властями налога на тяжёлый грузовой транспорт и снижения тарифов на импорт жидких нефтепродуктов из США.

3. Паровая машина неэффективна и неэкономична. Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.

Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.

4. Паровой двигатель медленно запускается. И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.

5. Паровой автомобиль слишком нетороплив. Это не так. Рекорд скорости 1906 года - 205,44 км/час – принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде – 241,7 км/час.

6. Паровой автомобиль дымит, он неэстетичен. Рассматривая старинные рисунки, на которых изображены первые паровые экипажи, выбрасывающие из своих труб густые клубы дыма и огня (что, кстати, свидетельствует о несовершенстве топок первых «паровиков»), понимаешь, откуда взялась стойкая ассоциация паровой машины и копоти.

Что касается внешнего вида машин, дело тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнера Добля (США) некрасивы. Напротив, они элегантны даже по теперешним представлениям. И ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро - до 130 км/час.

Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.

7. Паровой двигатель капризен. Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.

Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач - сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.

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 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

☑️ Паровая машина: принцип работы, устройство, схема

В наши дни паровые машины ассоциируются с пережитком прошлого. Они были тяжелыми, крайне неэкономичными и загрязняли окружающую среду. Тем не менее их производство позволило быстро развить промышленность и транспорт. Изобретение паровой машины — огромный технологический скачок в истории человечества. Как устроен паровой двигатель и используется ли он до сих пор?

Кто изобрел паровой двигатель?

Греческий изобретатель Хернон Александрийский считается инициатором создания первой паровой машины.Это было простое устройство, состоящее из двух элементов. Первый представлял собой водогрейный котел и шар, закрепленный на оси. Интересно, что это был не обычный шар, а с установленными с двух сторон насадками. Горячий пар направлялся к подвесному шару и выходил через соответствующие сопла. Из-за силы отдачи он начал вращаться вокруг своей оси. К сожалению, это устройство не имело никакого практического применения.

Паровой двигатель — изобретение

Паровой двигатель считается фактическим паровым двигателем, разработанным в 1710 Томасом Ньюкоменом в Англии.Конструкция этой машины напоминала современные паровые машины. За подвод энергии отвечал поршень, перемещающийся внутри цилиндра за счет подаваемого горячего пара. Двигатель Томаса Ньюкомена, вопреки историческому изобретению Хернона, уже нашел подходящее применение. Он использовался в шахтах и ​​использовался для откачки воды.

Джеймс Уатт в эпоху промышленной революции

У паровой машины, разработанной Томасом Ньюкоменом, был серьезный недостаток. Он действовал очень медленно.К счастью, в 1782 году, и Джеймс Уатт модернизировали эту идею. Кульминацией его творчества стала двухсторонняя паровая машина, получившая, наконец, вариант с центробежным регулятором вращения. Благодаря этому промышленная революция смогла двигаться «полным ходом». В качестве любопытства следует добавить, что было выпущено 250 штук этой машины.

Как работает паровой двигатель?

Конструкция классической паровой машины на основе решения Джеймса Уатта относительно проста.Вода в чайнике доводится до кипения путем ее нагревания. Для этой цели чаще всего использовали уголь или дрова. Образовавшийся водяной пар поступает в цилиндр и перемещает внутри него поршень. Работа всей системы довольно интересна, потому что горячий пар подается попеременно в переднюю и заднюю часть цилиндра.

Работу паровой машины можно описать четырьмя пунктами:

  1. Водяной пар поступает в цилиндр через открытый впускной канал.
  2. Из-за преобладающего давления поршень смещается.
  3. При достижении уставки клапан закрывается.
  4. Поршень начинает возвращаться в исходное положение, выпуская при этом скопившийся пар.

На начальных этапах развития паровых двигателей для движения использовался насыщенный пар. Это было самое простое решение, но неэффективное. Этот пар конденсировался на стенках цилиндров, что, как следствие, вызывало тепловые потери и снижало эффективность всей системы.Гораздо более эффективным решением оказалось использование ненасыщенного пара (с температурой выше точки кипения воды). Он под высоким давлением подавался в цилиндр высокого давления, а затем подавался в цилиндр низкого давления. Двойное расширение гарантировало большую эффективность двигателя.

Преимущества паровой машины

Одним из несомненных достоинств паровых машин является их простая конструкция. Это напрямую влияет на высокую механическую долговечность.Конечно, при условии, что все движущиеся части правильно смазываются и обслуживаются.

Преимуществом также является простота получения топлива и схема работы данного типа двигателя. Благодаря этому можно легко и быстро диагностировать и устранить дефект.

К преимуществам и недостаткам паровой машины относятся также так называемые многотопливная емкость . Сжигать можно не только уголь, но и другие виды твердого топлива, например дрова. Как насчет производительности? Здесь мощность пара может сильно удивить, потому что эти двигатели генерируют очень высокий крутящий момент и, что лучше всего, на стартовой скорости.

. Недостатки паровой машины

Самым большим недостатком паровых двигателей является выброс огромного количества побочных продуктов сгорания угля. Кроме того, чтобы привести в движение паровоз на участке железной дороги средней протяженности, нужно взять на борт десяток или несколько десятков тонн угля. Не будем забывать и о том, что это сырье недешевое.

Добавим к.п.д. паровой машины, который обычно не превышает 10%, и окажется, что несмотря на огромное количество топлива, количество получаемой от него энергии тревожно мало.Еще одним недостатком является огромный вес паровых двигателей, которые, несомненно, намного массивнее более популярных двигателей внутреннего сгорания.

Наконец, есть еще один существенный недостаток, это длительное время подготовки двигателя к работе, т.е. пуска. Чтобы паровая машина заработала, потребуется несколько десятков минут. Это время должно быть включено, среди прочего проверка и смазка движущихся частей, очистка печи, подготовка и зажигание топлива и, наконец, нагрев воды (только запуск паровой машины требует огромного количества топлива).В связи с этим даже крупногабаритные дизели, установленные на локомотивах, гораздо раньше выходят на рабочую температуру.

Паровой двигатель в автомобиле

Паровые двигатели

, несмотря на столь многие преимущества, успешно вытесняются гораздо более эффективными и экономичными дизельными двигателями. Другая проблема — чисто экологическое существо. Не обманывая себя, сжигание огромного количества угля не остается нейтральным по отношению к окружающей среде. К счастью, эти величественные двигатели не полностью забыты и в 2001 году был создан прототип современной паровой машины.

Это ZEE или двигатель с нулевым уровнем выбросов. Эта 992-кубовая 3-цилиндровая система, 3 , вырабатывала 50 кВт мощности. Как работал такой двигатель? На каждый цилиндр приходилась горелка, нагревающая воду в замкнутой системе. Полученный таким образом водяной пар достигал давления 50 бар.

Двигатель ZEE отличался высоким КПД, достигавшим даже 23%. Это означает, что он был более чем в 2 раза эффективнее двигателей, устанавливаемых на паровозы. К сожалению, этого еще недостаточно, чтобы конкурировать с тогдашними бензиновыми или дизельными агрегатами.

Резюме

Паровые двигатели, несомненно, способствовали развитию отрасли. Использование пара для привода машин на транспорте и в промышленности казалось неподвластным времени решением, и так оно и было на самом деле. Прошло более 300 лет с тех пор, как Томас Ньюкомен построил паровую машину в 1710 году. Паровые двигатели долгое время были важной частью экономики во всем мире. Можем ли мы рассчитывать на их возвращение?

Все указывает на то, что интенсивное технологическое развитие в конце 20 века успешно заменило традиционные паровые двигатели.Хотя на самом деле они очень надежны и обладают относительно высокой производительностью, самой большой проблемой является тип используемого в них топлива. Все упирается в подогрев воды, который к тому же должен быть дешевым, легким и высокомобильным решением. К сожалению, современные двигатели внутреннего сгорания в этом отношении гораздо полезнее, и нет никаких признаков большой отдачи от паровых двигателей.

Тем не менее, следует признать, что, несмотря на долгую историю этого типа машин, большое количество людей испытывает к ним огромную любовь.В особенности это относится к энтузиастам железной дороги, для которых паровозы — настоящая редкость, вызывающая большой ажиотаж.

Самые большие паровые двигатели когда-то использовались на кораблях, таких как RMS Lusitania.

Главный редактор Joblife.pl

Вот уже 11 лет он занимается созданием специализированных путеводителей.Его знания получены из многоязычных информационных каналов и научных энциклопедий. Лично я любитель горных путешествий и энтузиаст маркетинга.

.

Паровоз - Интересные факты - Bryk.pl

Паровые двигатели также используются в быту в 21 веке.Энергия, которую они производят, используется в ядерных реакторах, которые, вопреки распространенному мнению об их сложном строении, используют явление превращения воды в пар, который вырабатывает энергию и задает турбина в движении движущая сила электрогенераторов.

Истоки паровой машины относятся к I веку, когда Герон Александрийский (Греция) сконструировал паровую машину, состоящую из полого шара, подвешенного на двух трубах, по которым к нему подавался пар из котла.Подаваемый таким образом пар накапливался в сфере, а затем выходил через еще две трубки, выходящие из сферы.

Вт 1710. Томас Ньюкомен (Англия) сконструировал поршневую машину на основе развальцовки поршня внутри цилиндра. Индуцированный пар заставлял поршень в цилиндре подниматься, который затем охлаждался для конденсации пара. Эта обработка привела к падению давления в цилиндре и втягиванию поршня. Эта машина использовалась, в частности, в шахтах, где их использовали для откачки воды.Изобретение, однако, было медленным и неэффективным, поскольку цилиндр приходилось попеременно охлаждать и нагревать, что занимало много времени. Эту проблему решил Джеймс Уатт.

