Parní stroj je tepelný stroj, ve kterém se potenciální energie expandující páry přeměňuje na mechanickou energii dodávanou spotřebiteli.

S principem činnosti stroje se seznámíme pomocí zjednodušeného schématu Obr. 1.

Uvnitř válce 2 je píst 10, který se může pohybovat tam a zpět pod tlakem páry; válec má čtyři kanály, které lze otevřít a zavřít. Dva horní parní kanály1 A3 jsou připojeny potrubím k parnímu kotli a přes ně může do válce vstupovat čerstvá pára. Prostřednictvím dvou spodních krytů 9 a 11 je dvojice, která již dokončila práci, uvolněna z válce.

Diagram ukazuje okamžik, kdy jsou otevřeny kanály 1 a 9, kanály 3 a11 ZAVŘENO. Čerstvá pára proto z kotle kanálem1 vstupuje do levé dutiny válce a svým tlakem posouvá píst doprava; v tomto okamžiku je výfuková pára odváděna z pravé dutiny válce kanálem 9. Při krajní pravé poloze pístu jsou kanály1 A9 jsou uzavřeny a 3 pro vstup čerstvé páry a 11 pro odvod odpadní páry jsou otevřené, v důsledku čehož se píst posune doleva. V krajní levé poloze pístu se kanály otevřou1 a 9 a kanály 3 a 11 jsou uzavřeny a proces se opakuje. Vzniká tak přímočarý vratný pohyb pístu.

K převedení tohoto pohybu na rotační se používá tzv. klikový mechanismus. Skládá se z pístní tyče - 4, spojené na jednom konci s pístem a na druhém otočně pomocí jezdce (křížové hlavy) 5, klouzajícího mezi vodícími rovnoběžkami, s ojnicí 6, která přenáší pohyb na hlavní hřídel 7 skrz jeho koleno nebo kliku 8.

Velikost točivého momentu na hlavním hřídeli není konstantní. Opravdu, sílaR , směřující podél stonku (obr. 2), lze rozložit na dvě složky:NA směřující podél ojnice aN , kolmo k rovině vodících rovnoběžek. Síla N nemá žádný vliv na pohyb, ale pouze přitlačuje jezdec proti vodicím rovnoběžkám. PlatnostNA se přenáší po ojnici a působí na kliku. Zde jej lze opět rozložit na dvě složky: síluZ , směřující podél poloměru kliky a přitlačující hřídel proti ložiskům a síluT kolmo na kliku a způsobující otáčení hřídele. Velikost síly T určíme z uvažování trojúhelníku AKZ. Protože úhel ZAK = ? + ?, tedy

T = K hřích (? + ?).

Ale z trojúhelníku OCD síla

K= P/ cos ?

Proto

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

Při provozu stroje na jednu otáčku hřídele se úhly? A? a síluR se plynule mění, a tedy i velikost torzní (tangenciální) sílyT také variabilní. Pro vytvoření rovnoměrného otáčení hlavního hřídele během jedné otáčky je na něm namontován těžký setrvačník, díky jehož setrvačnosti je konstantní úhlová rychlost rotace hřídele. V těch chvílích, kdy mocT zvyšuje, nemůže okamžitě zvýšit rychlost otáčení hřídele, dokud se setrvačník nezrychlí, což se nestane okamžitě, protože setrvačník má velkou hmotnost. V těch chvílích, kdy je práce vyrobena kroutící silouT , stává se méně práce odporové síly vytvářené spotřebičem, setrvačník, opět kvůli své setrvačnosti, nemůže okamžitě snížit svou rychlost a vydáváním energie přijaté během zrychlování pomáhá pístu překonat zatížení.

V krajních polohách úhlů pístu? +? = 0, takže sin (? + ?) = 0 a tedy T = 0. Protože v těchto polohách není žádná rotační síla, pokud by stroj byl bez setrvačníku, musel by se spánek zastavit. Tyto krajní polohy pístu se nazývají mrtvé polohy resp mrtvá místa. Prochází jimi i klika díky setrvačnosti setrvačníku.

Na mrtvé pozice píst není uveden do kontaktu s kryty válců, mezi pístem a krytem zůstává tzv. škodlivý prostor. Objem škodlivého prostoru zahrnuje i objem parních kanálů od parních distribučních orgánů do válce.

MrtviceS nazývaná dráha, kterou urazí píst při pohybu z jednoho krajní poloha do jiného. Pokud je vzdálenost od středu hlavního hřídele ke středu klikového čepu - poloměr kliky - označena R, pak S = 2R.

Zdvihový objem válce V h nazýván objem popsaný pístem.

Parní stroje jsou typicky dvoučinné (oboustranné) (viz obr. 1). Někdy se používají stroje jednočinné, u nichž pára vyvíjí tlak na píst pouze ze strany krytu; druhá strana válce u takových strojů zůstává otevřená.

Podle tlaku, kterým pára opouští válec, se stroje dělí na výfukové, pokud pára uniká do atmosféry, kondenzační, pokud pára vstupuje do kondenzátoru (chladnička, kde se udržuje snížený tlak), a na odběr tepla, v které se pára odváděná ze stroje používá k jakémukoli účelu (ohřev, sušení atd.)

Svůj rozmach započal na počátku 19. století. A už v té době se stavěly nejen velké celky pro průmyslové účely, ale i dekorativní. Většina jejich zákazníků byli bohatí šlechtici, kteří chtěli pobavit sebe a své děti. Poté, co se parní stroje pevně usadily v životě společnosti, začaly se na univerzitách a školách používat dekorativní stroje jako vzdělávací modely.

