Parna mašina je toplotna mašina u kojoj se potencijalna energija pare koja se širi pretvara u mehaničku energiju koja se daje potrošaču.

Upoznat ćemo se sa principom rada mašine koristeći pojednostavljeni dijagram na sl. 1.

Unutar cilindra 2 nalazi se klip 10 koji se može kretati naprijed-nazad pod pritiskom pare; cilindar ima četiri kanala koji se mogu otvarati i zatvarati. Dva gornja parna kanala1 I3 su spojeni cevovodom na parni kotao, a kroz njih svježa para može ući u cilindar. Kroz dva donja kapica 9 i 11, par, koji je već završio posao, oslobađa se iz cilindra.

Dijagram prikazuje trenutak kada su otvoreni kanali 1 i 9, kanali 3 i11 zatvoreno. Dakle, svježa para iz kotla kroz kanal1 ulazi u lijevu šupljinu cilindra i svojim pritiskom pomiče klip udesno; u ovom trenutku, izduvna para se uklanja iz desne šupljine cilindra kroz kanal 9. Sa krajnjim desnim položajem klipa, kanali1 I9 su zatvoreni, a 3 za ulaz svježe pare i 11 za odvod ispušne pare su otvoreni, zbog čega će se klip pomjeriti ulijevo. U krajnjem lijevom položaju klipa otvaraju se kanali1 i 9 i kanali 3 i 11 se zatvaraju i proces se ponavlja. Tako se stvara pravolinijsko povratno kretanje klipa.

Da bi se ovaj pokret pretvorio u rotacijski, koristi se tzv. Sastoji se od klipnjače - 4, spojene na jednom kraju sa klipom, a na drugom, okretno, pomoću klizača (poprečne glave) 5, klizeći između paralela vodilice, sa klipnjačom 6, koja prenosi kretanje na glavno vratilo 7 kroz svoje koleno ili radilicu 8.

Količina obrtnog momenta na glavnom vratilu nije konstantna. Zaista, snagaR , usmjeren duž stabljike (slika 2), može se razložiti na dvije komponente:TO usmjerena duž klipnjače, iN , okomito na ravan vodećih paralela. Sila N nema uticaja na kretanje, već samo pritiska klizač na paralele vodilice. ForceTO prenosi se duž klipnjače i djeluje na radilicu. Ovdje se opet može razložiti na dvije komponente: siluZ , usmjerena duž polumjera radilice i pritiska osovine na ležajeve, a silaT okomito na radilicu i uzrokuje rotaciju osovine. Veličina sile T će se odrediti iz razmatranja trougla AKZ. Budući da je ugao ZAK = ? + ?, onda

T = K grijeh (? + ?).

Ali iz OKP trougla snaga

K= P/ cos ?

Zbog toga

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

U toku rada mašine za jedan obrtaj vratila, uglovi? I? i snaguR se kontinuirano mijenjaju, a samim tim i veličina torzijske (tangencijalne) sileT takođe promenljiva. Da bi se stvorila ravnomjerna rotacija glavne osovine tijekom jednog okretaja, na nju je montiran teški zamašnjak, zbog čije inercije konstantna ugaona brzina rotacija osovine. U onim trenucima kada je moćT povećava, ne može odmah povećati brzinu rotacije osovine sve dok se zamašnjak ne ubrza, što se ne dešava odmah, budući da zamašnjak ima veliku masu. U onim trenucima kada je rad proizveden od strane sile uvijanjaT , postaje manje posla sile otpora koje stvara potrošač, zamašnjak, opet, zbog svoje inercije, ne može odmah smanjiti brzinu i, odajući energiju primljenu tijekom njegovog ubrzanja, pomaže klipu da savlada opterećenje.

Na krajnjim pozicijama uglova klipa? +? = 0, dakle sin (? + ?) = 0 i, prema tome, T = 0. Pošto u ovim položajima nema rotacione sile, da je mašina bez zamajca, spavanje bi moralo prestati. Ovi ekstremni položaji klipa se nazivaju mrtvi položaji ili mrtve tačke. Kroz njih prolazi i radilica zbog inercije zamašnjaka.

At mrtve pozicije klip ne dolazi u kontakt sa poklopcima cilindara, između klipa i poklopca ostaje tzv. štetan prostor. Zapremina štetnog prostora uključuje i zapreminu parnih kanala od organa za distribuciju pare do cilindra.

Moždani udarS naziva se putanja koju pređe klip kada se kreće od jednog ekstremni položaj u drugu. Ako je udaljenost od središta glavne osovine do središta osovine radilice - polumjer radilice - označena sa R, tada je S = 2R.

Zapremina cilindra V h naziva se zapremina koju opisuje klip.

Tipično, parni strojevi imaju dvostruko (dvostrano) djelovanje (vidi sliku 1). Ponekad se koriste mašine sa jednim dejstvom, u kojima para vrši pritisak na klip samo sa strane poklopca; druga strana cilindra u takvim mašinama ostaje otvorena.

U zavisnosti od pritiska kojim para napušta cilindar, mašine se dele na izduvne, ako para izlazi u atmosferu, kondenzacione, ako para ulazi u kondenzator (hladnjak u kojem se održava smanjeni pritisak) i odvod toplote, u koju para koja se ispušta u mašini koristi za bilo koju svrhu (grijanje, sušenje, itd.)

Svoju ekspanziju je započeo početkom 19. stoljeća. I već tada su se gradili ne samo veliki objekti industrijske namjene, već i dekorativni. Većina njihovih kupaca bili su bogati plemići koji su željeli zabaviti sebe i svoju djecu. Nakon što su se parne mašine učvrstile u životu društva, dekorativni motori su se počeli koristiti na univerzitetima i školama kao obrazovni modeli.