Этот шотландский инженер 1769 года. получено разрешение на модернизацию поршневой машины Ньюкомена. В 1782 году. построил двухстороннюю паровую машину, а в 1784 г. получил патент на «универсальную паровую машину с центробежным регулятором скорости», ускорившую ход промышленной революции. В 1775 году. начал производство паровых машин в компании, основанной вместе с М.Фабрика Boulton в Сохо недалеко от Бирмингема. До 1800 г. их удалось изготовить 250 штук.

Двигатель Уатта отличался от своего предшественника тем, что пар накапливался в отдельном баке, а не в цилиндре. Это изменение привело к снижению тепловых потерь, и новый двигатель работал быстрее, потому что цилиндр не нужно было постоянно охлаждать и прогревать. Эти модернизации сделали паровой двигатель викторианской эпохи устройством, которое можно использовать во многих областях, в том числев в полиграфии, в прядении, а также в сельском хозяйстве и в парках развлечений (движущиеся карусели). Эксклюзивные парикмахерские могли похвастаться аппаратами для массажа головы, а в домах были пылесосы. Паровозы также модернизировали наземный транспорт, а водный транспорт - пароходы.

Первая паровая машина была введена в эксплуатацию в Царстве Польском в 1839 году на текстильной фабрике Людвика Гейера. Эта машина имела мощность 60 л.с. и использовалась в ткацкой промышленности.

.

История паровой машины и ее применения. Паровозы

Принцип действия паровой машины

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная часть

1.2 Steam Engine

1.2 1 паровой двигатель

1.2.1 Паровые турбины

1.2.2 The Steam Turbines

1.3

Первые паровые машины Паровые лодки

1.3.2 Рождение двухколесных транспортных средств

1.4 Использование паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых двигателей

1.4.2 производительность

2. Практическая часть

2.1 Структура механизма

2.2. 2.2 способа улучшения машины и его производительности

2.3 Анкета

Приложение

Библиография

Приложение

Паровая машина Полезное действие

Настоящая исследовательская работа состоит из 32 листов и включает теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение.В теоретической части вы узнаете принцип действия паровых машин и механизмов, их историю и роль их применения в жизни. В практической части подробно описан процесс проектирования и испытаний паровой машины в домашних условиях. Эта исследовательская работа может служить наглядным примером работы и использования энергии пара.

Введение

Мир повинуется всем капризам природы, где машины приводятся в движение силой мускулов или силой водяных колес и ветряных мельниц - таким был мир технологий до создания паровой машины.например, лист бумаги) на своем пути. В результате после долгих экспериментов появилась паровая машина.И представьте себе заводы с трубами, паровыми машинами и турбинами, паровозы и пароходы - целый сложный и могучий мир рукотворной паровой техники. единственный универсальный двигатель и сыграл огромную роль в развитии человечества. паровая машина послужила толчком к дальнейшему развитию транспортных средств. В течение ста лет это был единственный промышленный двигатель, универсальность которого позволяла использовать его на заводах, железных дорогах и на флоте.Изобретение паровой машины – огромный скачок, стоявший на рубеже двух эпох. И с веками весь смысл этого изобретения чувствуется еще больше.

Гипотеза:

Сможете ли вы построить простейший механизм, работающий на пару, своими руками?

Цель работы: сконструировать механизм, который движется в паре.

Цель исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Спроектировать и построить простейший паровой механизм.

3. Рассмотрите возможность повышения производительности в будущем.

Настоящая исследовательская работа послужит учебным пособием на уроках физики для старшеклассников и всех, кто интересуется этим предметом.

Паровая машина представляет собой тепловую поршневую машину, в которой потенциальная энергия водяного пара от парового котла преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращения вала.

Пар является одним из наиболее распространенных теплоносителей в тепловых системах с подогревом жидкого или газообразного рабочего тела, помимо воды и термальных масел.Водяной пар имеет ряд преимуществ, в т.ч. простота и гибкость использования, низкая токсичность, возможность обеспечить значительное количество энергии в технологическом процессе. Его можно использовать в различных системах, в которых хладагент находится в прямом контакте с различным оборудованием, что эффективно способствует снижению затрат на энергию, сокращению выбросов и быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный опытным путем, согласно которому энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется во времени.Другими словами, энергия не может появиться из ничего и никуда не исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Принципиально, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии есть следствие однородности времени, и в этом смысле он универсален, т. е. присущ системам самой разной физической природы.

3000 г. до н.э. - первые дороги появились в Древнем Риме.

2000 г. до н.э. - круг принял более привычный для нас вид.Теперь у него есть ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н.э. НС. - появились первые дороги, обшитые деревянными балками.

312 до н.э. - Первые каменные дороги были построены в Древнем Риме. Стена была толщиной в метр.

1405 - появились первые весенние конные экипажи.

1510 - гужевая повозка получила кузов со стенками и крышей. Во время путешествия у пассажиров была возможность защититься от непогоды.

1526 - Немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в движение силой мускулов людей.Люди, идущие по бокам вагона, крутили специальные ручки. Это вращение передавалось на колеса экипажа посредством червячной передачи. К сожалению, вагон не был изготовлен.

16:00 - Саймон Стевин строит яхту на колесах, приводимую в движение ветром. Это был первый проект безлошадной повозки.

1610 - вагоны подверглись двум существенным улучшениям. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, раскачивающие пассажиров в пути, заменили на стальные пружины. Во-вторых, была улучшена конская упряжь.Теперь лошадь тащила повозку не шеей, а грудью.

1649 - Прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы ранее созданной человеком пружины кручения. Повозка с пружинным приводом была построена Иоганном Хоухом в Нюрнберге. Однако историки оспаривают эту информацию, так как есть версия, что вместо большой пружины в повозке сидел человек, который приводил механизм в движение.

1680 - первые образцы верховой езды в крупных городах, общественный транспорт.

1690 - Штефан Фарффлер из Нюрнберга изобретает трехколесную тележку, которая движется с помощью двух ручек, вращающихся вручную. Благодаря этому приводу автомобильный конструктор смог передвигаться с места на место без помощи ног.

1698 - Англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 - Русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков направил в канцелярию Нижегородской губернии "рапорт" с описанием "самостоятельного инвалидного кресла".

1769 Французский изобретатель Кюньо строит первую в мире паровую машину.

1784 Джеймс Уатт строит первую паровую машину.

1791 - Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную повозку, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся через педальный механизм.

1794 - Паровая машина Cugno была передана в дар «хранилищу машин, инструментов, моделей, чертежей и описаний всех видов декоративно-прикладного искусства» как еще одна механическая редкость.

1800 - бытует мнение, что в этом году в России построили первый в мире велосипед.Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 - На улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был сделан из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было ни руля, ни педалей.

1810 - Судоходство начало зарождаться в Америке и Европе. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, населенные ямщиками-чемпионами.

1816 - Немецкий изобретатель Карл Фридрих Дрейс строит машину, напоминающую современный велосипед.Как только он появился на улицах города, ему дали название «беговая машина», потому что его владелец фактически бегал по земле, отталкиваясь ногами.

1834 - Парусный экипаж конструкции М. Акуэ прошел испытания в Париже. Этот экипаж имел мачту высотой 12 метров.

1868 — Считается, что в этом году прототип современного мотоцикла создал француз Эрн Мишо.

1871 - Французский изобретатель Луи Перро разрабатывает паровой двигатель для велосипеда.

1874 год - в России построена паровая электростанция колесный трактор... Был использован английский прототип автомобиля Эвелин Портер.

1875 - В Париже состоялась демонстрация первой паровой машины Amadeus Bdley.

1884 - Американец Луи Коупленд строит мотоцикл с паровым двигателем, установленным над передним колесом. Эта конструкция могла разгоняться до 18 км/ч.

1901 - в России построен пассажирский паром Московского велосипедного завода "Дукс".

1902 - Леон Серполле установил мировой рекорд скорости 120 км/ч на одном из своих паровозов.

Через год он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 - Американец Ф. Марриотт превысил скорость 200 км на паровой машине

1.2 Пара двигатель

Паровой двигатель. Пар, образующийся при нагревании воды, используется для движения. В некоторых двигателях пар заставляет двигаться поршни в цилиндрах. Это создает возвратно-поступательное движение. Прикрепленный механизм обычно приводит его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются поршневые двигатели.Паровые турбины также используются в качестве двигателей, которые непосредственно передают вращение за счет вращения ряда лопастных колес. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и морские гребные винты. В любой паровой машине теплота, образующаяся при нагревании воды в паровом котле (бойлере), преобразуется в энергию движения. Тепло может быть получено от сжигания топлива в печи или от ядерного реактора. Первым в истории паровозов был тип насоса, с помощью которого откачивали воду, затоплявшую шахты.Он был изобретен в 1689 году Томасом Савери. В этой очень простой по конструкции машине пар конденсируется в небольшое количество воды, в результате чего создается частичный вакуум, благодаря которому вода отсасывается из вала. В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел паровой поршневой насос. В 1860-х гг. Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию Ньюкомена и создал гораздо более эффективные паровые машины. Вскоре их стали использовать на заводах для привода станков. В 1884 г.Английский инженер Чарльз Парсоне (1854-1931) изобрел первую практическую паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что вскоре он начал заменять поршневые паровые двигатели на электростанциях. Самым поразительным достижением в области паровых двигателей стало создание микроскопического, полностью закрытого работающего парового двигателя. Японские ученые создали его, используя методы, используемые для создания интегральных схем. Небольшой ток через электрический нагревательный элемент превращает каплю воды в пар, приводящий в движение поршень.Теперь ученым предстоит выяснить, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

В сознании большинства людей в эпоху смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку. Насыщенные страницы автомобильной истории были очень яркими и без них вообще сложно представить современный транспорт. Как ни скептически относились к закону, а также нефтяные лоббисты из разных стран пытались ограничить разработку автомобиля для пары, сделать это им удалось лишь на время.Ведь паровая машина похожа на сфинкса. Идея автомобиля на пару (т.е. с двигателем внутреннего сгорания) актуальна и сегодня.

