Daugumos žmonių išmaniųjų telefonų amžiuje nuomone, garu varomi automobiliai yra kažkas archajiško, keliančio šypseną. Garo automobilių pramonės istorijos puslapiai buvo labai ryškūs ir be jų sunku įsivaizduoti šiuolaikinį transportą apskritai. Kad ir kaip įstatymų leidybos skeptikai, taip pat naftos lobistai iš įvairių šalių bandė apriboti automobilio kūrimą porai, jiems pavyko tik trumpam. Juk garo mašina – kaip Sfinksas. Automobilio porai (t.y. ant išorinio degimo variklio) idėja aktuali iki šių dienų.
Daugumos žmonių išmaniųjų telefonų amžiuje nuomone, garu varomi automobiliai yra kažkas archajiško, keliančio šypseną.
Taigi 1865 m. Anglijoje jie uždraudė greitaeigių savaeigių vežimų judėjimą garais. Jiems buvo uždrausta po miestą judėti greičiau nei 3 km/h greičiu ir neišleisti garų, kad neišgąsdintų į paprastus vežimus pakinktų arklių. Rimčiausias ir apčiuopiamiausias smūgis garvežiams jau 1933 metais buvo sunkiasvorių transporto priemonių mokesčio įstatymas. Tik 1934 m., kai buvo sumažinti naftos produktų importo muitai, horizonte išryškėjo benzininių ir dyzelinių variklių pergalė prieš garo variklius.
Tik Anglijoje jie galėjo sau leisti taip elegantiškai ir šaltakraujiškai šaipytis iš pažangos. JAV, Prancūzijoje, Italijoje išradėjų-entuziastų aplinka tiesiogine to žodžio prasme knibždėte knibžda idėjų, garo automobilis įgavo naujų formų ir savybių. Nors britų išradėjai svariai prisidėjo prie garo transporto priemonių kūrimo, įstatymai ir valdžios nusistatymai neleido jiems visapusiškai dalyvauti mūšyje su vidaus degimo varikliu. Bet pakalbėkime apie viską iš eilės.
Priešistorinė nuoroda
Garo automobilio kūrimo istorija yra neatsiejamai susijusi su garo variklio atsiradimo ir tobulėjimo istorija. Kai I amžiuje prieš Kristų e. Garnys iš Aleksandrijos pasiūlė savo idėją priversti garus sukti metalinį rutulį, jo idėja buvo traktuojama kaip tik linksma. Ar išradėjams įdomiau buvo kitos idėjos, bet pirmasis garo katilą ant ratų pastatė vienuolis Ferdinandas Verbstas. 1672 metais. Jo „žaislas“ taip pat buvo traktuojamas kaip linksmas. Tačiau ateinantys keturiasdešimt metų nebuvo veltui garo mašinos istorijai.
Isaaco Newtono savaeigės karietos (1680 m.), mechaniko Thomaso Savery ugnies aparato (1698 m.) ir Thomaso Newcomeno (1712 m.) atmosferos aparato projektas parodė didžiulį garų panaudojimo potencialą mechaniniams darbams atlikti. Iš pradžių garo mašinos pumpuodavo vandenį iš kasyklų ir keldavo krovinius, tačiau XVIII amžiaus viduryje Anglijos įmonėse jau buvo keli šimtai tokių garo mašinų.
Kas yra garo variklis? Kaip garai gali pajudinti ratus? Garo variklio veikimo principas yra paprastas. Vanduo uždarytoje talpykloje kaitinamas iki garų būsenos. Garai vamzdeliais išleidžiami į uždarą cilindrą ir išspaudžia stūmoklį. Per tarpinį švaistiklį šis judesys perduodamas smagračio velenui.
Ši scheminė garo katilo veikimo schema praktiškai turėjo didelių trūkumų.