Dnešní parní stroje

Na počátku 20. století začal význam parních strojů klesat. Jednou z mála společností, která pokračovala ve výrobě dekorativních minimotorů, byla britská společnost Mamod, která umožňuje zakoupit vzorek takového zařízení i dnes. Náklady na takové parní stroje ale snadno překročí dvě stě liber, což není za cetku na pár večerů tak málo. Zejména pro ty, kteří rádi sestavují všechny druhy mechanismů sami, je mnohem zajímavější vytvořit jednoduchý Parní motor vlastníma rukama.

Velmi jednoduché. Oheň ohřívá kotel s vodou. Působením teploty se voda mění v páru, která tlačí píst. Dokud je v nádrži voda, setrvačník spojený s pístem se bude otáčet. Toto je standardní uspořádání parního stroje. Ale můžete sestavit model a úplně jinou konfiguraci.

No, přejděme od teoretické části k zajímavějším věcem. Pokud máte zájem dělat něco vlastníma rukama a překvapují vás tak exotická auta, pak je pro vás tento článek, ve kterém si rádi popovídáme různé cesty jak sestavit parní stroj vlastníma rukama. Přitom samotný proces vytváření mechanismu přináší radost ne menší než jeho spuštění.

Metoda 1: DIY mini parní stroj

Takže, začněme. Pojďme sestavit nejjednodušší parní stroj vlastníma rukama. Výkresy, složité nástroje a speciální znalosti nejsou potřeba.

Pro začátek si vezmeme zpod jakéhokoli nápoje. Odřízněte spodní třetinu. Protože v důsledku toho získáme ostré hrany, musí být ohnuty dovnitř kleštěmi. Děláme to opatrně, abychom se nepořezali. Protože většina hliníkových plechovek má konkávní dno, je třeba jej vyrovnat. Stačí jej pevně přitisknout prstem na nějaký tvrdý povrch.

Ve vzdálenosti 1,5 cm od horního okraje výsledné "sklenice" je nutné udělat dva otvory proti sobě. K tomu je vhodné použít děrovačku, protože je nutné, aby měly průměr alespoň 3 mm. Na dno dózy dáme ozdobnou svíčku. Nyní vezmeme obvyklou stolní fólii, zmačkáme ji a poté zabalíme náš mini hořák ze všech stran.

Mini trysky

Dále je třeba vzít kus měděné trubky o délce 15-20 cm. Je důležité, aby byla uvnitř dutá, protože to bude naše hlavním mechanismem uvedení konstrukce do pohybu. centrální část trubky se 2 nebo 3krát omotají kolem tužky, takže se získá malá spirála.

Nyní musíte tento prvek umístit tak, aby zakřivené místo bylo umístěno přímo nad knotem svíčky. K tomu dáme trubici tvar písmene "M". Současně zobrazujeme řezy, které jdou dolů skrz otvory vytvořené v bance. Měděná trubice je tedy pevně upevněna nad knotem a její okraje jsou jakési trysky. Aby se konstrukce mohla otočit, je nutné ohnout protilehlé konce "M-prvku" o 90 stupňů v různé strany. Návrh parního stroje je hotový.

Startování motoru

Nádoba se umístí do nádoby s vodou. V tomto případě je nutné, aby okraje trubky byly pod jejím povrchem. Pokud nejsou trysky dostatečně dlouhé, můžete na dno plechovky přidat malé závaží. Dejte si ale pozor, abyste nepotopili celý motor.

Nyní musíte naplnit trubici vodou. Chcete-li to provést, můžete spustit jednu hranu do vody a druhou nasávat vzduch jako trubicí. Položíme nádobu do vody. Zapálíme knot svíčky. Po nějaké době se voda ve spirále změní na páru, která pod tlakem vyletí z opačných konců trysek. Nádoba se začne v nádobě otáčet dostatečně rychle. Takto jsme získali parní stroj pro kutily. Jak vidíte, vše je jednoduché.

Model parního motoru pro dospělé

Nyní si úkol zkomplikujeme. Pojďme sbírat další vážný motor do-it-yourself steam. Nejprve musíte vzít plechovku barvy. Musíte se ujistit, že je absolutně čistý. Na stěnu 2-3 cm ode dna vyřízneme obdélník o rozměrech 15 x 5 cm, dlouhou stranou položíme rovnoběžně se dnem zavařovací sklenice. Z kovové sítě vystřihneme dílek o ploše 12 x 24 cm. Z obou konců dlouhé strany měříme 6 cm. Tyto díly ohneme pod úhlem 90 stupňů. Získáme malý „platformový stůl“ o ploše ​​12 x 12 cm s nohami 6 cm. Výslednou konstrukci nainstalujeme na dno plechovky.

Po obvodu víka je třeba vytvořit několik otvorů a umístit je do půlkruhu podél jedné poloviny víka. Je žádoucí, aby otvory měly průměr asi 1 cm, což je nezbytné pro zajištění správné ventilace. vnitřní prostor. Parní stroj nemůže dobře fungovat, pokud se nedostane ke zdroji požáru. dost vzduch.

hlavním prvkem

Vyrábíme spirálu z měděné trubky. Potřebujete asi 6 metrů měkké měděné trubky o průměru 1/4 palce (0,64 cm). Od jednoho konce naměříme 30 cm, od tohoto bodu je třeba udělat pět závitů spirály o průměru 12 cm. Zbytek trubky je ohnutý do 15 kroužků o průměru 8 cm, na druhém konci by tedy mělo zůstat 20 cm volné trubky.