В сознании большинства людей в эпоху смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку.

Так, в 1865 году в Англии было запрещено передвигаться на скоростных самоходных машинах на пару. Им запрещалось передвигаться по городу со скоростью более 3 км/ч и не выпускать пар, чтобы не пугать лошадей, запряженных в обычные экипажи.Самый серьезный и ощутимый удар по паровозам нанес уже в 1933 г. закон о налоге на большегрузные автомобили... И только в 1934 г., когда были снижены пошлины на ввоз нефтепродуктов, и победа бензиновых и дизельных двигателей над паровыми .

Только в Англии могли позволить себе так изящно и хладнокровно издеваться над прогрессом. В США, Франции и Италии среда энтузиастов-изобретателей буквально разрывалась от идей, а паровая машина приобретала новые очертания и черты. Хотя изобретение англичан и внесло значительный вклад в развитие паровых транспортных средств, законы и предубеждения властей не позволяли им в полной мере участвовать в борьбе с двигателем внутреннего сгорания.Но давайте говорить о том, что все в порядке.

Доисторическая ссылка

История развития паровой машины неразрывно связана с историей создания и усовершенствования паровой машины. Когда в I веке нашей эры Н.С. Цапля Александрийская предложила паре свою идею вращать металлический шар, и его идея была сочтена не более чем забавой. Были ли изобретатели больше озабочены другими идеями, но первым, кто поставил паровой котел на колеса, был монах Фердинанд Вербст.В 1672 году к его «игрушке» тоже относились как к игре. Но следующие сорок лет не прошли даром для истории паровой машины.

проект самоходного экипажа Исаака Ньютона (1680 г.), пожарный аппарат механика Томаса Севери (1698 г.) и атмосферная среда Томаса Ньюкомена (1712 г.) продемонстрировали огромные возможности использования пара для выполнения механической работы.. Первоначально паровые машины откачивали воду из шахт и поднимали грузы, но к середине 18 века таких паровых установок в английских компаниях было уже несколько сотен.

Что такое паровой двигатель? Как пара может двигать колеса? Принцип работы паровой машины прост. Вода нагревается в закрытом паровом баке. Пар подается в закрытый цилиндр и выталкивает поршень. Это поступательное движение передается на вал маховика через промежуточный шатун.

Эта принципиальная схема Эксплуатация парового котла на практике имела значительные недостатки.

Первый выстрел пара вылился в палки, а остывший поршень упал под собственным весом к следующему удару.На практике эта принципиальная схема парового котла имела существенные недостатки. Отсутствие системы регулирования давления пара часто приводило к взрыву котла. Приведение котла в техническое состояние потребовало много времени и топлива. Непрерывная дозаправка и гигантские размеры паровой установки только дополняли список ее недостатков.

Новая машина была предложена Джеймсом Уаттом в 1765 году. Выдавливаемый поршнем пар направлялся в дополнительную конденсационную камеру и избавлял от необходимости постоянно доливать воду в котел.Наконец, в 1784 году он решил проблему перераспределения движения пара, толкая поршень в обоих направлениях. Благодаря созданной им катушке паровоз смог работать без пауз между циклами. Этот принцип представлял собой тепловую машину двойного действия и лег в основу большинства паровых технологий.

Многие умные люди работали над созданием паровых двигателей. Ведь это простой и дешевый способ черпать энергию практически из ничего.

Небольшой экскурс в историю паровых машин

Однако, как бы ни были велики успехи британцев на этом поприще, француз Николя Жозеф Куньо был первым паровым двигателем, поставленным на колеса.

Первый паровой автомобиль Kyunho

Его автомобиль появился на дорогах в 1765 году. Скорость коляски составила рекордные 9,5 км/ч. В нем изобретатель предусмотрел четыре пассажирских сиденья, которые можно было катить по ветру со средней скоростью 3,5 км/ч. Этого успеха изобретателю было мало.

Необходимость останавливаться для дозаправки и разжигания нового костра через каждый километр дороги была не существенным недостатком, а только современным состоянием техники того времени.

Он решил изобрести пушечный тягач. Так родилась трехколесная телега с массивным котлом впереди. Необходимость останавливаться для дозаправки и разжигания нового костра на каждом километре дороги не была существенным недостатком, а лишь была в то время новшеством.

Еще одна модель Cugno 1770 года весила около полутора тонн. Новый грузовик мог перевозить около двух тонн груза со скоростью 7 км/ч.

Маэстро Куньо больше интересовала идея создания паровой машины высокого давления.Его даже не смущал тот факт, что котел может взорваться. Именно Куюнхо придумал разместить очаг под котлом и взять с собой «огонь». Кроме того, его «автомобиль» по праву можно назвать первым грузовиком. Отставка патрона и череда революций помешали мастеру развить модель в полноценный грузовик.

Самоучка Оливер Эванс и его амфибия

Идея создания паровых машин имела универсальный масштаб. В штатах Северной Америки изобретатель Оливер Эванс создал около полусотни паровых установок на базе машины Уатта.Стремясь уменьшить размер завода Джеймса Уатта, он разработал паровые двигатели для мукомольных заводов. Однако всемирную известность Оливер Эванс получил благодаря своей паровой амфибии. В 1789 году его первая машина в США успешно прошла как наземные, так и водные испытания.

На свой автомобиль-амфибию, который можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил паровую машину на давление в десять атмосфер!

Девятиметровый корпус фургона весил примерно 15 тонн.Приведенный в движение паровой двигатель, задние колеса и пропеллер. Между прочим, Оливер Эванс также был сторонником паровой машины высокого давления. На свой автомобиль-амфибию, который можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Если бы у изобретателей 18-19 века были на руках технологии 21 века, представляете, сколько бы технологий они изобрели!? Какая техника!

20 век и 204 км/ч на паровой машине Stanley

Да! XVIII век дал мощный толчок развитию парового транспорта.Многочисленные и разнообразные конструкции самоходных паровых машин стали все больше и больше ослаблять конный транспорт на дорогах Европы и Америки. В начале 20 века автомобили с паровым двигателем получили значительное распространение и стали известным символом своего времени. Так же как и фотография.

XVIII век дал мощный толчок развитию парового транспорта

Именно свою фотокомпанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьез заняться производством паровых автомобилей в США.Они построили хорошо продаваемые паромные вагоны. Но этого оказалось недостаточно для реализации амбициозных планов. В конце концов, они были лишь одним из многих производителей одних и тех же автомобилей. Так было до тех пор, пока не сконструировали свою "ракету".

Именно свою фотокомпанию продали братья Стэнли, когда решили серьезно заняться производством паровых автомобилей в США в 1897 году.

Наверняка автомобили Стэнли имели славу надежных автомобилей...Паровой блок располагался сзади и котел отапливался бензиновыми или керосиновыми горелками. Маховик двухцилиндровой паровой машины двойного действия, вращающийся на задней оси посредством цепной передачи. У Stanley Steamer не было случаев взрыва котла. Но им нужен был всплеск.

Очевидно, автомобили Stanley имели репутацию надежных автомобилей.

Они произвели фурор на весь мир своей "ракетой". 205,4 км/ч в 1906 году! Так быстро еще никто не ездил! Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания побил этот рекорд лишь спустя 5 лет.Паровая фанера Stanley в гоночных автомобилях формы «Ракета» на протяжении многих лет. Но после 1917 года Stanley Steamer все чаще сталкивался с конкуренцией дешевого Ford T и ушел.

Уникальные паромы Doble Brothers

Это знаменитое семейство сумело оказать достойное сопротивление бензиновым двигателям до начала 1930-х годов. Они не строили рекордные автомобили. Братья очень любили свои паромы. Иначе как еще объяснить изобретенный ими кулер камеры и кнопку зажигания? Их модели не были похожи на маленькие паровозы.

Братья Эбнер и Джон произвели революцию в паровом транспорте.

Братья Эбнер и Джон произвели революцию в паровых перевозках. Его машине не нужно было прогреваться в течение 10-20 минут, чтобы тронуться с места. Кнопка зажигания перекачивала керосин из карбюратора в камеру сгорания. Туда он попал после зажигания от свечи зажигания. Вода нагревалась за секунды, а через полторы минуты пар набирал необходимое давление, и можно было идти.

Отработавший пар направлялся в охладитель для конденсации и подготовки к последующим циклам.Поэтому для спокойного пробега в 2000 км автомобилям «Доблов» требовалось всего девяносто литров воды в системе и несколько литров керосина. Такую экономию не мог предложить никто! Возможно, именно на автосалоне в Детройте в 1917 году Стэнли познакомился с моделью братьев Добл и начал ограничивать их производство.

Модель

E стала самым роскошным автомобилем второй половины 1920-х годов и последней версией паромного вагона Доблова. Кожаный салон, полированное дерево и кости слона радуют состоятельных владельцев внутри автомобиля.В такой кабине можно было наслаждаться бегом со скоростью до 160 км/ч. С момента зажигания до момента запуска прошло всего 25 секунд. Еще 10 секунд понадобилось 1,2-тонному автомобилю, чтобы разогнаться до 120 км/ч!

Все эти скоростные характеристики заложены в четырехцилиндровом двигателе. Два поршня выталкивались паром высокого давления в 140 атмосфер, а два других направляли охлажденный пар низкого давления в сотовый радиатор. Но в первой половине 1930-х гг.эти красавцы братья Добл больше не производились.