Pirmoji dalis garų išsprogdavo klubais, o atvėsęs stūmoklis, veikiamas savo svorio, nusileido kitam ciklui. Ši scheminė garo katilo veikimo schema praktiškai turėjo didelių trūkumų. Garų slėgio valdymo sistemos nebuvimas dažnai lėmė katilo sprogimą. Prireikė daug laiko ir kuro, kad katilas būtų darbingas. Nuolatinis degalų papildymas ir milžiniškas garo gamyklos dydis tik padidino jos trūkumų sąrašą.
Naują mašiną pasiūlė James Watt 1765 m. Stūmoklio išspaustus garus jis nukreipė į papildomą kondensacijos kamerą ir nebereikėjo nuolat pilti vandens į katilą. Galiausiai 1784 m. jis išsprendė problemą, kaip perskirstyti garo judėjimą taip, kad jis stumtų stūmoklį į abi puses. Jo sukurtos ritės dėka garo variklis galėjo veikti be pertrūkių tarp ciklų. Šis dvigubo veikimo šiluminio variklio principas sudarė daugumos garo technologijų pagrindą.
Kurdami garo variklius dirbo daug protingų žmonių. Juk tai paprastas ir pigus būdas pasisemti energijos beveik iš nieko.
Mažas nukrypimas į garu varomų automobilių istoriją
Tačiau, kad ir kokios grandiozinės buvo britų sėkmės regione, pirmasis garo variklį ant ratų pastatė prancūzas Nicolas Joseph Cugno.
Cugno pirmasis garo automobilis
Jo automobilis keliuose pasirodė 1765 m. Vežimėlio greitis buvo rekordinis – 9,5 km/val. Jame išradėjas numatė keturias sėdynes keleiviams, kuriuos vėjas galėjo riedėti vidutiniu 3,5 km/h greičiu. Šios sėkmės išradėjui atrodė nepakankamai.
Būtinybė sustoti pasipildyti vandens ir užkurti naują laužą kas kilometrą buvo ne didelis trūkumas, o tik to meto technikos lygis.
Jis nusprendė išrasti traktorių ginklams. Taip gimė triratis vagonas su masyviu katilu priekyje. Būtinybė sustoti pasipildyti vandens ir užkurti naują laužą kas kilometrą buvo ne didelis trūkumas, o tik to meto technikos lygis.
Kitas 1770 metų modelio Cugno modelis svėrė apie pusantros tonos. Naujasis vežimėlis galėjo gabenti apie dvi tonas krovinių 7 km/h greičiu.
Maestro Cugno labiau domėjosi idėja sukurti aukšto slėgio garo variklį. Jo net neglumino tai, kad katilas gali sprogti. Būtent Cugno sugalvojo pastatyti židinį po katilu ir su savimi neštis „laužą“. Be to, jo „krepšelis“ pelnytai gali būti vadinamas pirmuoju sunkvežimiu. Patrono atsistatydinimas ir daugybė revoliucijų neleido meistrui sukurti modelio iki visaverčio sunkvežimio.
Savamokslis Oliveris Evansas ir jo amfibija
Idėja sukurti garo variklius buvo universalių proporcijų. Šiaurės Amerikos valstijose išradėjas Oliveris Evansas, remdamasis Vato mašina, sukūrė apie penkiasdešimt garo gamyklų. Bandydamas sumažinti Jameso Watto instaliacijos matmenis, jis suprojektavo garo variklius miltų malūnams. Tačiau Oliveris Evansas visame pasaulyje išgarsėjo dėl savo amfibijos garo automobilio. 1789 m. pirmasis jo automobilis JAV sėkmingai išlaikė žemės ir vandens bandymus.
Savo amfibijoje, kurią galima pavadinti visureigių prototipu, Evansas sumontavo mašiną su dešimties atmosferų garų slėgiu!
Devynių metrų automobilis-valtis svėrė apie 15 tonų. Garo mašina varė galinius ratus ir propelerį. Beje, Oliveris Evansas taip pat buvo aukšto slėgio garo variklio kūrimo šalininkas. Savo amfibijoje, kurią galima pavadinti visureigių prototipu, Evansas sumontavo mašiną su dešimties atmosferų garų slėgiu!