Parne mašine današnjice

Početkom 20. veka značaj parnih mašina je počeo da opada. Jedna od rijetkih kompanija koja je nastavila proizvoditi ukrasne mini-motore bila je britanska kompanija Mamod, koja vam i danas omogućava kupovinu uzorka takve opreme. Ali cijena takvih parnih mašina lako prelazi dvije stotine funti, što i nije tako malo za sitnicu za nekoliko večeri. Pogotovo za one koji vole sami sastavljati sve vrste mehanizama, mnogo je zanimljivije stvoriti jednostavan parna mašina vlastitim rukama.

Veoma jednostavno. Vatra zagreva kotao sa vodom. Pod dejstvom temperature voda se pretvara u paru koja gura klip. Sve dok u rezervoaru ima vode, zamašnjak spojen na klip će se okretati. Ovo je standardni izgled parne mašine. Ali možete sastaviti model i potpuno drugačiju konfiguraciju.

Pa, idemo s teorijskog dijela na uzbudljivije stvari. Ako ste zainteresirani za napraviti nešto vlastitim rukama, a iznenađeni ste takvim egzotičnim automobilima, onda je ovaj članak za vas, u kojem ćemo rado razgovarati o razne načine kako sastaviti parni stroj vlastitim rukama. U isto vrijeme, sam proces stvaranja mehanizma donosi radost ne manje nego njegovo pokretanje.

Metoda 1: DIY mini parni stroj

Dakle, počnimo. Sastavimo najjednostavniji parni stroj vlastitim rukama. Crteži, složeni alati i posebna znanja nisu potrebni.

Za početak, uzimamo ispod bilo kojeg pića. Odrežite donju trećinu. Budući da kao rezultat dobivamo oštre ivice, moraju se savijati prema unutra pomoću kliješta. To radimo pažljivo kako se ne bismo posjekli. Budući da većina aluminijskih limenki ima konkavno dno, potrebno ga je izravnati. Dovoljno je da ga čvrsto pritisnete prstom na neku tvrdu površinu.

Na udaljenosti od 1,5 cm od gornje ivice rezultirajućeg "stakla" potrebno je napraviti dvije rupe jedna nasuprot drugoj. Za to je preporučljivo koristiti bušilicu za rupe, jer je potrebno da budu promjera najmanje 3 mm. Na dno tegle stavljamo ukrasnu svijeću. Sada uzimamo uobičajenu stolnu foliju, zgužvamo je, a zatim omotamo naš mini plamenik sa svih strana.

Mini mlaznice

Zatim treba uzeti komad bakarne cijevi dužine 15-20 cm.Važno je da je unutra šuplja jer će to biti naš glavni mehanizam stavljanje strukture u pokret. centralni dio cijevi se omotaju oko olovke 2 ili 3 puta, tako da se dobije mala spirala.

Sada morate postaviti ovaj element tako da zakrivljeno mjesto bude postavljeno direktno iznad fitilja svijeće. Da bismo to učinili, dajemo cijevi oblik slova "M". Istovremeno prikazujemo dijelove koji se spuštaju kroz rupe napravljene u banci. Tako je bakrena cijev čvrsto pričvršćena iznad fitilja, a njezini rubovi su neka vrsta mlaznica. Da bi se konstrukcija rotirala, potrebno je savijati suprotne krajeve "M-elementa" za 90 stepeni u različite strane. Dizajn parne mašine je spreman.

Pokretanje motora

Tegla se stavlja u posudu sa vodom. U tom slučaju, potrebno je da rubovi cijevi budu ispod njene površine. Ako mlaznice nisu dovoljno dugačke, možete dodati malu težinu na dno limenke. Ali pazite da ne potopite cijeli motor.

Sada morate napuniti cijev vodom. Da biste to učinili, možete spustiti jedan rub u vodu, a drugi uvući zrak kao kroz cijev. Spuštamo teglu u vodu. Zapalimo fitilj svijeće. Nakon nekog vremena, voda u spirali će se pretvoriti u paru, koja će pod pritiskom izletjeti iz suprotnih krajeva mlaznica. Tegla će početi da se okreće u posudi dovoljno brzo. Ovako smo dobili parnu mašinu uradi sam. Kao što vidite, sve je jednostavno.

Model parne mašine za odrasle

Sada zakomplikujmo zadatak. Hajde da prikupimo više ozbiljan motor uradi sam na pari. Prvo morate uzeti limenku boje. Morate biti sigurni da je apsolutno čist. Na zidu, 2-3 cm od dna, izrezujemo pravougaonik dimenzija 15 x 5 cm. Duga strana je postavljena paralelno sa dnom tegle. Od metalne mreže izrezali smo komad površine ​​​12 x 24 cm. Sa oba kraja dugačke strane mjerimo 6 cm. Ove dijelove savijamo pod uglom od 90 stepeni. Dobijamo mali „platformni sto“ površine ​​​​​​12 x 12 cm sa nogama od 6 cm. Dobivenu strukturu ugrađujemo na dno limenke.

Mora se napraviti nekoliko rupa oko perimetra poklopca i postaviti u polukrug duž jedne polovine poklopca. Poželjno je da rupe imaju prečnik od oko 1 cm.To je neophodno kako bi se obezbedila odgovarajuća ventilacija. unutrašnji prostor. Parna mašina ne može dobro raditi ako ne dođe do izvora vatre. dosta zrak.

glavni element

Izrađujemo spiralu od bakrene cijevi. Potrebno vam je oko 6 metara meke bakarne cijevi od 1/4 inča (0,64 cm). Od jednog kraja mjerimo 30 cm. Počevši od ove tačke potrebno je napraviti pet zavoja spirale promjera 12 cm svaki. Ostatak cijevi je savijen u 15 prstenova prečnika 8 cm, tako da na drugom kraju treba ostati 20 cm slobodne cijevi.

Oba vodiča se provlače kroz otvore za ventilaciju na poklopcu tegle. Ako se pokaže da dužina ravnog dijela nije dovoljna za to, tada se jedan okret spirale može odvojiti. Ugalj se postavlja na unaprijed postavljenu platformu. U tom slučaju, spiralu treba postaviti neposredno iznad ovog mjesta. Ugalj se pažljivo polaže između njegovih zavoja. Sada se banka može zatvoriti. Kao rezultat, dobili smo ložište koje će pokretati motor. Parna mašina je gotovo gotova vlastitim rukama. Malo lijevo.