Oba přívody procházejí ventilačními otvory ve víčku sklenice. Pokud se ukáže, že délka přímého úseku k tomu nestačí, lze jedno otočení spirály odklonit. Uhlí je umístěno na předinstalované plošině. V tomto případě by měla být spirála umístěna těsně nad tímto místem. Uhlí je pečlivě rozloženo mezi jeho otáčky. Nyní může být banka uzavřena. V důsledku toho jsme dostali topeniště, které bude pohánět motor. Parní stroj je téměř hotový vlastníma rukama. Trochu vlevo.

Nádrž na vodu

Nyní musíte vzít další plechovku barvy, ale menší velikosti. Uprostřed jejího víčka je vyvrtán otvor o průměru 1 cm. Další dva otvory jsou vytvořeny na boku dózy - jeden téměř u dna, druhý - výše, u samotného víčka.

Vezmou dvě kůry, v jejichž středu je vytvořen otvor z průměrů měděné trubky. Do jedné kůrky se vloží 25 cm plastové trubky, do druhé 10 cm, takže jejich okraj sotva vykukuje ze zátek. Do spodního otvoru malé zavařovací sklenice se vloží kůrka s dlouhou trubičkou a do horního otvoru kratší trubička. Menší plechovku položíme na velkou plechovku barvy tak, aby otvor ve spodní části byl na opačné straně ventilačních průchodů velké plechovky.

Výsledek

Výsledkem by měl být následující návrh. Voda se nalije do malé sklenice, která protéká otvorem ve dně do měděné trubice. Pod spirálou se zapálí oheň, který ohřívá měděnou nádobu. Horká pára stoupá vzhůru trubicí.

Aby byl mechanismus kompletní, je nutné připojit k horní konec píst a setrvačník z měděné trubky. V důsledku toho se tepelná energie spalování přemění na mechanické síly otáčení kola. Je toho obrovské množství různá schémata vytvořit takový motor vnější spalování, ale ve všech jsou vždy zapojeny dva živly - oheň a voda.

Kromě tohoto provedení si můžete sestavit i parní, ale to je materiál na zcela samostatný článek.

Vynález parních strojů byl zlomem v historii lidstva. Někde na přelomu 17.-18. století se začala nahrazovat neefektivní ruční práce, vodní kola a zcela nové a unikátní mechanismy - parní stroje. Právě díky nim byly možné technické a průmyslové revoluce a vlastně celý pokrok lidstva.

Ale kdo vynalezl parní stroj? Komu za to lidstvo vděčí? A kdy to bylo? Na všechny tyto otázky se pokusíme najít odpovědi.

Ještě před naším letopočtem

Historie stvoření Parní motor začíná v prvních stoletích před naším letopočtem. Hero of Alexandria popsal mechanismus, který začal fungovat, až když byl vystaven páře. Zařízení byla koule, na které byly upevněny trysky. Pára vycházela tangenciálně z trysek, což způsobilo otáčení motoru. Bylo to první zařízení, které fungovalo na páru.

Tvůrcem parního stroje (nebo spíše turbíny) je Tagi al-Dinome (arabský filozof, inženýr a astronom). Jeho vynález se stal široce známým v Egyptě v 16. století. Mechanismus byl uspořádán následovně: proudy páry směřovaly přímo na mechanismus s lopatkami a když padal kouř, lopatky se otáčely. Něco podobného navrhl v roce 1629 italský inženýr Giovanni Branca. Hlavní nevýhodou všech těchto vynálezů bylo také vysoký průtok pára, což zase vyžadovalo obrovské množství energie a nebylo to vhodné. Vývoj byl pozastaven, neboť tehdejší vědecké a technické znalosti lidstva nestačily. Navíc potřeba takových vynálezů zcela chyběla.

Vývoj

Až do 17. století bylo vytvoření parního stroje nemožné. Jakmile ale laťka úrovně lidského vývoje vyletěla vzhůru, okamžitě se objevily první kopie a vynálezy. I když je v té době nikdo nebral vážně. Tak například v roce 1663 zveřejnil anglický vědec v tisku návrh svého vynálezu, který instaloval na hrad Raglan. Jeho zařízení sloužilo ke zvedání vody na stěnách věží. Jako vše nové a neznámé byl však i tento projekt přijat s pochybami a pro jeho další rozvoj se nenašli sponzoři.

Historie vzniku parního stroje začíná vynálezem parního stroje. V roce 1681 vynalezl vědec z Francie zařízení, které čerpalo vodu z dolů. Nejprve se jako hnací síla používal střelný prach a poté byl nahrazen vodní párou. Tak se zrodil parní stroj. Obrovský příspěvek k jeho zlepšení měli vědci z Anglie Thomas Newcomen a Thomas Severen. Neocenitelnou pomoc poskytl i ruský vynálezce-samouk Ivan Polzunov.

Papinův neúspěšný pokus

Parně-atmosférický stroj, který měl v té době k dokonalosti daleko, přitahoval Speciální pozornost v loďařském průmyslu. D. Papin utratil své poslední úspory na nákup malé lodi, na kterou začal instalovat vodní zdvihací paro-atmosférický stroj vlastní výroba. Mechanismus účinku spočíval v tom, že voda při pádu z výšky začala otáčet koly.

Vynálezce provedl své testy v roce 1707 na řece Fuldě. Mnoho lidí se shromáždilo, aby se podívali na zázrak: loď plující po řece bez plachet a vesel. Během testů však došlo ke katastrofě: motor explodoval a několik lidí zemřelo. Úřady se na nešťastného vynálezce naštvaly a zakázaly mu jakoukoli práci a projekty. Loď byla zabavena a zničena a sám Papen zemřel o několik let později.