Jei XVIII ir XIX amžiaus išradėjai po ranka turėtų XXI amžiaus technologijas, ar įsivaizduojate, kiek technologijų jie sugalvotų!? Ir kokia technologija!
XX amžiuje ir 204 km/val. garo automobilyje Stanley
Taip! XVIII amžius davė galingą impulsą garo transporto plėtrai. Daugybė ir įvairių konstrukcijų savaeigių garo vežimėlių pradėjo vis labiau skiesti arklių traukiamas transporto priemones Europos ir Amerikos keliuose. Iki XX amžiaus pradžios garu varomi automobiliai labai išplito ir tapo žinomu savo laikmečio simboliu. Kaip ir nuotrauka.
XVIII amžius davė galingą impulsą garo transporto plėtrai
Būtent jų fotografijos kompaniją broliai Stenliai pardavė, kai 1897 m. nusprendė rimtai užsiimti garo automobilių gamyba JAV. Jie sukūrė gerai parduodamus garo automobilius. Tačiau to jiems nepakako, kad jie galėtų įgyvendinti savo ambicingus planus. Juk jie buvo tik vienas iš daugelio tokių automobilių gamintojų. Taip buvo tol, kol jie nesukūrė savo „raketos“.
Būtent jų fotografijos kompaniją broliai Stenliai pardavė, kai 1897 m. nusprendė rimtai užsiimti garo automobilių gamyba JAV.
Žinoma, Stanley automobiliai turėjo patikimo automobilio reputaciją. Garo blokas buvo gale, o katilas buvo šildomas naudojant benzino arba žibalo degiklius. Dvigubo veikimo garo dviejų cilindrų variklio smagratis grandininės pavaros pagalba sukasi į galinę ašį. „Stanley Steamer“ katilų sprogimo atvejų nebuvo. Bet jiems reikėjo purslų.
Žinoma, Stanley automobiliai turėjo patikimo automobilio reputaciją.
Su savo „raketa“ jie išgarsėjo visame pasaulyje. 205,4 km/h 1906 m.! Niekas taip greitai nenuėjo! Automobilis su vidaus degimo varikliu šį rekordą sumušė tik po 5 metų. Stanley faneros garais varoma „Raketa“ daugelį metų apibrėžė lenktyninių automobilių formą. Tačiau po 1917 m. Stanley Steamer vis labiau patyrė pigaus Ford T konkurenciją ir pasitraukė.
Brolių Doble unikalūs garo automobiliai
Ši garsi šeima iki pat XX amžiaus 30-ųjų pradžios sugebėjo užtikrinti tinkamą atsparumą benzininiams varikliams. Jie nekūrė automobilių dėl rekordų. Broliai tikrai mėgo savo garo automobilius. Kitu atveju, kaip kitaip paaiškinti jų sugalvotą korio radiatorių ir uždegimo mygtuką? Jų modeliai nebuvo panašūs į mažus lokomotyvus.
Broliai Abneris ir Jonas sukėlė revoliuciją garo transporte.
Broliai Abneris ir Jonas sukėlė revoliuciją garo transporte. Kad pajudėtų, jo automobilio nereikėjo šildyti 10–20 minučių. Uždegimo mygtukas pumpavo žibalą iš karbiuratoriaus į degimo kamerą. Jis ten pateko uždegęs pakaitinimo žvake. Vanduo įkaisdavo per kelias sekundes, o po pusantros minutės garai sukūrė reikiamą slėgį ir buvo galima važiuoti.
Išmetimo garai buvo siunčiami į radiatorių kondensacijai ir paruošimui tolesniems ciklams. Todėl, norint sklandžiai nuvažiuoti 2000 km, „Doble“ automobiliams sistemoje prireikė tik devyniasdešimties litrų vandens ir kelių litrų žibalo. Niekas negalėjo pasiūlyti tokio pelningumo! Galbūt 1917 m. Detroito automobilių parodoje Stanley susipažino su brolių Doble modeliu ir pradėjo nutraukti jų gamybą.