Rezervoar za vodu

Sada morate uzeti još jednu limenku boje, ali manje veličine. U sredini njenog poklopca izbušena je rupa prečnika 1 cm, a sa strane tegle su napravljene još dve rupe - jedna skoro na dnu, druga - viša, na samom poklopcu.

Uzimaju dvije kore, u čijem središtu je napravljena rupa od prečnika bakrene cijevi. U jednu koru umetne se 25 cm plastične lule, u drugu 10 cm, tako da im ivica jedva viri iz čepova. U donji otvor male tegle ubacuje se kora sa dugačkom cevčicom, a u gornji otvor kraća cevčica. Manju limenku stavljamo na vrh velike limenke boje tako da rupa na dnu bude na suprotnoj strani od ventilacionih prolaza velike limenke.

Rezultat

Rezultat bi trebao biti sljedeći dizajn. Voda se sipa u malu teglu, koja kroz rupu na dnu teče u bakarnu cijev. Ispod spirale se rasplamsava vatra koja zagrijava bakrenu posudu. Vruća para se diže uz cijev.

Da bi mehanizam bio kompletan, potrebno ga je pričvrstiti gornji kraj klip i zamašnjak od bakarne cijevi. Kao rezultat, toplotna energija sagorevanja će se pretvoriti u mehaničke sile rotacije točkova. Postoji ogromna količina razne šeme za stvaranje takvog motora eksterno sagorevanje, ali u svima njima uvijek su uključena dva elementa - vatra i voda.

Osim ovog dizajna, možete sastaviti i parni, ali ovo je materijal za potpuno poseban članak.

Pronalazak parnih mašina bio je prekretnica u ljudskoj istoriji. Negdje na prijelazu iz 17. u 18. stoljeće počeli su se zamjenjivati ​​neučinkoviti ručni rad, vodeni kotači i potpuno novi i jedinstveni mehanizmi - parne mašine. Zahvaljujući njima, tehničke i industrijske revolucije, a zapravo i cjelokupni napredak čovječanstva, postali su mogući.

Ali ko je izumeo parnu mašinu? Kome čovječanstvo ovo duguje? A kada je to bilo? Pokušaćemo da pronađemo odgovore na sva ova pitanja.

Čak i prije naše ere

Istorija stvaranja parna mašina počinje u prvim vekovima pre nove ere. Heroj Aleksandrije opisao je mehanizam koji je počeo da radi tek kada je bio izložen pari. Uređaj je bio lopta na koju su bile pričvršćene mlaznice. Para je izlazila tangencijalno iz mlaznica, uzrokujući rotaciju motora. Bio je to prvi uređaj koji je radio na paru.

Tvorac parne mašine (ili bolje rečeno, turbine) je Tagi al-Dinome (arapski filozof, inženjer i astronom). Njegov izum postao je nadaleko poznat u Egiptu u 16. vijeku. Mehanizam je bio raspoređen na sljedeći način: mlazovi pare su se lopaticama usmjeravali direktno na mehanizam, a kada je dim padao, lopatice su se okretale. Nešto slično je 1629. predložio talijanski inženjer Giovanni Branca. Glavni nedostatak svih ovih izuma bio je također visok protok pare, što je zauzvrat zahtijevalo ogromnu količinu energije i nije bilo preporučljivo. Razvoj je obustavljen, jer tadašnja naučna i tehnička znanja čovječanstva nisu bila dovoljna. Osim toga, potreba za takvim izumima potpuno je izostala.

Razvoj

Sve do 17. veka stvaranje parne mašine je bilo nemoguće. Ali čim je letvica za nivo ljudskog razvoja porasla, odmah su se pojavile prve kopije i izumi. Iako ih tada niko nije shvatao ozbiljno. Tako je, na primjer, 1663. godine engleski naučnik objavio u štampi nacrt svog izuma, koji je instalirao u zamku Raglan. Njegov uređaj je služio za podizanje vode na zidove kula. Međutim, kao i sve novo i nepoznato, i ovaj projekat je prihvaćen sa sumnjom, a nije bilo sponzora za njegov dalji razvoj.

Povijest stvaranja parne mašine počinje izumom parne mašine. Godine 1681. naučnik iz Francuske izumio je uređaj koji je pumpao vodu iz rudnika. U početku se kao pokretačka snaga koristio barut, a potom je zamijenjen vodenom parom. Tako je rođena parna mašina. Ogroman doprinos njegovom unapređenju dali su naučnici iz Engleske, Thomas Newcomen i Thomas Severen. Neprocjenjivu pomoć pružio je i ruski samouki pronalazač Ivan Polzunov.

Papin neuspjeli pokušaj

Parno-atmosferska mašina, daleko od savršene u to vrijeme, privukla je Posebna pažnja u brodogradnji. D. Papin je svoju poslednju ušteđevinu potrošio na kupovinu malog broda, na koji je počeo da ugrađuje parno-atmosfersku mašinu za podizanje vode. vlastita proizvodnja. Mehanizam djelovanja je bio da je, padajući s visine, voda počela rotirati kotače.

Pronalazač je izvršio svoja ispitivanja 1707. godine na rijeci Fulda. Mnogi ljudi su se okupili da pogledaju čudo: brod koji se kretao rijekom bez jedara i vesala. Međutim, tokom testiranja dogodila se katastrofa: motor je eksplodirao i nekoliko ljudi je poginulo. Vlasti su se naljutile na nesretnog pronalazača i zabranile mu bilo kakav rad i projekte. Brod je konfiskovan i uništen, a sam Papen je umro nekoliko godina kasnije.