Chyba

Papinův parník měl následující princip činnosti. Na dno válce bylo nutné nalít malé množství vody. Pod samotným válcem byl umístěn gril, který sloužil k ohřevu kapaliny. Když se voda začala vařit, výsledná pára, expandující, zvedla píst. Vzduch byl z prostoru nad pístem vytlačován speciálně vybaveným ventilem. Poté, co se voda uvařila a začala padat pára, bylo nutné vyjmout pánev, uzavřít ventil, aby se odstranil vzduch, a ochladit stěny válce studenou vodou. Díky takovým akcím pára ve válci kondenzovala, pod pístem se vytvořilo vakuum a píst se silou atmosférického tlaku vrátil opět na své původní místo. Během jeho pohybu dolů a byl vyroben užitečná práce. Účinnost Papenova parního stroje však byla negativní. Motor parníku byl extrémně nehospodárný. A hlavně to bylo příliš složité a nepohodlné na používání. Papenův vynález proto neměl od samého počátku žádnou budoucnost.

Následovníci

Tím však historie vzniku parního stroje neskončila. Dalším, již mnohem úspěšnějším než Papen, byl anglický vědec Thomas Newcomen. Dlouhou dobu studoval díla svých předchůdců se zaměřením na slabá místa. A s využitím toho nejlepšího z jejich práce vytvořil v roce 1712 svůj vlastní přístroj. Nový parní stroj (na fotografii) byl navržen následovně: byl použit válec, který byl ve svislé poloze, a také píst. Tento Newcomen převzal z Papinových děl. Pára se však tvořila již v jiném kotli. Kolem pístu byla upevněna celá kůže, což výrazně zvýšilo těsnost uvnitř parní válec. Tento stroj byl i paraatmosférický (voda stoupala z dolu pomocí atmosférického tlaku). Hlavními nevýhodami vynálezu byla jeho objemnost a neefektivnost: stroj „sežral“ obrovské množství uhlí. Přinesl však mnohem více výhod než vynález Papena. Proto se téměř padesát let používá v kobkách a dolech. Sloužil k odčerpávání podzemní vody, stejně jako k sušení lodí. pokusil svůj vůz přestavět tak, aby jej bylo možné využívat pro provoz. Všechny jeho pokusy však byly neúspěšné.

Dalším vědcem, který se prohlásil, byl D. Hull z Anglie. V roce 1736 představil světu svůj vynález: parně-atmosférický stroj, který měl jako pohyb lopatková kola. Jeho vývoj byl úspěšnější než u Papina. Okamžitě bylo několik takových plavidel vypuštěno. Používaly se především k tažení člunů, lodí a jiných plavidel. Spolehlivost parně-atmosférického stroje však nevzbuzovala důvěru a lodě byly vybaveny plachtami jako hlavním hybatelem.

A přestože měl Hull větší štěstí než Papen, jeho vynálezy postupně ztratily svůj význam a byly opuštěny. Tehdejší paro-atmosférické stroje však měly mnoho specifických nedostatků.

Historie vytvoření parního stroje v Rusku

Přišel další průlom Ruské impérium. V roce 1766 vznikl v hutním závodě v Barnaulu první parní stroj, který přiváděl vzduch do tavicích pecí pomocí speciálních dmychadel. Jeho tvůrcem byl Ivan Ivanovič Polzunov, který za zásluhy o vlast dostal dokonce důstojnickou hodnost. Vynálezce předložil svým nadřízeným nákresy a plány „ohnivého stroje“ schopného pohánět měchy.

Osud si však s Polzunovem zahrál krutý žert: sedm let poté, co byl jeho projekt přijat a vůz smontován, onemocněl a zemřel na spotřebu – pouhý týden před zahájením zkoušek jeho motoru. Jeho pokyny však stačily k nastartování motoru.

Tak byl 7. srpna 1766 spuštěn a zatížen Polzunovův parní stroj. V listopadu téhož roku se však zlomil. Důvodem se ukázaly být příliš tenké stěny kotle, neurčené k nakládání. Navíc vynálezce ve svém návodu napsal, že tento kotel lze používat pouze při testování. Výroba nového kotle by se snadno vyplatila, protože účinnost Polzunova parního stroje byla pozitivní. Za 1023 hodin práce bylo s jeho pomocí vytaveno více než 14 liber stříbra!

Ale navzdory tomu nikdo nezačal opravovat mechanismus. Polzunovův parní stroj sedal prach více než 15 let ve skladišti, zatímco svět průmyslu nestál a rozvíjel se. A pak byl kompletně rozebrán na díly. Rusko v tu chvíli zřejmě ještě nedorostlo na parní stroje.

Požadavky doby

Mezitím se život nezastavil. A lidstvo neustále přemýšlelo o vytvoření mechanismu, který by umožnil nezáviset na vrtošivé přírodě, ale řídit osud sám. Každý chtěl plachtu co nejdříve opustit. Proto otázka tvorby parní mechanismus byl neustále ve vzduchu. V roce 1753 byla v Paříži vyhlášena soutěž mezi řemeslníky, vědci a vynálezci. Akademie věd vyhlásila cenu těm, kteří dokážou vytvořit mechanismus, který dokáže nahradit sílu větru. Ale přesto, že se soutěže zúčastnily takové mozky jako L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix a další, nikdo nepředložil rozumný návrh.

Roky plynuly. A průmyslová revoluce pokrývala stále více zemí. Nadřazenost a vedení mezi ostatními mocnostmi vždy šly do Anglie. Na konci 18. století se právě Velká Británie stala tvůrcem velkého průmyslu, díky čemuž získala titul světového monopolu v tomto odvětví. Otázka o mechanický motor každý den byl stále aktuálnější. A takový motor vznikl.