Modelis E tapo prabangiausiu 20-ojo dešimtmečio antrosios pusės automobiliu ir naujausia garo automobilio Doble versija. Odinis salonas, poliruoti medžio elementai ir dramblio kaulas džiugino turtingus automobilio savininkus. Tokioje kabinoje buvo galima mėgautis rida iki 160 km/val. Uždegimo momentą nuo paleidimo momento skyrė tik 25 sekundės. Prireikė dar 10 sekundžių, kad 1,2 tonos sveriantis automobilis įsibėgėtų iki 120 km/h!
Visos šios didelio greičio savybės buvo įtrauktos į keturių cilindrų variklį. Du stūmokliai buvo išstumti garais esant aukštam 140 atmosferų slėgiui, o kiti du atvėsusius žemo slėgio garus nukreipė į korio kondensatorių-radiatorių. Tačiau pirmoje 30-ųjų pusėje šios brolių Doble grožybės nustojo būti gaminamos.
Garo sunkvežimiai
Tačiau nereikėtų pamiršti, kad garo trauka sparčiai vystėsi krovininiame transporte. Būtent miestuose garo automobiliai sukeldavo snobus alergiškus. Bet prekės turi būti pristatomos bet kokiu oru ir ne tik mieste. O kaip tarpmiestiniai autobusai ir karinė technika? Ten su mažais automobiliais išlipti nepavyks.
Krovininis transportas turi vieną reikšmingą pranašumą prieš lengvuosius automobilius – tai yra jo matmenys.
Krovininis transportas turi vieną reikšmingą pranašumą prieš lengvuosius automobilius – tai yra jo matmenys. Jie leidžia bet kurioje automobilio vietoje pastatyti galingas elektrines. Be to, tai tik padidins keliamąją galią ir pralaidumą. O kaip atrodys sunkvežimis, ne visada atkreipiamas dėmesys.
Iš garvežių norėčiau išskirti anglišką Sentinel ir sovietinį NAMI. Žinoma, buvo daug kitų, pavyzdžiui, Fodenas, Fowleris, Jorkšyras. Tačiau „Sentinel“ ir „NAMI“ pasirodė esąs patvariausi ir buvo gaminami iki praėjusio amžiaus 50-ųjų pabaigos. Jie galėjo važiuoti bet kokiu kietu kuru – anglimi, mediena, durpėmis. Šių garo sunkvežimių visaėdis pobūdis neleido jiems įtakos naftos kainoms, taip pat leido juos naudoti sunkiai pasiekiamose vietose.
Darboholikas Santinel su anglišku akcentu
Šie du sunkvežimiai skiriasi ne tik gamybos šalimi. Skirtingi buvo ir garo generatorių išdėstymo principai. Sentineliams būdingas viršutinis ir apatinis garo variklių išdėstymas katilo atžvilgiu. Viršutinėje vietoje garo generatorius tiekė karštą garą tiesiai į variklio kamerą, kuri buvo sujungta su tilteliais kardaninių velenų sistema. Esant apatinei garo mašinos vietai, t.y., ant važiuoklės, katilas šildydavo vandenį ir vamzdžiais tiekdavo garą į variklį, o tai garantuodavo temperatūros nuostolius.
Sentineliams būdingas viršutinis ir apatinis garo variklių išdėstymas katilo atžvilgiu.
Grandininės transmisijos buvimas nuo garo variklio smagračio iki kardanų buvo būdingas abiem tipams. Tai leido dizaineriams suvienodinti Sentinels gamybą, priklausomai nuo kliento. Karštoms šalims, tokioms kaip Indija, garo sunkvežimiai buvo gaminami su žemesniu, atskirtu katilo ir variklio išdėstymu. Šalims, kuriose žiemos šaltos - su viršutiniu, kombinuotu tipu.