Паровозы

Не следует, однако, забывать, что паровая тяга быстро развила грузовой транспорт... Паровозы в городах аллергичны для снобов. Но товар должен быть доставлен в любую погоду и не только по городу. А междугородние автобусы и военная техника? На маленьких машинах туда не сойдешь.

Грузовой транспорт имеет одно существенное преимущество перед пассажирским транспортом - его габариты.

Грузовой транспорт имеет одно существенное преимущество перед пассажирским транспортом - его габариты. Именно они позволяют размещать мощные силовые установки в любом месте автомобиля. Более того, это только повысит грузоподъемность и проходимость. На то, как будет выглядеть грузовик, не всегда обращают внимание.

Среди пары грузовиков хотелось бы выделить английский Sentinel и советский НАМИ. Конечно, было и много других, таких как Фоден, Фаулер, Йоркшир. Но именно Sentinel и НАМИ оказались самыми стойкими и выпускались до конца 1950-х годов.прошлый век. Они могли работать на любом твердом топливе – угле, дровах, торфе. «Всеядность» этих грузовиков ставила их попарно вне зависимости от цены нефтепродуктов, позволяла использовать их в труднодоступных местах.

Трудоголик-страж с английским акцентом

Два грузовика отличаются не только страной производства. Отличались и правила размещения парогенераторов. Сантинели характеризуются верхним и нижним расположением паровых машин по отношению к котлу.В верхнем положении парогенератор подавал горячий пар непосредственно в моторный отсек, который соединялся системой с мостами через карданные валы... Благодаря нижнему расположению паровой машины, т.е. на шасси, котел нагревал воду и подавали пар к двигателю по трубам, что гарантировало температурные потери.

Сантинеле характеризуются верхним и нижним расположением паровых машин по отношению к котлу.

Характерным для обоих типов было наличие цепной передачи от маховика паровой машины к карданным шарнирам.Это позволило дизайнерам стандартизировать производство Сантинели в зависимости от заказчика. Для жарких стран, таких как Индия, выпускались паровые машины с нижним, раздельным расположением котла и двигателя. Для стран с холодными зимами - с верхним, комбинированным типом.

Для жарких стран, таких как Индия, выпускались паровые машины с нижним, раздельным расположением котла и двигателя.

В этих грузовиках используются многие проверенные технологии.Золотники и клапаны распределения пара, двигатели одинарного и двойного действия, высокого или низкого давления, с редуктором или без него. Однако это не продлило жизнь английским паровозам. Хотя они выпускались до конца 1950-х годов и даже служили в армии до и во время Второй мировой войны, они все же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы. А так как не нашлось заинтересованных в их радикальной модернизации лиц, их судьба была обречена.

Хотя выпускались до конца 1950-х гг.Они были даже громоздкими и чем-то напоминали паровозы 1980-х годов и даже служили в армии до и во время Второй мировой войны.

Кому что, кроме нас - США

Чтобы поднять истерзанную войной экономику Советского Союза, нужно было найти способ не тратить нефтяные ресурсы, хотя бы в труднодоступных местах - на севере страны и в Сибири. Советским инженерам была предоставлена ​​возможность изучить разработанную Сантинелем конструкцию четырехцилиндровой паровой машины прямого действия и разработать собственный «ответ Чемберлену».

В 1930-х годах российские институты и конструкторские бюро неоднократно пытались создать альтернативный грузовик для лесной промышленности.

В 1930-е годы российские институты и конструкторские бюро неоднократно пытались создать альтернативный грузовик для лесной промышленности. Но каждый раз останавливался на этапе тестирования. Используя собственный опыт и возможность изучения перехваченных паромных машин, инженерам удалось убедить руководство страны в необходимости такой паровой машины.Кроме того, бензин был в 24 раза дороже угля. А уж о стоимости дров в тайге и говорить нельзя.

Группа конструкторов под руководством Ю.Шебалина максимально упростила паровую установку. Они объединили четырехцилиндровый двигатель и котел в один блок и разместили его между кузовом и кабиной. Ставим данную установку на шасси ЯАЗ(МАЗ)-200 серии. Работа пара и его конденсация совмещены в замкнутом контуре. Выдача слитков из бункера была автоматической.

Так родился НАМИ-012, фактически в лесной местности. Разумеется, принцип питания бункера твердым топливом и положение паровой машины на тележке были заимствованы из практики газовых электростанций.

Судьба хозяина леса - НАМИ-012

Характеристики парового бытового бортового автомобиля и лесовоза НАМИ-012 были следующие

  • Грузоподъемность - 6 тонн
  • Скорость - 45 км/ч
  • Запас хода без дозаправки 80 км, при возобновлении подачи воды 150 км
  • Крутящий момент на малых скоростях - 240 кгм, что почти в 5 раз превышает показатели базового ЯАЗ-200
  • Котел с естественной циркуляцией создавал давление 25 атмосфер и доводил пар до температуры 420°С
  • Можно было пополнять запас воды прямо из бака через эжекторы
  • Цельнометаллическая кабина не имела капота и на
  • выдвигалась вперед.
  • Скорость регулировалась количеством пара в двигателе рычагом подачи/отсечки.С его помощью баллоны наполнялись на 25/40/75%.
  • Одна передача заднего хода и три педали управления.

Серьезными недостатками паровой машины были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость утилизировать воду в котле в условиях мороза.

Серьезными недостатками тепловоза были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость избавления от воды в котле в условиях мороза. Но главный недостаток, который присутствовал у первого образца, — плохая проходимость без нагрузки.Потом выяснилось, что передний мост перегружен кабиной и паровым агрегатом, по сравнению с задним мостом. С этой задачей справились, установив на полноприводный ЯАЗ-214 модернизированную паровую силовую установку. Теперь мощность лесовоза НАМИ-018 увеличена до 125 лошадиных сил.

Однако, не успев распространиться по стране, все парогенераторы были выброшены во второй половине 1950-х годов.прошлый век.

Однако, не успев распространиться по стране, все парогенераторы были выброшены во второй половине 1950-х годов. Впрочем, вместе с газогенераторами. Поскольку стоимость переоборудования автомобиля, экономические выгоды и простота использования были трудоемкими и сомнительными по сравнению с бензиновыми и дизельными грузовиками. Тем более, что к тому времени в Советском Союзе уже зарождалась добыча нефти.

Быстрый и недорогой современный паровоз

Не думайте, что идея паровой машины забыта навсегда.В настоящее время наблюдается значительный рост интереса к двигателям, альтернативным двигателям внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе. Мировые запасы нефти не безграничны. Да и стоимость нефтепродуктов продолжает расти. Конструкторы так старались усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, что их идеи почти достигли предела.

Электромобили, водородные автомобили, газогенераторы и паровые машины снова стали горячими темами. Здравствуй, забытый 19 век!

В настоящее время наблюдается значительный рост интереса к двигателям, альтернативным двигателям внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе.

Британский инженер (опять же Англия!) продемонстрировал новые возможности паровой машины. Он создал свой Inspuration не только для того, чтобы продемонстрировать важность паровых автомобилей. Его идея сделана для рекордов. 274 км/ч – это скорость, с которой разгоняются двенадцать котлов, установленных на 7,6-метровом автомобиле. Всего 40 литров воды достаточно, чтобы сжиженный газ буквально в одно мгновение поднял температуру пара до 400°С. Только представьте, что потребовалось 103 года истории, чтобы побить рекорд скорости для паровой машины, установленный Rocket!

В современном парогенераторе можно использовать угольную пыль или другое дешевое топливо, напр.мазут, сжиженный газ. Именно поэтому паровые машины всегда были и будут популярны.

Но для экологически безопасного будущего необходимо вновь преодолеть сопротивление нефтяных лоббистов.

Паровые двигатели устанавливались и приводились в действие большинством паровозов с начала 19 века до 1950-х годов. Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался одним и тем же, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.

Анимированная иллюстрация показывает работу паровой машины.


Для производства пара, подаваемого в двигатель, применялись котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.

Первая мера

Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровой клапан (обозначен синим цветом) поступает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. При перемещении поршня из ВМТ в НМТ колесо делает пол-оборота.

Выпуск

В самом конце пути поршня к НМТ паровой клапан перемещается, выпуская оставшийся пар через выпускное отверстие, расположенное под клапаном. Остаточный пар выходит, создавая звук, характерный для паровых двигателей.

Вторая мера

Одновременно при перемещении клапана остаточного пара открывается вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром в цилиндре, заставляет поршень двигаться к ВМТ.За это время колесо делает еще пол-оборота.

Выпуск

В конце пути поршня к ВМТ оставшийся пар выбрасывается через то же выпускное отверстие.

Цикл повторяется заново.

Паровой двигатель имеет так называемый мертвая точка в конце каждого хода, когда клапан переходит от такта расширения к выходу. По этой причине каждая паровая машина имеет два цилиндра, что позволяет запускать двигатель из любого положения.

Изобретение паровых двигателей стало поворотным моментом в истории человечества.Где-то на рубеже 17-18 веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и совершенно новыми и уникальными механизмами - паровыми машинами. Именно благодаря им стала возможной техническая и промышленная революция и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровой двигатель? Кому человечество обязано этим? И когда это было? Мы постараемся найти ответы на все эти вопросы.

Еще до нашей эры

История паровой машины начинается в первые века н.э.CE Цапля Александрийская описала механизм, который срабатывал только при воздействии пара. Устройство представляло собой сферу с прикрепленными к ней насадками. Пар выбрасывался из сопел по касательной, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое паровое устройство.