Greška

Papin parobrod imao je sljedeći princip rada. Na dno cilindra bilo je potrebno sipati malu količinu vode. Ispod samog cilindra nalazila se mangala koja je služila za zagrijavanje tečnosti. Kada je voda počela da ključa, nastala para, šireći se, podigla je klip. Zrak je izbačen iz prostora iznad klipa kroz posebno opremljen ventil. Nakon što je voda proključala i para je počela da pada, bilo je potrebno ukloniti žar, zatvoriti ventil da bi se uklonio zrak i ohladiti zidove cilindra hladnom vodom. Zahvaljujući takvim akcijama, para u cilindru se kondenzovala, ispod klipa je nastao vakuum, a usled sile atmosferskog pritiska, klip se ponovo vratio na prvobitno mesto. Tokom njegovog kretanja naniže i napravljen je koristan rad. Međutim, efikasnost Papenove parne mašine bila je negativna. Motor parobroda bio je krajnje neekonomičan. I što je najvažnije, bio je previše kompliciran i nezgodan za korištenje. Dakle, Papenov izum nije imao budućnost od samog početka.

Followers

Međutim, istorija stvaranja parne mašine nije tu završila. Sljedeći, već mnogo uspješniji od Papena, bio je engleski naučnik Thomas Newcomen. Dugo je proučavao radove svojih prethodnika, fokusirajući se na slabe tačke. I uzevši najbolje od njihovog rada, stvorio je svoj vlastiti aparat 1712. godine. Nova parna mašina (prikazana fotografija) je projektovana na sledeći način: korišćen je cilindar koji je bio u vertikalnom položaju, kao i klip. Ovaj Newcomen preuzeo je iz Papinova djela. Međutim, para se već formirala u drugom kotlu. Oko klipa je fiksirana cijela koža, što je značajno povećalo zategnutost iznutra parni cilindar. Ova mašina bio je i paraatmosferski (voda se dizala iz rudnika uz pomoć atmosferskog pritiska). Glavni nedostaci izuma bili su njegova glomaznost i neefikasnost: mašina je "pojela" ogromnu količinu uglja. Međutim, donio je mnogo više koristi od Papinovog izuma. Stoga se skoro pedeset godina koristi u tamnicama i rudnicima. Korišćen je za ispumpavanje podzemnih voda, kao i za sušenje brodova. pokušao da prepravi svoj automobil tako da ga je moguće koristiti za saobraćaj. Međutim, svi njegovi pokušaji bili su neuspješni.

Sljedeći naučnik koji se izjasnio bio je D. Hull iz Engleske. Godine 1736. predstavio je svijetu svoj izum: parnu atmosfersku mašinu, koja je imala kotače s lopaticama kao pokretač. Njegov razvoj bio je uspješniji od Papinog. Odmah je pušteno nekoliko takvih plovila. Uglavnom su korišteni za vuču barži, brodova i drugih plovila. Međutim, pouzdanost parne atmosferske mašine nije ulijevala povjerenje, a brodovi su bili opremljeni jedrima kao glavnim pokretačem.

I iako je Hull imao više sreće od Papena, njegovi izumi su postepeno izgubili na važnosti i bili su napušteni. Ipak, parno-atmosferske mašine tog vremena imale su mnoge specifične nedostatke.

Istorija stvaranja parne mašine u Rusiji

Usledio je sledeći proboj Rusko carstvo. Godine 1766. stvorena je prva parna mašina u metalurškoj fabrici u Barnaulu, koja je dopremala vazduh u peći za topljenje pomoću specijalnih mehova za puhanje. Njegov tvorac bio je Ivan Ivanovič Polzunov, koji je čak dobio i oficirski čin za zasluge u domovini. Pronalazač je svojim pretpostavljenima predstavio crteže i planove za "vatrenu mašinu" sposobnu da pokreće mehove.

Međutim, sudbina se okrutno našalila sa Polzunovom: sedam godina nakon što je njegov projekat prihvaćen i automobil sastavljen, on se razbolio i umro od trošenja - samo nedelju dana pre nego što su počela ispitivanja njegovog motora. Međutim, njegove upute bile su dovoljne za pokretanje motora.

Tako je 7. avgusta 1766. Polzunovljev parni stroj pušten u pogon i stavljen pod teret. Međutim, u novembru iste godine se pokvario. Ispostavilo se da su razlog bili pretanki zidovi kotla, koji nisu namijenjeni za punjenje. Štaviše, pronalazač je u svojim uputstvima napisao da se ovaj kotao može koristiti samo tokom testiranja. Proizvodnja novog kotla lako bi se isplatila, jer je efikasnost Polzunovljeve parne mašine bila pozitivna. Za 1023 sata rada uz njegovu pomoć istopljeno je više od 14 kilograma srebra!

Ali uprkos tome, niko nije počeo da popravlja mehanizam. Polzunovljev parni stroj skupljao je prašinu više od 15 godina u skladištu, dok svijet industrije nije stajao i razvijao se. A onda je potpuno rastavljen na dijelove. Očigledno, u tom trenutku Rusija još nije dorasla parnim mašinama.

Zahtjevi vremena

U međuvremenu, život nije stajao. I čovječanstvo je stalno razmišljalo o stvaranju mehanizma koji bi omogućio da se ne ovisi o hirovitoj prirodi, već da kontrolira samu sudbinu. Svi su htjeli što prije napustiti jedra. Stoga se postavlja pitanje stvaranja parni mehanizam stalno bio u vazduhu. Godine 1753. u Parizu je raspisano takmičenje zanatlija, naučnika i pronalazača. Akademija nauka objavila je nagradu onima koji mogu stvoriti mehanizam koji može zamijeniti snagu vjetra. Ali uprkos činjenici da su umovi kao što su L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i drugi učestvovali na takmičenju, niko nije dao razuman prijedlog.

Godine su prolazile. A industrijska revolucija je zahvatila sve više zemalja. Superiornost i vođstvo među ostalim silama je uvijek pripadalo Engleskoj. Do kraja osamnaestog stoljeća upravo je Velika Britanija postala tvorac velike industrije, zahvaljujući kojoj je osvojila titulu svjetskog monopola u ovoj industriji. Pitanje o mehanički motor svaki dan postajao sve relevantniji. I takav motor je stvoren.