První parní stroj na světě

Rok 1784 byl pro Anglii a pro celý svět zlomem v průmyslové revoluci. A osobou odpovědnou za to byl anglický mechanik James Watt. Parní stroj, který vytvořil, byl největším objevem století.

Několik let studoval výkresy, konstrukci a principy činnosti paro-atmosférických strojů. A na základě toho všeho usoudil, že pro účinnost motoru je nutné vyrovnat teploty vody ve válci a páry, která vstupuje do mechanismu. Hlavní nevýhodou parně-atmosférických strojů byla neustálá potřeba ochlazovat válec vodou. Bylo to nákladné a nepohodlné.

Nový parní stroj byl navržen jinak. Válec byl tedy uzavřen ve speciálním parním plášti. Tak Watt dosáhl svého konstantního zahřátého stavu. Vynálezce vytvořil speciální nádobu ponořenou do studené vody (kondenzátor). K ní byl trubkou připevněn válec. Když byla pára vyčerpána ve válci, vstoupila potrubím do kondenzátoru a tam se opět změnila ve vodu. Watt při práci na vylepšení svého stroje vytvořil vakuum v kondenzátoru. Veškerá pára vycházející z válce v něm tedy kondenzovala. Díky této inovaci se značně zvýšil proces expanze páry, což zase umožnilo získat mnohem více energie ze stejného množství páry. Byl to vrchol úspěchu.

Tvůrce parního stroje změnil i princip přívodu vzduchu. Nyní pára nejprve spadla pod píst, čímž jej zvedla, a poté se shromáždila nad pístem a spustila jej. Tím se staly pracovní oba zdvihy pístu v mechanismu, což dříve ani nebylo možné. A spotřeba uhlí na jedničku koňská síla byl čtyřikrát nižší než u parně-atmosférických strojů, o což se snažil James Watt. Parní stroj velmi rychle dobyl nejprve Velkou Británii a poté celý svět.

"Charlotte Dundas"

Poté, co byl celý svět ohromen vynálezem Jamese Watta, začalo se široce používat parní stroje. Takže v roce 1802 se v Anglii objevila první loď pro pár - loď Charlotte Dundas. Jeho tvůrcem je William Symington. Loď byla používána jako tažné čluny podél kanálu. Roli hybatele na lodi plnilo lopatkové kolo namontované na zádi. Loď napoprvé úspěšně prošla testy: odtáhla dvě obrovské čluny 18 mil za šest hodin. Protivítr mu přitom značně překážel. Ale zvládl to.

A přesto to odložili, protože se báli, že kvůli silným vlnám, které se vytvořily pod lopatkovým kolem, dojde k vyplavení břehů kanálu. Mimochodem, testu "Charlotte" se zúčastnil muž, kterého dnes celý svět považuje za tvůrce prvního parníku.

ve světě

Anglický stavitel lodí z mládí snil o lodi s parním strojem. A nyní se mu jeho sen splnil. Ostatně vynález parních strojů byl novým impulsem ve stavbě lodí. Spolu s vyslancem z Ameriky R. Livingstonem, který převzal materiální stránku problému, se Fulton ujal projektu lodi s parním strojem. Byl to složitý vynález založený na myšlence stěhováka vesla. Po stranách lodi se v řadě táhly desky napodobující spoustu vesel. Přitom si desky tu a tam navzájem překážely a lámaly se. Dnes můžeme snadno říci, že stejného efektu by bylo možné dosáhnout pouze se třemi nebo čtyřmi dlaždicemi. Ale z hlediska tehdejší vědy a techniky to bylo nereálné. Proto to měli stavitelé lodí mnohem těžší.

V roce 1803 byl Fultonův vynález představen světu. Parník se pomalu a rovnoměrně pohyboval podél Seiny a zasáhl mysl a představivost mnoha vědců a postav v Paříži. Napoleonská vláda však projekt odmítla a nespokojení stavitelé lodí byli nuceni hledat štěstí v Americe.

A v srpnu 1807 projel po Hudsonově zálivu první parník na světě zvaný Claremont, na kterém byl zapojen nejsilnější parní stroj (foto je uvedeno). Mnozí pak v úspěch prostě nevěřili.

Claremont se vydal na svou první plavbu bez nákladu a bez cestujících. Nikdo nechtěl cestovat na palubě lodi chrlící oheň. Už na zpáteční cestě se ale objevil první pasažér – místní farmář, který za letenku zaplatil šest dolarů. Stal se prvním cestujícím v historii lodní společnosti. Fulton byl tak dojat, že dal odvážlivci doživotní volnou jízdu na všech svých vynálezech.

Princip činnosti parního stroje

Obsah

anotace

1. Teoretická část

1.1 Časová osa

1.2 Parní stroj

1.2.1 Parní kotel

1.2.2 Parní turbíny

1.3 Parní stroje

1.3.1 První parníky

1.3.2 Zrození dvoukolek

1.4 Použití parních strojů

1.4.1 Výhoda parních strojů

1.4.2 Účinnost

2. Praktická část

2.1 Stavba mechanismu

2.2 Způsoby zlepšení stroje a jeho účinnosti

2.3 Dotazník

Závěr

Bibliografie

aplikace

Parní motor užitečná akce

anotace

Tato vědecká práce se skládá z 32 listů, obsahuje teoretickou část, praktickou část, aplikaci a závěr. V teoretické části se seznámíte s principem činnosti parních strojů a mechanismů, o jejich historii a roli jejich uplatnění v životě. Praktická část podrobně popisuje proces návrhu a testování parního mechanismu doma. Tato vědecká práce může sloužit dobrý příklad práce a využití energie páry.