Создателем паровой машины (точнее турбины) является Таги ад-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в 16 веке. Механизм был устроен следующим образом: струи пара направлялись прямо на лопастной механизм, а при выпуске дыма лопасти вращались.Нечто подобное предложил итальянский инженер Джованни Бранка в 1629 году. Основным недостатком всех этих изобретений был также большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не рекомендовалось. Развитие было остановлено, потому что научных и технических знаний человечества в то время было недостаточно. Более того, нужды в подобных изобретениях не было вовсе.

Разработка

До 17 века невозможно было создать паровую машину. Но как только планка уровня человеческого развития перескочила, появились первые образцы и изобретения.Хотя в то время их никто не воспринимал всерьез. Например, в 1663 году английский ученый опубликовал в печати проект своего изобретения, которое он установил в замке Раглан. Его устройство использовалось для подъема воды вверх по стенам башен. Однако, как и все новое и неизведанное, этот проект был воспринят с сомнением и не нашлось спонсоров для его дальнейшего развития.

История паровой машины начинается с изобретения атмосферной паровой машины. В 1681 году французский ученый изобрел устройство для откачки воды из шахт.Первоначально в качестве движущей силы использовался порох, затем его заменил водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен. Неоценимую помощь оказал и русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудачная попытка Папена

Далеко не совершенный в то время паровой двигатель привлек особое внимание судостроительной отрасли. Последние сбережения Д. Папен потратил на покупку небольшого корабля, на котором начал устанавливать пароатмосферную машину для подъема воды собственного производства.Механизм действия заключался в том, что, падая с высоты, вода начинала крутить колеса.

Изобретатель провел свои испытания в 1707 году на реке Фульда. Многие стекались посмотреть на чудо: корабль, плывущий по реке без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибло несколько человек. Власти рассердились на горе-изобретателя и запретили ему заниматься какими-либо работами и проектами. Корабль был конфискован и уничтожен, а сам Папен умер через несколько лет.

Ошибка

Отпариватель Папен имел следующий принцип работы. На дно цилиндра нужно было налить небольшое количество воды. Под самим цилиндром находился котел, который использовался для нагревания жидкости. Когда вода закипела, образовался пар, который расширялся и поднимал поршень. Воздух вытеснялся из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан. Когда вода закипела и начал выливаться пар, необходимо было снять котел, закрыть вентиль для удаления воздуха и использовать холодную воду для охлаждения стенок цилиндра.Благодаря таким действиям пар в цилиндре конденсировался, под поршнем создавалось разрежение, а благодаря силе атмосферного давления поршень возвращался на прежнее место. Некоторая полезная работа была сделана во время его движения вниз. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был чрезвычайно расточительным. А самое главное, он был слишком сложен и неудобен в использовании. Поэтому изобретение Папена с самого начала не имело будущего.

Последователи

Но на этом история паровой машины не закончилась.Следующим, уже гораздо более успешным, чем Папен, был английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал труды своих предшественников, акцентируя внимание на слабых местах... и опираясь на лучшее из их работ, в 1712 году создал свой аппарат. Новая паровая машина (на фото) устроена следующим образом: используются вертикальный цилиндр и поршень. Этот Новичок почерпнул из работы Папена. Однако пар производился в другом котле. Вся оболочка крепилась вокруг поршня, что значительно увеличивало герметичность внутри парового цилиндра.Эта машина тоже была пароатмосферной (вода выходила из шахты при атмосферном давлении). Основными недостатками изобретения были его громоздкость и малоэффективность: машина «съедала» огромное количество угля. Но это было гораздо полезнее, чем изобретение Папена. Поэтому его почти пятьдесят лет использовали в подземельях и шахтах. Его использовали для откачки грунтовых вод и для осушения кораблей. он пытался переоборудовать свою машину, чтобы ее можно было использовать для движения. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Еще одним ученым, заявившим о себе, был Д. Халл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, имевшую в качестве движителя роторы. Его разработка оказалась более удачной, чем у Папена. Несколько таких кораблей были освобождены сразу. В основном они использовались для буксировки барж, кораблей и других плавсредств. Однако надежность пароатмосферного двигателя не внушала доверия, и в качестве основного движителя корабли снабдили парусами.

И хотя Халлу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно теряли свою актуальность и были заброшены. Однако у пароатмосферных машин того времени было много специфических недостатков.

История паровой машины в России

Очередной прорыв произошел в Российской империи. В 1766 году на Барнаульском металлургическом заводе была построена первая паровая машина, подававшая воздух в плавильные печи с помощью специальных дутьевых мехов. Его создателем стал Иван Иванович Ползунов, который за заслуги перед Отечеством даже получил офицерское звание.Изобретатель представил начальству планы и чертежи «пожарной машины», способной приводить в движение меха.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после принятия его проекта и сборки автомобиля он заболел и умер от износа - всего за неделю до испытаний своего двигателя. Однако его указаний было достаточно, чтобы запустить двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года Ползуновская паровая машина была пущена в ход и загружена. Однако в ноябре того же года он рухнул.Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для загрузки. Более того, изобретатель написал в своей инструкции, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Сделать новый котел было бы несложно, так как КПД паровой машины Ползунова был положительным. За 1023 часа работы с его помощью было выплавлено более 14 пудов серебра!

Но, несмотря на это, ремонтировать механизм никто не стал. Паровоз Ползунова пылился на складе более 15 лет, пока индустриальный мир не остановился и не развился.А потом его полностью разобрали. Видимо, на данный момент Россия еще не созрела для паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь не стояла на месте. И человечество постоянно думало о создании механизма, который позволял бы не полагаться на капризную природу, а управлять самой судьбой. Всем хотелось поскорее отказаться от паруса. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно витал в воздухе. В 1753 году в Париже был объявлен конкурс среди ремесленников, ученых и изобретателей.Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, заменяющий силу ветра. Но несмотря на то, что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, осмысленного предложения никто не внес.

Прошли годы. А промышленная революция охватила все новые и новые страны. Превосходство и лидерство других держав неизменно переходили к Англии. В конце XVIII века именно Великобритания стала создателем крупной промышленности, благодаря чему завоевала звание мирового монополиста в этой отрасли.Вопрос о механическом двигателе с каждым днем ​​становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая в мире паровая машина

1784 год стал поворотным моментом промышленной революции для Англии и всего мира. И ответственным за это был английский механик Джеймс Уатт. Созданная им паровая машина стала самым известным открытием века.

Несколько лет изучал чертежи, конструкцию и принципы работы пароатмосферных машин.И на основании всего этого сделал вывод, что для бесперебойной работы двигателя необходимо уравнять температуры воды в цилиндре и пара, поступающего в механизм. Основным недостатком пароатмосферных машин была постоянная необходимость охлаждения цилиндра водой. Это было дорого и неудобно.

Новая паровая машина устроена иначе. Таким образом, цилиндр закрывался в специальной паровой рубашке. Таким образом, Ватт достиг своего стабильного теплого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор).Цилиндр соединен с ним трубой. Когда пар выпускался в цилиндре, он по трубе попадал в конденсатор и снова превращался в воду. Работая над улучшением своей машины, Уатт создал вакуум в конденсаторе. Таким образом, весь выходящий из цилиндра пар конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению значительно ускорился процесс расширения пара, что в свою очередь позволило извлекать гораздо больше энергии из того же количества пара. Это был венец успеха.

Создатель паровой машины также изменил принцип подачи воздуха.Теперь пар сначала попадал под плунжер, поднимая его, а затем собирался над плунжером, опуская его. Таким образом, оба хода поршня в механизме стали плавными, что раньше было даже невозможно. А расход угля на одну лошадиную силу был в четыре раза меньше, чем в пароатмосферных машинах, соответственно, чего и пытался добиться Джеймс Уатт. Паровоз очень быстро покорил Великобританию, а затем и весь мир.

Шарлотта Дандас

После того, как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, паровые двигатели стали широко использоваться.Так в 1802 году в Англии появилось первое судно на пару — бот «Шарлотта Дандас». Его создателем является Уильям Симингтон. Лодка использовалась для буксировки барж по каналу. Роль манипулятора на корабле выполняло гребное колесо, установленное на корме. Лодка впервые успешно прошла испытания: за шесть часов отбуксировала две огромные баржи на 18 миль. В то же время его очень беспокоил ветер в лицо. Но он сделал.

И все же над ним шутили, так как опасались, что из-за сильных волн, образующихся под гребным колесом, будут размыты края канала.Кстати, на испытаниях Шарлотты присутствовал человек, которого сегодня весь мир считает создателем первого парохода.

по всему миру

Английский кораблестроитель с юности мечтал о корабле с паровой машиной. И вот теперь его мечта стала возможной. Ведь изобретение паровых машин дало новый толчок судостроительной отрасли. Вместе с американским посланником Р. Ливингстоном, взявшим на себя материальную сторону дела, Фултон начал проект паровозного корабля. Это было сложное изобретение, основанное на идее системы привода лопастей.Вдоль бортов судна были вытянуты в ряд пластины, имитирующие множество весел. При этом пластины продолжали мешать друг другу и трескались. Сегодня можно смело сказать, что такого же эффекта можно добиться всего тремя-четырьмя пластинами. Но с точки зрения науки и техники того времени это было нереально. Поэтому работникам верфи пришлось гораздо сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру.Пароход медленно и уверенно плыл по Сене, поражая умы и воображение многих парижских ученых и руководителей. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и недовольные корабелы были вынуждены искать счастья в Америке.

Так, в августе 1807 года через Гудзонов залив проплыл первый в мире пароход «Клермонт», в котором принимала участие самая мощная паровая машина (на фото). Тогда многие просто не верили в успех.