Prva parna mašina na svetu

Godina 1784. bila je za Englesku i za cijeli svijet prekretnica u industrijskoj revoluciji. A osoba odgovorna za ovo bio je engleski mehaničar James Watt. Parna mašina koju je stvorio bila je najveće otkriće stoljeća.

Nekoliko godina proučavao je crteže, strukturu i principe rada parno-atmosferskih mašina. I na osnovu svega toga zaključio je da je za efikasnost motora potrebno izjednačiti temperature vode u cilindru i pare koja ulazi u mehanizam. Glavni nedostatak parno-atmosferskih mašina bila je stalna potreba da se cilindar hladi vodom. Bilo je skupo i nezgodno.

Nova parna mašina je drugačije dizajnirana. Dakle, cilindar je bio zatvoren u posebnu parnu košulju. Tako je Watt postigao svoje konstantno zagrijano stanje. Pronalazač je stvorio posebnu posudu uronjenu u hladnu vodu (kondenzator). Na njega je cijevom pričvršćen cilindar. Kada je para bila iscrpljena u cilindru, ušla je u kondenzator kroz cijev i tamo se ponovo pretvorila u vodu. Radeći na poboljšanju svoje mašine, Watt je stvorio vakuum u kondenzatoru. Tako se sva para koja dolazi iz cilindra kondenzovala u njemu. Zahvaljujući ovoj inovaciji, proces ekspanzije pare je znatno povećan, što je zauzvrat omogućilo da se iz iste količine pare izvuče mnogo više energije. Bio je to vrhunac uspjeha.

Tvorac parne mašine je takođe promenio princip dovoda vazduha. Sada je para prvo pala ispod klipa, podižući ga, a zatim se skupljala iznad klipa, spuštajući ga. Tako su oba poteza klipa u mehanizmu proradila, što prije nije bilo moguće. I potrošnja uglja za jednog konjskih snaga bila je četiri puta manja nego za mašine sa parnom atmosferom, što je Džejms Vat pokušavao da postigne. Parna mašina je vrlo brzo osvojila prvo Veliku Britaniju, a potom i cijeli svijet.

"Charlotte Dundas"

Nakon što je cijeli svijet bio zadivljen izumom Jamesa Watta, počela je široka upotreba parnih mašina. Tako se 1802. godine u Engleskoj pojavio prvi brod za par - brod Charlotte Dundas. Njegov tvorac je William Symington. Čamac je korišten kao teglenica duž kanala. Ulogu pokretača na brodu igrao je točak s veslom postavljen na krmi. Čamac je uspješno prošao testove prvi put: odvukao je dvije ogromne barže 18 milja za šest sati. U isto vrijeme, čeoni vjetar mu je uvelike smetao. Ali uspio je.

A ipak su ga stavili na čekanje, jer su se bojali da će zbog jakih talasa koji su se stvarali ispod lopatice, obale kanala isprati. Inače, testiranju "Šarlote" prisustvovao je čovek koga ceo svet danas smatra tvorcem prvog parobroda.

u svijetu

Engleski brodograditelj od mladosti sanjao je o brodu s parnim strojem. A sada mu se san ostvario. Uostalom, pronalazak parnih mašina bio je novi zamah u brodogradnji. Zajedno sa izaslanikom iz Amerike R. Livingstonom, koji je preuzeo materijalnu stranu pitanja, Fulton se prihvatio projekta broda s parnom mašinom. Bio je to složen izum zasnovan na ideji pokretača vesla. Duž bokova broda su u nizu ispružene ploče koje imitiraju mnogo vesala. U isto vrijeme, ploče su se tu i tamo miješale jedna u drugu i lomile. Danas možemo lako reći da se isti efekat može postići sa samo tri ili četiri pločice. Ali sa stanovišta nauke i tehnologije tog vremena, to je bilo nerealno sagledati. Stoga je brodograditeljima bilo mnogo teže.

1803. godine, Fultonov izum je predstavljen svijetu. Parobrod se polako i ravnomjerno kretao duž Sene, zadivljujući umove i maštu mnogih naučnika i ličnosti u Parizu. Međutim, Napoleonova vlada je odbila projekat, a nezadovoljni brodograditelji bili su primorani da potraže sreću u Americi.

A u kolovozu 1807., prvi parobrod na svijetu nazvan Claremont, u kojem je bila uključena najmoćnija parna mašina (fotografija je predstavljena), išao je duž zaljeva Hudson. Mnogi tada jednostavno nisu vjerovali u uspjeh.

Claremont je na svoje prvo putovanje krenuo bez tereta i bez putnika. Niko nije želio da putuje na brod koji diše vatru. Ali već na povratku pojavio se prvi putnik - lokalni farmer koji je kartu platio šest dolara. Postao je prvi putnik u istoriji brodarske kompanije. Fulton je bio toliko dirnut da je hrabri đavolu dao doživotnu besplatnu vožnju za sve svoje izume.

Princip rada parne mašine

Sadržaj

anotacija

1. Teorijski dio

1.1 Vremenska linija

1.2 Parna mašina

1.2.1 Parni kotao

1.2.2 Parne turbine

1.3 Parne mašine

1.3.1 Prvi parobrodi

1.3.2 Rođenje dvotočkaša

1.4 Upotreba parnih mašina

1.4.1 Prednost parnih mašina

1.4.2 Efikasnost

2. Praktični dio

2.1 Izgradnja mehanizma

2.2 Načini poboljšanja mašine i njene efikasnosti

2.3 Upitnik

Zaključak

Bibliografija

Aplikacija

parna mašina korisna akcija

anotacija

Ovaj naučni rad se sastoji od 32 lista i obuhvata teorijski deo, praktični deo, aplikaciju i zaključak. U teorijskom dijelu naučit ćete o principu rada parnih mašina i mehanizama, o njihovoj povijesti i ulozi njihove primjene u životu. Praktični dio detaljno opisuje proces dizajniranja i testiranja parnog mehanizma kod kuće. Ovaj naučni rad može poslužiti dobar primjer rad i korišćenje energije pare.