Úvod

Svět podřízenosti jakýmkoli rozmarům přírody, kde jsou stroje poháněny silou svalů nebo silou vodních kol a větrných mlýnů - to byl svět techniky před vytvořením parního stroje. v ohni je schopen přemístit překážku ( například list papíru), který mu stojí v cestě. To člověka přimělo přemýšlet o tom, jak lze páru použít jako pracovní tekutinu. V důsledku toho se po mnoha pokusech objevil parní stroj A představte si továrny s dýmajícími komíny, parními stroji a turbínami, parními lokomotivami a parníky - celý složitý a výkonný svět parního strojírenství vytvořený člověkem Parní stroj byl prakticky pouze univerzální motor a sehrál obrovskou roli ve vývoji lidstva Vynález parního stroje byl impulsem pro další vývoj vozidel. Sto let byla jediná průmyslový motor, jehož všestrannost umožnila jeho použití v podnicích, železnice a v námořnictvu Vynález parního stroje je obrovským průlomem, který stál na přelomu dvou epoch. A po staletích je celý význam tohoto vynálezu pociťován ještě ostřeji.

Hypotéza:

Je možné stavět vlastníma rukama nejjednodušší mechanismus pracovat pro pár.

Účel práce: navrhnout mechanismus schopný pohybu po páru.

Cíl výzkumu:

1. Prostudujte si odbornou literaturu.

2. Navrhněte a postavte nejjednodušší mechanismus, který fungoval na páru.

3. Zvažte příležitosti ke zvýšení efektivity v budoucnu.

Tato vědecká práce poslouží jako příručka v hodinách fyziky pro středoškoláky a pro zájemce o toto téma.

1. T eo R E tická část

Parní stroj - tepelný pístový motor, ve kterém se přeměňuje potenciální energie vodní páry pocházející z parního kotle mechanická práce vratný pohyb pístu nebo rotační pohyb hřídele.

Pára je jedním z běžných nosičů tepla v tepelných systémech s ohřívanou kapalinou nebo plynným pracovním médiem spolu s vodou a tepelnými oleji. Vodní pára má řadu výhod, včetně snadného a flexibilního použití, nízké toxicity, schopnosti přivést do technologický postup značné množství energie. Může být použit v různých systémech, které zahrnují přímý kontakt chladicí kapaliny s různými prvky zařízení, což účinně přispívá ke snížení nákladů na energii, snížení emisí a rychlé návratnosti investic.

Zákon zachování energie je základním přírodním zákonem stanoveným empiricky a spočívá v tom, že energie izolovaného (uzavřeného) fyzikálního systému je v průběhu času zachována. Jinými slovy, energie nemůže vzniknout z ničeho a nemůže nikam mizet, může pouze přecházet z jedné formy do druhé. Ze základního hlediska je podle Noetherovy věty zákon zachování energie důsledkem homogenity času a v tomto smyslu je univerzální, tedy vlastní systémům velmi odlišné fyzikální povahy.

1.1 Časová osa

4000 před naším letopočtem E. - člověk vynalezl kolo.

3000 před naším letopočtem E. - první silnice se objevily ve starém Římě.

2000 před naším letopočtem E. - kolo se nám stalo známějším. Měl náboj, ráfek a paprsky, které je spojovaly.

1700 před naším letopočtem E. - objevily se první cesty dlážděné dřevěnými kostkami.

312 před naším letopočtem E. - První dlážděné cesty byly postaveny ve starém Římě. Tloušťka zdiva dosahovala jednoho metru.

1405 - objevily se první jarní kočáry tažené koňmi.

1510 - koňský povoz získal korbu se stěnami a střechou. Cestující mají možnost se během cesty chránit před nepřízní počasí.

1526 – Německý vědec a umělec Albrecht Durer vyvinul zajímavý projekt „vozu bez koní“ poháněného svalovou silou lidí. Lidé jdoucí po boku kočáru otáčeli speciálními madly. Tato rotace s šnekový mechanismus přenášené na kola kočáru. Bohužel vagón nebyl vyroben.

1600 – Simon Stevin postavil jachtu na kolech, pohybující se pod vlivem síly větru. Stala se prvním návrhem vozíku bez koní.

1610 - kočáry prošly dvěma významnými vylepšeními. Za prvé, nespolehlivé a příliš měkké pásy, které cestující během cesty houpaly, byly nahrazeny ocelovými pružinami. Za druhé byl vylepšen koňský postroj. Nyní kůň táhl kočár ne krkem, ale hrudníkem.

1649 - prošel prvními zkouškami na použití pružiny, předtím zkroucené osobou, jako hnací síly. Kočár s pružinovým pohonem postavil Johann Hauch v Norimberku. Historici však tuto informaci zpochybňují, protože existuje verze, že místo velké pružiny uvnitř kočáru seděl člověk, který uvedl mechanismus do pohybu.

1680 - in velká města objevily se první ukázky MHD tažené koňmi.

1690 – Stefan Farffler z Norimberku vytvořil tříkolový vozík, který se pohybuje pomocí dvou rukojetí otáčených rukama. Díky tomuto pohonu se konstruktér vagonů mohl pohybovat z místa na místo bez pomoci nohou.

1698 – Angličan Thomas Savery postavil první parní kotel.

1741 – Ruský mechanik-samouk Leonty Lukjanovič Šamšurenkov zaslal „zprávu“ popisující „samoběžící kočár“ provinčnímu úřadu v Nižním Novgorodu.

1769 – Francouzský vynálezce Cugno sestrojil první parní vůz na světě.

1784 – James Watt sestrojil první parní stroj.