Karštoms šalims, tokioms kaip Indija, garo sunkvežimiai buvo gaminami su žemesniu, atskirtu katilo ir variklio išdėstymu.
Šiuose sunkvežimiuose buvo panaudota daug patikrintų technologijų. Ritės ir garų paskirstymo vožtuvai, vieno ir dvigubo veikimo varikliai, aukšto arba žemo slėgio, su pavarų dėže arba be jos. Tačiau tai nepailgino angliškų garvežių gyvavimo. Nors jie buvo gaminami iki XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigos ir net tarnavo kariuomenėje prieš Antrąjį pasaulinį karą ir jo metu, jie vis tiek buvo dideli ir šiek tiek priminė garvežius. O kadangi kardinalia jų modernizacija suinteresuotų asmenų neatsirado, jų likimas buvo užantspauduotas.
Nors jie buvo gaminami iki XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigos ir net tarnavo kariuomenėje prieš Antrąjį pasaulinį karą ir jo metu, jie vis tiek buvo dideli ir šiek tiek priminė garvežius.
Kam ką, o mums – MUMS
Norint atgaivinti karo nusiaubtą Sovietų Sąjungos ekonomiką, reikėjo rasti būdą, kaip nešvaistyti naftos išteklių bent jau sunkiai pasiekiamose vietose – šalies šiaurėje ir Sibire. Sovietų inžinieriams buvo suteikta galimybė ištirti „Sentinel“ su viršutiniu keturių cilindrų tiesioginio veikimo garo varikliu konstrukciją ir sukurti savo „atsakymą Chamberlainui“.
30-aisiais Rusijos institutai ir projektavimo biurai ne kartą bandė sukurti alternatyvų sunkvežimį medienos pramonei.
30-aisiais Rusijos institutai ir projektavimo biurai ne kartą bandė sukurti alternatyvų sunkvežimį medienos pramonei. Tačiau kiekvieną kartą byla sustojo bandymo stadijoje. Pasitelkę savo patirtį ir galimybę tyrinėti užfiksuotas garo transporto priemones, inžinieriams pavyko įtikinti šalies vadovybę tokio garvežio reikalingumu. Be to, benzinas kainuoja 24 kartus daugiau nei anglis. O kalbant apie malkų kainą taigoje, to apskritai negalima paminėti.
Yu.Shebalino vadovaujama dizainerių grupė kiek įmanoma supaprastino garo įrenginį kaip visumą. Jie sujungė keturių cilindrų variklį ir katilą į vieną įrenginį ir pastatė jį tarp kėbulo ir kabinos. Šią instaliaciją uždėjome ant serijinio YaAZ (MAZ) -200 važiuoklės. Garo darbas ir jo kondensacija buvo sujungti uždarame cikle. Medienos luitų tiekimas iš bunkerio buvo vykdomas automatiškai.
Taip gimė NAMI-012, tiksliau – bekelės miške. Akivaizdu, kad kietojo kuro tiekimo bunkeryje principas ir garo mašinos vieta ant sunkvežimio buvo pasiskolinta iš dujų generatorių praktikos.
Miškų savininko likimas - NAMI-012
Buitinio garo bortinio sunkvežimio ir miškovežio NAMI-012 charakteristikos buvo tokios
- Keliamoji galia - 6 tonos
- Greitis - 45 km/h
- Atstumas be kuro papildymo - 80 km, jei buvo galimybė atnaujinti vandentiekį, tada 150 km
- Sukimo momentas esant mažam greičiui - 240 kgm, o tai buvo beveik 5 kartus didesnis nei bazinio YaAZ-200
- Natūralios cirkuliacijos katilas sukūrė 25 atmosferų slėgį ir pakėlė garą iki 420 ° C temperatūros
- Per ežektorius buvo galima papildyti vandens atsargas tiesiai iš rezervuaro
- Visiškai metalinė kabina neturėjo gaubto ir buvo nustumta į priekį
- Greitis buvo valdomas pagal garų kiekį variklyje, naudojant padavimo / išjungimo svirtį. Su jo pagalba balionai buvo pripildyti 25/40/75%.