Uvod

Svijet podložnog bilo kakvim hirovima prirode, gdje se strojevi pokreću mišićnom snagom ili snagom vodenih kotača i vjetrenjača - to je bio svijet tehnologije prije stvaranja parne mašine. u vatri, u stanju je pomaknuti prepreku ( na primjer, list papira) koji mu se nalazi na putu.To je navelo osobu na razmišljanje o tome kako se para može koristiti kao radni fluid. Kao rezultat toga, nakon mnogih eksperimenata, pojavio se parni stroj. A zamislite fabrike sa dimnjacima, parnim strojevima i turbinama, parnim lokomotivama i parobrodima - cijeli složen i moćan svijet parnog inženjeringa koji je stvorio čovjek Parna mašina je praktično bila samo univerzalni motor i odigrao je ogromnu ulogu u razvoju čovječanstva.Pronalazak parne mašine je bio poticaj za dalji razvoj vozila. Sto godina je bila jedina industrijski motor, čija je svestranost omogućila da se koristi u preduzećima, željeznice i u mornarici.Pronalazak parne mašine je ogroman proboj koji je stajao na razmeđi dve ere. I nakon vekova, čitav značaj ovog izuma se još oštrije oseća.

hipoteza:

Da li je moguće graditi vlastitim rukama najjednostavniji mehanizam radim za par.

Svrha rada: dizajnirati mehanizam sposoban da se kreće u paru.

Cilj istraživanja:

1. Proučite naučnu literaturu.

2. Dizajnirajte i izgradite najjednostavniji mehanizam koji je radio na paru.

3. Razmotrite mogućnosti za povećanje efikasnosti u budućnosti.

Ovaj naučni rad služiće kao priručnik u nastavi fizike za srednjoškolce i za one koji su zainteresovani za ovu temu.

1. T eo R e tic part

Parna mašina - termički klipni motor u kojem se potencijalna energija vodene pare koja dolazi iz parnog kotla pretvara u mehanički rad povratno kretanje klipa ili rotaciono kretanje vratila.

Para je jedan od uobičajenih nosača toplote u termičkim sistemima sa zagrejanim tečnim ili gasovitim radnim fluidom zajedno sa vodom i termalnim uljima. Vodena para ima niz prednosti, uključujući jednostavnost i fleksibilnost upotrebe, nisku toksičnost, sposobnost dovođenja do tehnološki proces značajnu količinu energije. Može se koristiti u različitim sistemima koji uključuju direktan kontakt rashladnog sredstva sa različitim elementima opreme, efektivno doprinoseći nižim troškovima energije, smanjenju emisija i brzom povratu.

Zakon održanja energije je osnovni zakon prirode, ustanovljen empirijski i sastoji se u činjenici da se energija izolovanog (zatvorenog) fizičkog sistema održava tokom vremena. Drugim riječima, energija ne može nastati ni iz čega i ne može nestati nigdje, može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi. Sa fundamentalne tačke gledišta, prema Noetherovoj teoremi, zakon održanja energije je posljedica homogenosti vremena i u tom smislu je univerzalan, odnosno inherentan sistemima vrlo različite fizičke prirode.

1.1 Vremenska linija

4000 pne e. - Čovek je izmislio točak.

3000 pne e. - prvi putevi su se pojavili u starom Rimu.

2000 pne e. - točak nam je postao poznatiji. Imao je glavčinu, rub i krakove koji su ih povezivali.

1700 pne e. - pojavili su se prvi putevi popločani drvenim kockama.

312 pne e. - Prvi asfaltirani putevi izgrađeni su u starom Rimu. Debljina zida je dostigla jedan metar.

1405 - pojavile su se prve proljetne konjske zaprege.

1510. - konjska zaprega dobila je karoseriju sa zidovima i krovom. Putnici imaju priliku da se zaštite od lošeg vremena tokom putovanja.

1526. - Njemački naučnik i umjetnik Albrecht Durer razvio je zanimljiv projekat "kola bez konja" pokretanih mišićnom snagom ljudi. Ljudi koji su hodali sa strane kočije okretali su posebne ručke. Ova rotacija sa crv mehanizam prenosi se na točkove vagona. Nažalost, vagon nije napravljen.

1600 - Simon Stevin izgradio je jahtu na točkovima, koja se kretala pod uticajem vetra. Ona je postala prvi dizajn kola bez konja.

1610 - kočije su doživjele dva značajna poboljšanja. Prvo, nepouzdani i previše mekani kaiševi koji su ljuljali putnike tokom putovanja zamijenjeni su čeličnim oprugama. Drugo, poboljšana je konjska orma. Sada je konj vukao kočiju ne vratom, već prsima.

1649. - prošao prve testove upotrebe opruge, koju je osoba prethodno uvrnula, kao pokretačke sile. Kočiju sa oprugom napravio je Johann Hauch u Nirnbergu. Međutim, istoričari dovode u pitanje ovu informaciju, jer postoji verzija da je umjesto velike opruge u kočiji sjedila osoba koja je pokrenula mehanizam.

1680 - in glavni gradovi pojavili su se prvi primjerci javnog prijevoza s konjskom vučom.

1690. Stefan Farfler iz Nirnberga stvorio je kolica na tri točka koja se kreću uz pomoć dve ručke koje se okreću rukama. Zahvaljujući ovom pogonu, dizajner vagona se mogao kretati s mjesta na mjesto bez pomoći svojih nogu.

1698. - Englez Thomas Savery izgradio je prvi parni kotao.

1741 - Ruski samouki mehaničar Leontij Lukjanovič Šamšurenkov poslao je "izveštaj" u kojem je opisao "samohodnu kočiju" pokrajinskoj kancelariji Nižnji Novgorod.

1769 - Francuski pronalazač Cugno napravio je prvi parni automobil na svijetu.