Клермонт отправился в свое первое плавание без груза.Никто не хотел путешествовать на борту огнедышащего корабля. Но на обратном пути появился первый пассажир — местный фермер, заплативший за билет шесть долларов. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был настолько тронут, что дал смельчаку пожизненную бесплатную поездку на все свои изобретения.

ПАРОВОЙ РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Роторная паровая машина (роторная паровая машина) - уникальная энергетическая машина, разработка производства которой еще недостаточно развита.

С одной стороны, роторные двигатели самых разных конструкций существовали в последней трети девятнадцатого века и даже хорошо работали, включая привод динамо-машины для выработки электроэнергии и питания всех объектов. Но качество и точность изготовления таких паровых машин (паровых машин) были очень примитивными, поэтому они имели низкий КПД и малую мощность. С тех пор маленькие паровозы ушли в прошлое, но вместе с действительно малоэффективными и бесперспективными поршневыми паровыми машинами ушли в прошлое и роторные паровые машины с хорошими перспективами.

Основная причина в том, что на технологическом уровне конца 19 века не было возможности сделать действительно качественный, мощный и долговечный роторный двигатель.
Поэтому из всей номенклатуры паровых машин и паровозов благополучно и активно дожили до наших времен только паровые турбины огромной мощности (от 20 МВт и выше), на долю которых сегодня приходится около 75% производства электроэнергии в нашей стране. . Паровые турбины большой мощности также обеспечивают энергией ядерные реакторы на боевых подводных лодках-ракетоносцах и крупных арктических ледоколах.Но это все огромные машины... Паровые турбины резко теряют весь КПД при уменьшении своих размеров.

…. Поэтому не существует мощных паровых машин и паровых машин мощностью менее 2000 - 1500 кВт (2 - 1,5 МВт), способных эффективно работать на паре, полученном при сжигании дешевого твердого топлива и различных свободно горючих отходов.
Именно в этой ныне пустой области техники (и абсолютно голого, но крайне необходимого товарного предложения в коммерческой нише), в этой рыночной нише маломощных машин паровые роторные двигатели могут и должны занять свое весьма ценное место.А нужны они нам только в нашей стране - десятки и десятки тысяч... Особенно такие малые и средние энергетические машины для автономного производства энергии и автономного электроснабжения нужны малым и средним предприятиям в районах, удаленных от крупных городов, и крупных электростанций: - на малых лесопильных заводах, удаленных шахтах, вахтовых поселках и лесничествах и т. д. и т. п.
… ..

..
Давайте посмотрим на показатели, которые делают роторные локомотивы лучше своих ближайших собратьев - поршневых паровых машин и паровых турбин.
... - 1)
Роторные двигатели являются объемными машинами, как и поршневые двигатели. Эти. они имеют малый расход пара на единицу мощности, так как пар в их рабочие полости подается время от времени и строго дозированными порциями, а не постоянным обильным потоком, как в паровых турбинах. Поэтому роторные паровые машины намного экономичнее паровых турбин на единицу выходной мощности.
- 2) Роторные паровые машины имеют плечо приложения газовых сил (моментное плечо) значительно (в несколько раз) большее, чем поршневые паровые машины.Поэтому мощность, которую они получают, намного выше, чем у поршневых паровых машин.
- 3) Роторные паровые машины имеют гораздо больший ход поршня, чем поршневые паровые машины, т. е. они обладают способностью преобразовывать большую часть внутренней энергии пара в полезную работу. 90 368 - 4) Роторные паровые машины могут эффективно работать на насыщенном (влажном) паре, без затруднений допуская конденсацию значительной части пара с переводом ее в воду непосредственно в рабочих отделениях роторной паровой машины.Это также повышает эффективность паровой электростанции с использованием роторной паровой машины.
- 5 ) Роторные паровые машины работают со скоростью 2-3 тыс. об/мин, что является оптимальной скоростью для выработки электроэнергии, в отличие от поршневых двигателей со слишком низкими оборотами (200-600 об/мин) традиционных паровых машин типа локомотивных или со слишком быстроходными турбинами (10-20 тыс. об/мин ).

В то же время технологически роторные паровые машины относительно просты в изготовлении, что делает затраты на их производство относительно низкими.В отличие от паровых турбин, производство которых чрезвычайно дорого.

КРАТКИЙ ОБЗОР ЭТОЙ СТАТЬИ - Роторная паровая машина - паровая машина высокой производительности для преобразования давления пара из теплоты сгорания твердого топлива и горючих отходов в механическую и электрическую энергию.

Автор этой страницы уже получил более 5 патентов на изобретения, касающиеся различных аспектов конструкции роторных паровых машин. А также выпускается ряд малых роторных двигателей мощностью от 3 до 7 кВт.В настоящее время ведется проектирование роторных паровых машин мощностью от 100 до 200 кВт. Однако роторные двигатели
имеют «общий недостаток» - сложную систему уплотнений, которая оказывается слишком сложной, миниатюрной и дорогой в производстве для небольших двигателей.

В то же время автор сайта разрабатывает аксиальные паропоршневые двигатели с встречным движением поршня. Эта система является наиболее энергоэффективной с точки зрения изменения мощности из всех возможных схем применения поршневой системы.
Эти двигатели небольшого размера немного дешевле и проще, чем роторные двигатели, и в них используются самые традиционные и простые уплотнения.

Ниже представлен видеоролик, демонстрирующий использование небольшого аксиально-поршневого оппозитного двигателя с противоположным движением поршня.

В настоящее время выпускается такой аксиально-поршневой оппозитный двигатель мощностью 30 кВт. Ресурс двигателя должен составлять несколько сотен тысяч часов работы, так как обороты паровой машины в 3-4 раза ниже оборотов двигателя внутреннего сгорания, в паре трения "поршень-цилиндр" - подвергается плазменно- ионное азотирование в вакуумной среде, а твердость поверхностей трения составляет 62-64 единицы HRC.Подробную информацию о процессе азотирования поверхностного упрочнения см.


Вот анимация принципа работы такого аксиально-поршневого оппозитного двигателя с противоположно вращающимися поршнями аналогичного расположения.

.

Первый автомобиль с паровым двигателем и первая автомобильная авария - Советы по переезду и переезду

Главная> Блог> Первый автомобиль с паровым двигателем и первая автомобильная авария

автомобиля в истории

Еще в 17 веке велись работы по созданию , первого малогабаритного мобильного транспортного средства , которое приводилось в движение паровой машиной . В конце семнадцатого века такое транспортное средство, вероятно, было построено, но явных свидетельств этому нет - ходят слухи, что оно должно было быть подарено китайскому императору, но не получило его одобрения и дальнейших работ по постройке. был остановлен.Поэтому Николя-Жозеф Куньота , представивший свое изобретение только во второй половине восемнадцатого века, считается первым конструктором паровой машины для автомобиля.

Первый автомобиль с паровым двигателем — заявка

Николя-Жозеф Кюньо родился в 1725 году во Франции, в Пустоте - в Лотарингии. Он был военным инженером и создавал свои проекты именно для нужд французской армии, которая интересовалась паровыми машинами.Владение такой машиной, несомненно, дало бы французскому преимущество на поле боя . Поэтому были сэкономлены ресурсы для исследователей и инженеров, которые должны были внести свой вклад в создание этого уникального изобретения. Автомашина понадобилась французам в связи с необходимостью перевозки тяжелых артиллерийских орудий с одного места на другое. Поэтому это, несомненно, облегчило бы мобильность войск и избавило бы от многих хлопот, связанных с тыловым обеспечением поля боя и более ранней подготовкой к бою.

Николя-Жозеф Кюньо основал свое изобретение на использовании возвратно-поступательного поршня в механизме паровой машины, предназначенной для приведения в движение небольших транспортных средств, таких как дорожные транспортные средства. Кюньо назвал свое изобретение паровым транспортным средством (от французского fardier — vapeur), и его конструкция функционировала достаточно хорошо — транспортное средство развивало скорость четыре километра в час и могло перевозить до четыре тонны , что было важно из точки зрения его целевого использования для нужд армии.

Первая автомобильная авария

Через год после презентации первой версии паровой машины была представлена ​​ее улучшенная механика. Однако дорогостоящие инвестиции ложатся тяжелым бременем на французский бюджет. Кроме того, машина подвела — через два года после ее постройки опрометчивый водитель врезался с ней в стену. Инцидент считается первой автомобильной аварией в истории автомобилестроения. Однако эта авария способствовала окончанию эксплуатации первого парового автомобиля.Однако его копия сохранилась до наших дней. Им можно полюбоваться в одном из парижских музеев механики и искусства , где он привлекает внимание автомобильных энтузиастов и любителей изобретений многовековой давности.

.90 000 автомобилей с паровыми двигателями — подарок для коллекционеров

Однако есть коллекционеры старинных автомобилей, у которых они есть в собственных гаражах. Остальным приходится довольствоваться своими репликами. Поэтому стоит вспомнить, когда появились первые машины этого типа.

Первые автомобили с паровым двигателем

Первое примитивное транспортное средство, оснащенное паровой машиной, было построено еще в 1765 г. Это работа французского изобретателя Николя Жозефа Кюньо.Его идея развивалась годами, благодаря чему спустя сто лет автомобили с паровыми двигателями могли двигаться с головокружительной — по тем временам — скоростью 35 км/ч. Эти автомобили предвосхитили первые настоящие автомобили, которые сейчас используются на дорогах всего мира.

Паровые машины использовались не только европейцами. Американцы и японцы использовали их в первых автомобилях. Особенно привязанность к паровым машинам проявили жители США.Хотя автомобили Doble с их приводом поступили в производство в 1912 году, когда уже были популярны бензиновые двигатели, другие модели с паровыми двигателями создавались там до конца 1950-х годов.