1791 – Ivan Kulibin navrhl tříkolku samohybný kočárek pojme dva cestující. Pohon byl prováděn pomocí pedálového mechanismu.

1794 – Cugnov parní stroj byl jako další mechanická kuriozita předán do „úložiště strojů, nástrojů, modelů, kreseb a popisů všech druhů umění a řemesel“.

1800 - existuje názor, že v tomto roce bylo v Rusku vyrobeno první kolo na světě. Jeho autorem byl nevolník Jefim Artamonov.

1808 – V ulicích Paříže se objevilo první francouzské kolo. Byl dřevěný a skládal se z příčky spojující dvě kola. Na rozdíl od moderního kola nemělo žádná řídítka ani pedály.

1810 - v Americe a evropských zemích se začal objevovat kočárový průmysl. Ve velkých městech se objevovaly celé ulice a dokonce i čtvrti obývané mistry kočími.

1816 – Německý vynálezce Carl Friedrich Dreis sestrojil stroj připomínající moderní jízdní kolo. Jakmile se objevil v ulicích města, dostal jméno „běžící auto“, protože jeho majitel, odrážející se nohama, skutečně běžel po zemi.

1834 - plachetní posádka navržená M. Hakuetem byla testována v Paříži. Tato posádka měla stožár vysoký 12 m.

1868 – Předpokládá se, že tento rok vytvořil Francouz Erne Michaud prototyp moderního motocyklu.

1871 – Francouzský vynálezce Louis Perrault vyvinul cyklistický parní stroj.

1874 - v Rusku byl postaven parní kolový traktor. Použito jako prototyp Anglické auto"Evelyn Porter".

1875 - V Paříži byl předveden první parní stroj Amadea Bdllyho.

1884 – Američan Louis Copland sestrojil motocykl, na kterém byl nad předním kolem namontován parní stroj. Tato konstrukce mohla zrychlit na 18 km / h.

1901 - v Rusku osobní parní vůz Moskvy továrna na kola"Dux".

1902 - Leon Serpollet na jednom ze svých parních vozů vytvořil světový rychlostní rekord - 120 km/h.

O rok později vytvořil další rekord – 144 km/h.

1905 – Americký F. Marriott dne parní vůz překročil rychlost 200 km

1.2 Steam motor

Motor poháněný párou. K pohonu se používá pára vyrobená ohřevem vody. U některých motorů pára nutí k pohybu písty ve válcích. To vytváří vratný pohyb. Připojený mechanismus jej obvykle převádí na rotační pohyb. V parní lokomotivy (lokomotivy) se používají Pístové motory. Parní turbíny se také používají jako motory, které dávají přímý rotační pohyb otáčením řady kol s lopatkami. Parní turbíny pohánějí elektrické generátory a lodní šrouby. V každém parním stroji se teplo generované ohřevem vody v parním kotli (kotli) přeměňuje na pohybovou energii. Teplo lze dodávat ze spalování paliva v peci nebo z jaderného reaktoru. Vůbec prvním parním strojem v historii bylo jakési čerpadlo, s jehož pomocí odčerpávali vodu zaplavující doly. Byl vynalezen v roce 1689 Thomasem Saverym. V tomto konstrukčně celkem jednoduchém stroji pára kondenzovala na malé množství vody a díky tomu vzniklo částečné vakuum, díky kterému byla z důlní šachty odsávána voda. V roce 1712 vynalezl Thomas Newcomen pístové čerpadlo poháněný párou. V 60. letech 18. století James Watt vylepšil Newcomenův design a vytvořil mnohem účinnější parní stroje. Brzy se začaly používat v továrnách k pohonu obráběcích strojů. V roce 1884 vynalezl anglický inženýr Charles Parson (1854-1931) první praktický parní turbína. Jeho návrhy byly tak účinné, že brzy začaly v elektrárnách nahrazovat pístové parní stroje. Nejúžasnějším počinem v oblasti parních strojů bylo vytvoření zcela uzavřeného, ​​fungujícího parního stroje mikroskopických rozměrů. Japonští vědci jej vytvořili pomocí technik používaných k výrobě integrovaných obvodů. Malý proud procházející elektrickým topným tělesem mění kapku vody na páru, která pohybuje pístem. Nyní musí vědci zjistit, ve kterých oblastech může toto zařízení najít praktické uplatnění.

V některých zemích se stále používají parní lokomotivy, které jsou na pozadí jiných technologií primitivní. Jsou to autonomní lokomotivy využívající jako motor parní stroj. Úplně první takové lokomotivy se objevily v 19. století a hrály klíčová role ve vývoji ekonomiky řady zemí.

Zařízení parní lokomotivy bylo neustále vylepšováno, v důsledku čehož se objevovaly nové konstrukce, které se velmi lišily od klasického. Takže existovaly modely s ozubenými koly, turbínami, bez výběrového řízení.

Princip činnosti a zařízení parní lokomotivy

I když existují různé modifikace konstrukce této dopravy, všechny mají tři hlavní části:

• Parní motor;
• kotel;
• osádka.

Pára se vyrábí v parním kotli - právě tato jednotka je primárním zdrojem energie a pára je hlavní pracovní tekutinou. V parním stroji se přemění na vratný mechanický pohyb píst, který se zase pomocí klikového mechanismu přemění na rotační. Kola lokomotivy se díky tomu otáčejí. Pára také pohání paro-vzduchové čerpadlo, generátor parní turbíny a používá se v píšťalce.