1784 - Džejms Vat je napravio prvu parnu mašinu.

1791. - Ivan Kulibin dizajnirao je trotočkaš samohodna kolica za smeštaj dva putnika. Pogon je izveden pomoću mehanizma pedala.

1794. - Cugnoova parna mašina predata je "skladištu mašina, alata, modela, crteža i opisa svih vrsta umjetnosti i zanata" kao još jedan mehanički kuriozitet.

1800 - postoji mišljenje da je ove godine u Rusiji napravljen prvi bicikl na svijetu. Njegov autor je bio kmet Yefim Artamonov.

1808 - Prvi francuski bicikl pojavio se na ulicama Pariza. Bio je napravljen od drveta i sastojao se od prečke koja je spajala dva točka. Za razliku od modernog bicikla, nije imao upravljač ili pedale.

1810 - u Americi i evropskim zemljama počela je da se pojavljuje industrija kočija. U velikim gradovima pojavile su se čitave ulice, pa čak i kvartovi naseljeni majstorima kočijašima.

1816 - Njemački pronalazač Carl Friedrich Dreis napravio je mašinu koja liči na moderni bicikl. Čim se pojavio na ulicama grada, dobio je naziv "automobil koji trči", jer je njegov vlasnik, odgurujući se nogama, zapravo trčao po zemlji.

1834. - jedriličarska posada koju je dizajnirao M. Hakuet testirana je u Parizu. Ova posada imala je jarbol visok 12 m.

1868 - Vjeruje se da je ove godine Francuz Erne Michaud stvorio prototip modernog motocikla.

1871 - Francuski pronalazač Louis Perrault razvio je parnu mašinu za bicikl.

1874 - u Rusiji je proizveden traktor na parni kotač. Korišten kao prototip Engleski auto"Evelyn Porter".

1875 - Prva parna mašina Amadeusa Bdllyja demonstrirana je u Parizu.

1884 - Amerikanac Louis Copland napravio je motocikl na kojem je iznad prednjeg točka bila postavljena parna mašina. Ovaj dizajn mogao bi ubrzati do 18 km/h.

1901 - u Rusiji, putnički parni automobil iz Moskve fabrika bicikala"Dux".

1902 - Leon Serpollet na jednom od svojih parnih automobila postavio je svjetski rekord brzine - 120 km/h.

Godinu dana kasnije postavio je još jedan rekord - 144 km / h.

1905 - Amerikanac F. Marriott on parni automobil prešao brzinu od 200 km

1.2 Steam motor

Motor pokretan parom. Para proizvedena zagrijavanjem vode koristi se za pogon. U nekim motorima para tjera klipove u cilindrima da se kreću. Ovo stvara povratno kretanje. Povezani mehanizam ga obično pretvara u rotaciono kretanje. U parnim lokomotivama (lokomotivama) se koriste Klipni motori. Parne turbine se također koriste kao motori, koji daju direktno rotacijsko kretanje rotirajući niz kotača s lopaticama. Parne turbine pokreću generatore energije i brodske propelere. U bilo kojoj parnoj mašini, toplota proizvedena zagrijavanjem vode u parnom kotlu (bojleru) pretvara se u energiju kretanja. Toplota se može dobiti iz sagorijevanja goriva u peći ili iz nuklearnog reaktora. Prva parna mašina u istoriji bila je neka vrsta pumpe, uz pomoć koje su ispumpavali vodu koja je poplavila rudnike. Izumio ga je 1689. godine Thomas Savery. U ovoj mašini, vrlo jednostavnog dizajna, para se kondenzovala u malu količinu vode, te je zbog toga nastao djelimični vakuum, zbog čega je voda isisavana iz rudničkog okna. 1712. Tomas Njukomen je izumeo klipna pumpa na parni pogon. 1760-ih godina James Watt je poboljšao Newcomenov dizajn i stvorio mnogo efikasnije parne mašine. Ubrzo su korišćeni u fabrikama za pogon alatnih mašina. Godine 1884. engleski inženjer Charles Parson (1854-1931) izumio je prvi praktični parna turbina. Njegovi dizajni bili su toliko efikasni da su ubrzo počeli da zamenjuju klipne parne mašine u elektranama. Najnevjerovatnije dostignuće u oblasti parnih mašina bilo je stvaranje potpuno zatvorene, radne parne mašine mikroskopskih dimenzija. Japanski naučnici su ga stvorili koristeći tehnike koje se koriste za izradu integrisanih kola. Mala struja koja prolazi kroz električni grijač pretvara kapljicu vode u paru, koja pokreće klip. Sada naučnici moraju otkriti u kojim oblastima ovaj uređaj može naći praktičnu primjenu.

Parne lokomotive, koje su primitivne na pozadini drugih tehnologija, još uvijek se koriste u nekim zemljama. To su autonomne lokomotive koje koriste parni stroj kao motor. Prve takve lokomotive pojavile su se u 19. veku i zasvirale ključnu ulogu u razvoju privrede niza zemalja.

Uređaj parne lokomotive stalno se poboljšavao, zbog čega su se pojavili novi dizajni koji su se uvelike razlikovali od klasičnog. Tako su postojali modeli sa zupčanicima, turbinama, bez tendera.

Princip rada i uređaj parne lokomotive

Iako postoje razne modifikacije dizajna ovog transporta, svi imaju tri glavna dijela:

• parni stroj;
• bojler;
• posada.

Para se proizvodi u parnom kotlu - upravo ta jedinica je primarni izvor energije, a para je glavni radni fluid. U parnoj mašini se pretvara u klipni mehaničko kretanje klip, koji se, pak, uz pomoć koljenastog mehanizma pretvara u rotacijski. Zbog toga se kotači lokomotive okreću. Para takođe pokreće parno-vazdušnu pumpu, generator parne turbine i koristi se u zviždaljci.