Коллекционные драгоценные камни

Сегодня паровые машины — настоящая жемчужина для коллекционеров. Интересно, что эти автомобили часто еще функциональны и могут ездить по дорогам. Неудивительно, что коллекционеры охотно покупают для них специальные страховки, т.е.https://www.lancasterinsurance.co.uk/insurance/classic-car-insurance/ и отправились на слеты автолюбителей.

Увлечение автомобилями с паровыми двигателями в настоящее время больше, чем даже десяток лет назад из-за того, что бензиновые двигатели уже никого не удивляют. Более того, паровая машина была экологически чистой и дешевой в эксплуатации, что вдохновило дизайнеров на разработку современных автомобилей, которые могли бы работать без традиционного топлива.

Вернуться к истокам?

Автомобилестроение значительно изменилось за эти годы, но настоящие энтузиасты могут оценить величайшие идеи, такие как создание автомобиля с паровым двигателем еще в 18 веке.Некоторые из них даже предсказывают, что через десяток или около того лет на дорогах мира снова появятся автомобили, оснащенные этим типом привода, которые будут достаточно усовершенствованы, чтобы позволить современным паровым автомобилям двигаться так же быстро, как автомобили, оснащенные бензиновым двигателем. или электродвигатель. Нельзя отрицать, что вернуться к истокам автомобилестроения не удастся.

.

Война за пару. Был ли это Юзеф Божек, который построил первую паровую машину?

Юзеф Божек, известный под Бельско как Стефенсон, через сто лет стал героем рассказов. Почему он не выиграл гонку паровозостроителей?

18 км/ч — это максимальная скорость, с которой люди могли путешествовать на протяжении веков. Или, по крайней мере, те, кто мог позволить себе маунта. Все остальные были обречены на передвижение пешком, со скоростью, не превышающей нескольких километров в час.

Вот почему такой гигантский прорыв принес начало 19 века и изобретение паровой машины. Первые локомотивы Джорджа Стефенсона уже могли развивать скорость до 45 километров в час! Это была революция и кульминация усилий нескольких поколений амбициозных изобретателей, пытавшихся использовать силу пара.

Было близко, однако, что кто-то другой, а не британец Стефенсон, был связан с прорывом в наземном транспорте. Он был не единственным, кто строил паровые машины в конце наполеоновской эпохи.За ним следовал Юзеф Божек, сын мельника из деревни Беры Тешинского княжества. Что сделало именно англичанина, а не кумира, оказавшегося в пантеоне изобретателей всех времен?

Эпоха пара начинается — ожидание революции

В древности было известно, что пар может быть движущей силой. Прототип паровой турбины был разработан две тысячи лет назад Героном Александрийским (ок. 10–70 гг. Н. Э.). Это был шар, вращающийся под действием отдачи выходящего из него пара.Герон пытался найти ей практическое применение — среди прочего он изобрел устройство, открывающее дверь храма, активируемую теплым воздухом.

Что с того, что Римская империя не была заинтересована в использовании паровой энергии. Вероятно, это произошло из-за всеобщего доступа к дешевой рабочей силе, которой были рабы. Это удовлетворяло потребности тогдашних небольших производственных предприятий.

Ситуация изменилась в 17 веке благодаря научным открытиям, в том числе итальянскому физику Эванджелисте Торричелли, изобретателю ртутного барометра.Затем ученые поняли, что земная атмосфера имеет определенный вес. Отсюда оставался всего один шаг до попытки создать двигатель, использующий атмосферное давление. Его изготовил английский военный Томас Савери, который в 1698 году запатентовал паровой насос. Это символическая дата рождения паровой машины.

Изобретение было усовершенствовано новаторами с Британских островов, а их творчество и конкуренция стимулировались последовательными выданными им патентами, заставляя других исследователей искать новые решения.В 1712 году Томас Ньюкомен построил первую атмосферную паровую машину. Это был поршень, который двигался благодаря созданию вакуума в соединенном с ним котле.

Затем в игру вступил Джеймс Ватт. В 1763 году он создал свою первую модель машины, которая с годами совершенствовалась. Эксперименты начались с использованием пара более высокого давления. После исправлений приборами Уатта заинтересовалась горнодобывающая промышленность — они в основном использовались для осушения шахт.

Так началась "эпоха супружеской пары".Это был лишь вопрос времени, когда новая машина улучшит транспорт. Остается вопрос - кто совершит этот долгожданный прорыв?

Józko Mechanik, или польский Stephenson

Юзеф Божек, позже прозванный «польским Стефенсоном», родился в 1782 году. С детства его тянуло к экспериментам. Он начал с наблюдения за мельничными колесами, затем, среди прочего, деревянные часы.

В результате 29 механизмов его авторства оказались в кабинете директора Цешинской гимназии, которую он посещал.В том числе мельница для шлифования зеркал, элеватор для подъема земли, несколько катапульт, барабанщик, бьющий в такт, или модель часов на оломоуцкой ратуше.

В 1803 году талантливый молодой изобретатель отправился учиться - сначала в Брно (математика), затем в Прагу (философия). Однако семье не понравился выбор Джозефа, поэтому ему пришлось зарабатывать на жизнь ремонтом часов и гравировкой перстней с печатками.

Все изменилось, когда в жизни Божека появился Францишек Юзеф Герстнер, профессор Пражского технического университета.Он быстро понял, что имеет дело с незаурядным талантом. Он заказал модели ткацкого станка и стригальной машины у мельника из Берова.

Божек отлично поработал. Он не очень хорошо учился в колледже, где за пять экзаменов сдал только логику. Это не была широко понимаемая философия, но его призванием была механика. 27 июня 1805 года он был принят на работу механиком и мастером-часовщиком в Пражский технический университет.

Это место для него. Он устроил зал машин и моделей, что-то вроде первого технического музея в Праге.Конструкции Божека послужили прототипами для предприятий - он сделал большие башенные часы для сталелитейного завода в Горжовицах и железнодорожные вагоны для австрийского сталелитейного завода в Мариацелле. Но прежде всего он начал работать над паровой машиной, которая стала для него и благословением, и проклятием.

Профессор Герстнер был очарован паровым двигателем Джеймса Уатта. Импорт из Англии прекратился из-за затрат. В 1803 году он получил оригинальную модель машины, но чешские сталелитейные заводы не могли изготовить точные детали.Герстнер даже совершил поездку по Верхней Силезии, которая тогда находилась в пределах Пруссии, чтобы посмотреть на тамошние машины.

Когда-то подозревали, что Божек собрал первую паровую машину из деталей, привезенных из Англии. На самом деле к работе привлекались несколько человек, самым главным из которых был Герстнер. Строительство было завершено на рубеже 1807 и 1808 годов. Впрочем, праздновать было нечего. Из-за плохой конструкции котла и его малых размеров машина обычно останавливалась через 20 минут.

Герстнер сломан, но не Идол. Несколько лет спустя, на рубеже 1814 и 1815 годов, он сам построил паровую машину. «Это была небольшая модель, но она работала и могла управлять 25 различными механизмами», — писал чешский исследователь Франтишек Йилек. Вскоре после этого Божек начал работу над еще одним проектом, который мог бы изменить историю человечества: паровым транспортным средством.

Чешский конкурс для британского

К сожалению, монархия Габсбургов была экономически отсталой.Чем отличаются Британские острова, где начался «век супружеской пары». Если есть спонсоры с деньгами, больше шансов на научные открытия. Промышленники острова - по крайней мере, время от времени - были готовы полезть в свои карманы, если видели в этом возможность разбогатеть.

Еще в конце 18 века рассматривался вопрос о том, можно ли использовать паровую машину низкого давления для приведения в движение транспортного средства. Однако только в начале 19 века британец Ричард Тревитик доказал, что давление в котле необходимо увеличить как минимум в два раза (примерно до двух-трех атмосфер), потому что это гарантирует большую мощность машины при меньшем количестве топлива. потребление.Карьеры он и его паровая машина не сделали, потому что в итоге Тревитику не удалось убедить спонсоров.

Однако идею паровой машины высокого давления использовал Юзеф Божек. Как пишет Йилек, «он выбрал двухцилиндровую конструкцию с коленчатым валом. Он сам чертил планы и делал большинство мелких деталей своими руками. Но изготовление котла, цилиндра, коленчатого вала и колес пришлось передать в более крупные мастерские». Изобретатель из Берова не мог рассчитывать ни на одного покровителя. Пришлось влезть в долги.

И поторопитесь, ведь он был не единственным в Праге, кто работал над паровозом. Его соперником был Юзеф Францишек Брунич. Божеку удалось обогнать своего соперника, и 24 сентября 1815 года зрители в Праге могли увидеть его верхом на трехместном паровом автомобиле.

«Успех превзошел все ожидания», — пишет Йилек. - Транспортное средство работало очень хорошо, и Божек совершил множество поездок не только один, но и приглашая на прогулку различных официальных лиц. На следующий день пресса в Праге опубликовала восторженную информацию, и изобретатель пообещал, что, учитывая большой интерес, шоу будет повторено еще раз на этой неделе».

После удара через два дня обратился за разрешением на поездку на паровозе в Вену. Соответствующие органы запросили мнение проф. Герстнера, который, к сожалению, уже тогда был убежденным противником паровой тяги. Это был конец мечтам Айдола. 13 ноября 1815 г., озлобленный, он писал, что стоит «беспомощно и должен видеть, как его усилия быть полезными и противопоставлять иностранные продукты своим собственным столь же хорошим достижениям парализуются человеческим неодобрением».