- Viena atbulinė pavara ir trys valdymo pedalai.
Rimti garvežio trūkumai buvo 400 kg malkų sunaudojimas 100 km trasos ir poreikis šalinti katile esantį vandenį šaltu oru.
Rimti garvežio trūkumai buvo 400 kg malkų sunaudojimas 100 km trasos ir poreikis šalinti katile esantį vandenį šaltu oru. Tačiau pagrindinis trūkumas, kuris buvo pirmame mėginyje, buvo prastas pralaidumas nepakrautoje būsenoje. Tada paaiškėjo, kad priekinė ašis buvo perkrauta kabina ir garo agregatu, palyginti su galine. Su šia užduotimi susidorojome sumontavę modernizuotą garo jėgainę ant visų varančiųjų ratų YaAZ-214. Dabar miškovežio NAMI-018 galia padidinta iki 125 arklio galių.
Tačiau nespėję išplisti visoje šalyje, visi garo generatorių sunkvežimiai buvo sunaikinti praėjusio amžiaus šeštojo dešimtmečio antroje pusėje.
Tačiau nespėję išplisti visoje šalyje, visi garo generatorių sunkvežimiai buvo sunaikinti praėjusio amžiaus šeštojo dešimtmečio antroje pusėje. Tačiau kartu su dujų generatoriais. Kadangi automobilių pertvarkymo kaina, ekonominis poveikis ir naudojimo paprastumas buvo daug darbo jėgos ir abejotinos, palyginti su benzininiais ir dyzeliniais sunkvežimiais. Be to, tuo metu Sovietų Sąjungoje jau buvo pradėta gaminti naftos gavyba.
Greitas ir nebrangus modernus garo automobilis
Nemanykite, kad garu varomo automobilio idėja pamiršta amžiams. Dabar pastebimai išaugo susidomėjimas varikliais, kurie yra alternatyva vidaus degimo varikliams, varomiems benzinu ir dyzelinu. Pasaulio naftos atsargos nėra neribotos. Taip, ir naftos produktų kaina nuolat auga. Dizaineriai taip stengėsi patobulinti vidaus degimo variklį, kad jų idėjos beveik pasiekė savo ribą.
Elektromobiliai, vandeniliniai automobiliai, dujų generatoriai ir garo automobiliai vėl tapo karštomis temomis. Sveiki, užmirštas XIX amžius!
Dabar pastebimai išaugo susidomėjimas varikliais, kurie yra alternatyva vidaus degimo varikliams, varomiems benzinu ir dyzelinu.
Britų inžinierius (vėl Anglija!) pademonstravo naujas garo mašinos galimybes. Savo „Inspuration“ jis sukūrė ne tik tam, kad pademonstruotų garais varomų automobilių aktualumą. Jo sumanymas sukurtas rekordams. 274 km/h – tokį greitį pagreitina dvylika katilų, sumontuotų ant 7,6 metro automobilio. Suskystintoms dujoms užtenka vos 40 litrų vandens, kad garų temperatūra akimirksniu pakiltų iki 400 °C. Tik pagalvokite, prireikė 103 metų, kol istorija sumušė raketos garu varomo automobilio greičio rekordą!
Šiuolaikiniame garo generatoriuje galite naudoti anglies miltelius ar kitą pigų kurą, pavyzdžiui, mazutą, suskystintas dujas. Štai kodėl garo automobiliai visada buvo ir bus populiarūs.
Tačiau norint, kad ateitis būtų draugiška aplinkai, vėl reikia įveikti naftos lobistų pasipriešinimą.