Posada mašine se sastoji od pogonskog mehanizma i okvira i predstavlja pokretnu bazu. Ova tri elementa su glavna u dizajnu parne lokomotive. Takođe, na automobil se može prikačiti tender - vagon koji služi kao skladište uglja (goriva) i vode.

parni kotao

Kada se razmatra uređaj i princip rada parne lokomotive, morate početi s kotlom, jer je to primarni izvor energije i glavna komponenta ove mašine. Za ovaj element postavljaju se određeni zahtjevi: pouzdanost i sigurnost. Pritisak pare u instalaciji može doseći 20 atmosfera ili više, što je čini praktično eksplozivnom. Neispravnost bilo kojeg elementa sistema može dovesti do eksplozije, koja će mašini oduzeti izvor energije.

Također dati element treba biti lak za upravljanje, popravak, održavanje, biti fleksibilan, odnosno biti sposoban za rad sa različitim gorivima (manje ili više moćnim).

Firebox

Glavni element kotla je peć u kojoj se sagorijeva čvrsto gorivo, koje se napaja putem dovoda uglja. Ako mašina radi na tečno gorivo, onda se napaja kroz mlaznice. Visokotemperaturni plinovi koji se oslobađaju kao rezultat sagorijevanja prenose toplinu kroz zidove ložišta do vode. Zatim se plinovi, nakon što su većinu svoje topline predali isparavanju vode i zagrijavanju zasićene pare, ispuštaju u atmosferu kroz dimnjak i odvodnik iskri.

Nastala para u kotlu se akumulira u aspiratoru (u gornjem dijelu). Kada pritisak pare pređe 105 Pa, posebno sigurnosni ventil baca se, otpuštajući višak u atmosferu.

Vruća para pod pritiskom se dovodi kroz cijevi do cilindara parne mašine, gdje pritiska na klip i radilica, što dovodi do rotacije vodeće ose. Izduvna para ulazi u dimnjak, stvarajući vakuum u dimnoj kutiji, što povećava protok zraka u kotlovsku peć.

Šema rada

Odnosno, ako opišete princip rada na generaliziran način, sve izgleda krajnje jednostavno. Kako izgleda shema uređaja parne lokomotive može se vidjeti i na fotografiji objavljenoj u članku.

Parni kotao sagorijeva gorivo za zagrijavanje vode. Voda se pretvara u paru, a kako se zagreva, pritisak pare u sistemu raste. Kad stigne visoka vrijednost, zatim se dovodi u cilindar u kojem se nalaze klipovi.

Zbog pritiska na klipove osovina se rotira, a točkovi se pokreću. Višak pare se ispušta u atmosferu kroz poseban sigurnosni ventil. Inače, uloga ovog potonjeg je izuzetno važna, jer bi bez njega kotao bio raskomadan iznutra. Ovako izgleda kotao na parnoj lokomotivi.

Prednosti

Kao i druge vrste, oni imaju određene prednosti i nedostatke. Prednosti su sljedeće:

1. Jednostavnost dizajna. Zbog jednostavne strukture parne mašine parne lokomotive i njenog kotla nije bilo teško uspostaviti proizvodnju u mašinogradnji i metalurškim postrojenjima.
2. Pouzdanost u radu. Ova jednostavnost dizajna pruža visoka pouzdanost rad cijelog sistema. Praktično se nema šta polomiti, zbog čega parne lokomotive rade 100 i više godina.
3. Snažna vuča pri startovanju.
4. Upotrebljivost različite vrste gorivo.

Ranije je postojala takva stvar kao "svejedi". Primijenjen je na parnim lokomotivama i utvrđena je mogućnost korištenja drva, treseta, uglja, mazuta kao goriva za ovu mašinu. Ponekad su se lokomotive grijale otpadom od proizvodnje: raznom piljevinom, ljuskom žitarica, drvnom sječkom, neispravnom zrnom, korištenim mazivima.

Naravno, vučne sposobnosti mašine su smanjene, ali u svakom slučaju to je omogućilo uštedu značajnih sredstava, jer je klasični ugalj skuplji.

Nedostaci

Nije bez nedostataka:

1. Niska efikasnost. Čak i na najnaprednijim parnim lokomotivama, efikasnost je bila 5-9%. To je logično, s obzirom na nisku efikasnost same parne mašine (oko 20%). Neefikasnost sagorevanja goriva, veliki gubici toplote pri prenosu toplote pare iz kotla na cilindre.
2. Potreba za ogromnim rezervama goriva i vode. Ovaj problem je postao posebno aktuelan pri radu mašina u sušnim područjima (u pustinjama, na primjer), gdje je teško doći do vode. Naravno, parne lokomotive sa kondenzacijom izduvne pare izumljene su nešto kasnije, ali to nije u potpunosti riješilo problem, već ga je samo pojednostavilo.
3. Opasnost od požara zbog otvorene vatre zapaljenog goriva. Ovaj nedostatak nije prisutan na parnim lokomotivama bez vatre, ali je njihov domet ograničen.
4. Dim i čađ ispuštaju se u atmosferu. Ovaj problem postaje ozbiljan kada se parne lokomotive kreću unutar granica naselja.
5. Teški uslovi za posadu koja opslužuje automobil.
6. Složenost popravke. Ako se nešto pokvari u parnom kotlu, tada se popravci izvode dugo i zahtijevaju ulaganja.

Uprkos nedostacima, parne lokomotive su bile veoma cenjene, jer je njihova upotreba značajno podigla nivo industrije u različite zemlje. Naravno, danas upotreba takvih mašina nije relevantna, zbog prisustva više savremeni motori unutrašnjim sagorevanjem i elektromotore. Ipak, upravo su parne lokomotive postavile temelje za stvaranje željezničkog transporta.

Konačno

Sada znate strukturu motora lokomotive, njegove karakteristike, prednosti i nedostatke rada. Inače, danas se ove mašine i dalje koriste na željezničkim prugama nerazvijenih zemalja (na primjer, na Kubi). Do 1996. godine koristili su se iu Indiji. IN evropske zemlje, SAD, Rusija, ova vrsta transporta postoji samo u obliku spomenika i muzejskih eksponata.