Тем временем в Англии, о которой Божек, вероятно, не знал из-за блокады Британских островов Наполеоном Бонапартом, годом ранее Джордж Стефенсон представил паровоз. Вышеупомянутая блокада просто… помогла. В результате цены на корма для лошадей выросли настолько, что британские промышленники отчаянно искали более дешевое транспортное средство и были готовы вкладывать в него значительные средства.

Билеты на паровую повозку без лошадей

Божек был упрямым силезцем и попытался снова.Он планировал усовершенствовать свое транспортное средство и вдобавок начал работу над паровой лодкой. Однако он был предоставлен самому себе. Семья не поддерживала с ним связь, в политехникуме он получал скромную зарплату, а просьбы о поддержке со стороны властей отклонялись. У него также были проблемы с неблагосклонной гильдией часовщиков в Праге.

Прорыв должен был состояться 1 июня 1817 года. В этот день Божек организовал в Праге выступление, которое хотел затмить все остальные. Он представил усовершенствованный паровой автомобиль и лодку.Билеты продавались отлично (дети до 8 лет входили за полцены). «Вид тех времен был поистине необыкновенным: телега без лошадей, лодка без весел и парусов», — оценил один из биографов Божека, историк Рудольф Охман.

Этот день должен был стать наградой за годы самопожертвования и шансом расплатиться с долгами. К сожалению, во время выступления разразился сильный шторм. Публика разошлась, и в суматохе кто-то украл у Божека деньги на входные билеты. Изобретатель разорился. Он схватил молот и разбил созданный им паровой автомобиль.

Когда эмоции улеглись, он вернулся к работе. В 1818 году он сконструировал первую паровую машину для чешской промышленности (для фарфорового завода), позже спроектировал вагоны для конной железной дороги Будейовице-Линц. В 1834 году ему поступило предложение отремонтировать башенные часы в Оломоуце.

Несмотря на эти приказы, он жил очень скромно. Когда он умер в 1835 году, чиновники, занимавшиеся составлением его имения, не нашли ничего, что можно было бы записать. Единственным движимым имуществом, которое он оставил, были инструменты и несколько машин.

В то же время Джордж Стефенсон был уже степенным богатым и знаменитым человеком. Британский изобретатель просто нашел богатых покровителей, в то время как, как писал историк Рудольф Охман, «у несчастного Божека никого не было, и если бы не недостаток средств, то по Европе ходили бы не паровозы Стефенсона, а Божек».

Польский, чешский или австрийский?
Божек не размышлял о своей этнической принадлежности. Вопросы о нем не возникали до 20 века.Для чешских авторов это «чешский Стивенсон», для авторов с реки Вислы это обычно «польский Стивенсон». На политическую принадлежность Тешинского княжества, которое с 14 века было чешским феодалом, не может повлиять политическая принадлежность.
Родным языком Божека был польский. В 1783 году, т. е. через год после рождения Божека, приходской священник его родного прихода в Гродзце Ян Мусиол попросил перевести викария, потому что он катехизировал детей на моравском языке, что прихожане, в отличие от польского, делали. не понял.Однако после выезда из Цешина Божек оказался вне польской среды. Большую часть своей жизни он провел в Праге, что в его случае означало знакомство с чешской и немецкой культурой.
Вероятно, наиболее точно вопрос о его принадлежности резюмировал недавно умерший историк Тешина Мариуш Маковский: «Кем был Божек — поляком, чехом или немцем, потому что он изучал и описывал свои изобретения на этом языке. Понятие национальности, как мы его понимаем, развилось гораздо позже, во время Весны народов, до которой Божек не дожил.Он, безусловно, осознавал свое происхождение, но также и осознание австрийской национальности, а может быть, даже в большей степени - определенного культурного круга, в который в равной степени входили Тешин, Прага и Вена».

.

5 типов главных паровых машин / Технология | Панорама

Другие типа паровых двигателей претерпели множество изменений в истории, и до сих пор технологии позволили им развиваться необычным образом.

В основном это двигатели внешнего сгорания, которые преобразуют тепловую энергию водяного пара в механическую энергию.

Они использовались для привода насосов, локомотивов, кораблей и тракторов и в то время были необходимы для промышленной революции.Сейчас они используются для выработки электроэнергии с помощью паровых турбин.

Паровая машина состоит из котла, который кипятит воду и производит пар. Пар расширяется и толкает поршень или турбину, которая вращает колеса или приводит в движение другие механизмы.

Первая паровая машина была разработана Героном Александрийским в первом веке и называлась эолипил.

Он состоял из полой сферы, соединенной с котлом, к которому были прикреплены две изогнутые трубы.Шар был наполнен кипящей водой, в результате чего пар выбрасывался из труб с высокой скоростью, вращая шар.

Хотя эолипил не имел практического применения, он, несомненно, представляет собой первое применение пара в качестве первичного двигателя.

Однако большинство паровых систем можно разделить на два типа: поршневые машины и паровые турбины.

Основные типы паровых двигателей

1- Плунжерные машины

В поршневых машинах используется пар под давлением.Благодаря поршням двойного действия сжатый пар поступает поочередно с каждой стороны, а с другой выпускается или направляется в конденсатор.

Энергия поглощается герметичной застежкой-молнией, препятствующей выходу пара. Этот стержень, в свою очередь, приводит в движение шатун, соединенный с кривошипом, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное

Кроме того, другой кривошип используется для привода клапанного механизма, обычно с помощью механизма, позволяющего реверсировать вращение.

При использовании пары поршней двойного действия смещение кривошипа составляет 90 градусов. Это гарантирует, что двигатель всегда будет работать независимо от положения кривошипа.

2- Двигатели с несколькими расширителями

Другой тип паровой машины использует несколько цилиндров одностороннего действия, которые постепенно увеличивают свой диаметр и движение.

Пар высокого давления из котла используется для перемещения вниз первого поршня меньшего диаметра.

При движении вверх частично расширенный пар направляется во второй цилиндр, который начинает движение вниз.

Это вызывает дополнительное расширение относительно высокого давления, высвобождаемого в первой камере.

Также промежуточная камера выходит в последнюю камеру, которая, в свою очередь, выходит в конденсатор. Модификация этого типа двигателя включает два поршня меньшего размера в последней камере.

Разработка этого типа двигателя была важна для его использования на паровых судах, так как конденсатор, восстанавливая некоторую мощность, превращал пар обратно в воду для повторного использования в котле.

Земные паровые машины могут потреблять много пара и наполняться пресноводной башней, но в море это было невозможно.

До и во время Второй мировой войны расширительный двигатель использовался в морских транспортных средствах, которым не нужно было двигаться на высоких скоростях. Однако когда требовалась более высокая скорость, ее заменяли паровой турбиной.

3- Унифицированный однонаправленный двигатель

Другой тип поршневой машины - однонаправленный или унитарный.Этот тип двигателя использует пар, который течет только в одном направлении в каждой половине цилиндра.

Термическая эффективность достигается за счет градиента температуры по длине цилиндра. Пар всегда входит в горячие концы цилиндра и выходит через отверстия в центре радиатора.

Уменьшает относительный нагрев и охлаждение стенок цилиндра.

В двигателях Uniflow впуск пара обычно управляется пробковыми клапанами (которые функционируют аналогично клапанам, используемым в двигателях внутреннего сгорания), приводимым в действие распределительным валом.

Впускные клапаны открываются для приема пара при достижении минимального объема расширения в начале движения.

В определенный момент возврата кривошипа пар входит, и впускное отверстие закрывается, позволяя пару продолжать расширяться, приводя в действие поршень.

В конце хода поршень почувствует кольцо выпускных отверстий вокруг центра цилиндра.

Эти отверстия соединяются с конденсатором, снижая давление в камере и вызывая быстрое высвобождение. Непрерывное вращение кривошипа перемещает поршень.

4- Паровые турбины

В паровых турбинах большой мощности используется ряд вращающихся дисков, на внешней кромке которых расположены лопасти типа пропеллера.

Эти движущиеся диски или роторы чередуются с неподвижными кольцами или статорами, прикрепленными к конструкции турбины для перенаправления потока пара.

Из-за высокой скорости работы такие турбины обычно соединены с редуктором для привода другого механизма, например гребного винта корабля..

Паровые турбины более долговечны и требуют меньше обслуживания, чем поршневые машины. Они также создают более мягкие вращательные усилия на выходном валу, что способствует меньшему техническому обслуживанию и износу.

В основном паровые турбины применяются на электростанциях, где их высокая скорость работы является преимуществом, а их относительный объем не является недостатком.

Они также используются в морской технике для усиления больших кораблей и подводных лодок.Практически все атомные электростанции вырабатывают электроэнергию, нагревая воду и приводя в действие паровые турбины.

5- Пропульсивные двигатели

Имеется подводный пропульсивный двигатель, который использует пар высокого давления для подачи воды через патрубок в передней части и выброса ее с высокой скоростью через заднюю часть.

Когда пар конденсируется в воде, создается ударная волна, которая удаляет воду сзади.

Для повышения эффективности двигателя воздух всасывается через вентиляционное отверстие перед паром, что создает пузырьки и изменяет способ смешивания пара с водой.

Ссылки
  1. Marshall Brain (2017). Как работают паровые машины. Проверено 14 июня 2017 г. На сайте science.howstuffworks.com.
  2. Энциклопедия Нового Света (2015). "Паровой двигатель". Проверено 14 июня 2017 г. На сайте newworldencyclopedia.org.
  3. SOS Дети (2008-2009). "Паровой двигатель". Проверено 14 июня 2017 г. На сайте cs.mcgill.ca.
  4. Вудфорд, Крис (2017). «Паровые двигатели». Получено 14 июня 2017 г. Из объяснения в этом материале.ком.
.

Смотрите также


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)