Posádku stroje tvoří pojezd a rám a je mobilní základnou. Tyto tři prvky jsou hlavními v návrhu parní lokomotivy. K vozu lze také připevnit tendr - vagón, který slouží jako sklad uhlí (paliva) a vody.

parní kotel

Při zvažování zařízení a principu provozu parní lokomotivy je třeba začít kotlem, protože ten je primárním zdrojem energie a hlavní součástí tohoto stroje. Na tento prvek jsou kladeny určité požadavky: spolehlivost a bezpečnost. Tlak páry v instalaci může dosáhnout 20 atmosfér nebo více, což ji činí prakticky výbušnou. Porucha některého prvku systému může vést k explozi, která připraví stroj o zdroj energie.

Taky daný prvek by mělo být snadné spravovat, opravovat, udržovat, být flexibilní, to znamená být schopen pracovat s různými palivy (více či méně výkonnými).

Firebox

Hlavním prvkem kotle je topeniště, kde se spaluje pevné palivo, které je přiváděno pomocí podavače uhlí. Pokud stroj běží na kapalné palivo, je dodáván přes trysky. Plyny o vysoké teplotě uvolňované v důsledku spalování přenášejí teplo stěnami topeniště do vody. Poté jsou plyny, které odevzdaly většinu svého tepla odpařování vody a ohřevu syté páry, vypuštěny do atmosféry přes komín a lapač jisker.

Pára vznikající v kotli je akumulována v digestoři (v horní části). Když tlak páry překročí 105 Pa, speciální bezpečnostní ventil je vyhozen a přebytek se uvolňuje do atmosféry.

Horká pára pod tlakem je přiváděna potrubím do válců parního stroje, kde tlačí na píst a klikový mechanismus, což vede k rotaci vodicí osy. Odpadní pára vstupuje do komína a vytváří v udírně podtlak, který zvyšuje proudění vzduchu do topeniště kotle.

Schéma práce

To znamená, že pokud popíšete princip fungování zobecněným způsobem, vše se zdá extrémně jednoduché. Jak vypadá schéma zařízení parní lokomotivy, je také vidět na fotografii zveřejněné v článku.

Parní kotel spaluje palivo k ohřevu vody. Voda se přeměňuje na páru a při jejím zahřívání se tlak páry v systému zvyšuje. Když dosáhne vysoká cena, pak se přivádí do válce, kde jsou umístěny písty.

Díky tlaku na písty se náprava otáčí a kola se uvádějí do pohybu. Přebytečná pára je vypouštěna do atmosféry speciálním pojistným ventilem. Mimochodem, role toho druhého je nesmírně důležitá, protože bez něj by se kotel roztrhal zevnitř. Takto vypadá kotel parní lokomotivy.

Výhody

Stejně jako ostatní typy mají určité výhody a nevýhody. Výhody jsou následující:

1. Jednoduchost designu. Vzhledem k jednoduché konstrukci parního stroje parní lokomotivy a jejího kotle nebylo obtížné zavést výrobu ve strojírenských a hutních závodech.
2. Spolehlivost v práci. Tato jednoduchost designu poskytuje vysoká spolehlivost provoz celého systému. Prakticky není co rozbít, proto parní lokomotivy fungují 100 a více let.
3. Silná trakce při rozjezdu.
4. Použitelnost odlišné typy palivo.

Dříve existovalo něco jako „všežravec“. Byl aplikován na parní lokomotivy a určil možnost použití dřeva, rašeliny, uhlí, topného oleje jako paliva pro tento stroj. Někdy byly lokomotivy vytápěny odpadem z výroby: různými pilinami, obilnými slupky, štěpkami, vadným obilím, použitými mazivy.

Samozřejmě došlo ke snížení trakčních schopností stroje, ale v každém případě to umožnilo ušetřit značné finanční prostředky, protože klasické uhlí je dražší.

Nedostatky

Ani ne bez nevýhod:

1. Nízká účinnost. I na nejmodernějších parních lokomotivách byla účinnost 5-9%. To je logické, vzhledem k nízké účinnosti samotného parního stroje (asi 20 %). Neefektivnost spalování paliva, velké tepelné ztráty při přenosu tepla páry z kotle do válců.
2. Potřeba obrovských zásob paliva a vody. Tento problém se stal zvláště aktuálním při provozu strojů v suchých oblastech (například v pouštích), kde je obtížné získat vodu. Parní lokomotivy s kondenzací výfukové páry byly samozřejmě vynalezeny o něco později, ale to problém zcela nevyřešilo, ale pouze zjednodušilo.
3. Nebezpečí požáru v důsledku otevřeného ohně hořícího paliva. Tato nevýhoda se u bezpožárních parních lokomotiv nevyskytuje, ale jejich dojezd je omezený.
4. Do atmosféry se uvolnil kouř a saze. Tento problém se stává vážným, když se parní lokomotivy pohybují v hranicích sídel.
5. Náročné podmínky pro posádku, která vůz obsluhuje.
6. Složitost opravy. Pokud se v parním kotli něco porouchá, pak se opravy provádějí dlouho a vyžadují investice.

Přes nedostatky byly parní lokomotivy velmi ceněny, protože jejich použití výrazně zvýšilo úroveň průmyslu v rozdílné země. Samozřejmě, že dnes použití takových strojů není relevantní, kvůli přítomnosti více moderní motory s vnitřním spalováním a elektromotory. Přesto to byly právě parní lokomotivy, které položily základ vzniku železniční dopravy.

Konečně

Nyní znáte strukturu lokomotivního motoru, jeho vlastnosti, výhody a nevýhody provozu. Mimochodem, dnes se tyto stroje stále používají na železničních tratích zaostalých zemí (například na Kubě). Do roku 1996 se používaly i v Indii. V Evropské země, USA, Rusko, tento druh dopravy existuje pouze v podobě památek a muzejních exponátů.