Garo mašinos veikimo principas
Turinys
anotacija
1. Teorinė dalis
1.1 Laiko juosta
1.2 Garo variklis
1.2.1 Garo katilas
1.2.2 Garo turbinos
1.3 Garo varikliai
1.3.1 Pirmieji garlaiviai
1.3.2 Dviračių transporto priemonių gimimas
1.4 Garo variklių naudojimas
1.4.1 Garo mašinų pranašumas
1.4.2 Efektyvumas
2. Praktinė dalis
2.1 Mechanizmo sukūrimas
2.2 Mašinos ir jos efektyvumo tobulinimo būdai
2.3 Anketa
Išvada
Bibliografija
Taikymas
garų variklisnaudingas veiksmas
anotacija
Šį mokslinį darbą sudaro 32 lapai, kuriuos sudaro teorinė dalis, praktinė dalis, paraiška ir išvada. Teorinėje dalyje sužinosite apie garo mašinų ir mechanizmų veikimo principą, apie jų istoriją ir taikymo vaidmenį gyvenime. Praktinėje dalyje detaliai aprašomas garo mechanizmo projektavimo ir išbandymo namuose procesas. Šis mokslinis darbas gali būti aiškus garo energijos darbo ir panaudojimo pavyzdys.
Įvadas
Paklusnus bet kokioms gamtos kaprizams pasaulis, kuriame mašinos varomos raumenų jėga arba vandens ratų ir vėjo malūnų galia – toks buvo technologijų pasaulis prieš sukūrus garo mašiną. degant ugniai, gali išstumti kliūtį ( pavyzdžiui, popieriaus lapas) esantis jo kelyje.Tai privertė žmogų susimąstyti, kaip garus galima panaudoti kaip darbinį skystį. To pasekoje po daugybės eksperimentų atsirado garo mašina.Ir įsivaizduokite gamyklas su rūkstančiais dūmtraukiais,garo mašinas ir turbinas,garvežius ir garlaivius-visas sudėtingas ir galingas žmogaus sukurtas garo inžinerijos pasaulis.Garo mašina buvo praktiškai vienintelė universalus variklis ir vaidino didžiulį vaidmenį žmonijos raidoje.Garo variklio išradimas buvo postūmis tolesnei transporto priemonių plėtrai. Šimtą metų tai buvo vienintelis pramoninis variklis, kurio universalumas leido jį naudoti gamyklose, geležinkeliuose ir laivynuose.Garo mašinos išradimas – didžiulis lūžis, stovintis dviejų epochų sandūroje. Ir praėjus šimtmečiams visa šio išradimo reikšmė pajuntama dar aštriau.
Hipotezė:
Ar įmanoma savo rankomis sukurti paprasčiausią mechanizmą, kuris veikė pora.
Darbo tikslas: suprojektuoti mechanizmą, galintį judėti ant poros.
Tyrimo tikslas:
1. Studijuoti mokslinę literatūrą.
2. Suprojektuokite ir pastatykite paprasčiausią mechanizmą, kuris veikė garais.
3. Apsvarstykite galimybes padidinti efektyvumą ateityje.
Šis mokslinis darbas pasitarnaus kaip vadovas fizikos pamokose gimnazistams ir besidomintiems šia tema.
1. TeoRetic dalis
Garo variklis – terminis stūmoklinis variklis, kuriame iš garo katilo ištekėjusių vandens garų potenciali energija paverčiama mechaniniu stūmoklio stūmoklio judesio arba sukimosi veleno judėjimo darbu.
Garas yra vienas iš įprastų šilumnešių šiluminėse sistemose su šildomu skysčiu arba dujiniu darbiniu skysčiu kartu su vandeniu ir šiluminėmis alyvomis. Vandens garai turi daug privalumų, įskaitant naudojimo paprastumą ir lankstumą, mažą toksiškumą ir galimybę procesui tiekti daug energijos. Jis gali būti naudojamas įvairiose sistemose, kuriose aušinimo skystis tiesiogiai kontaktuoja su įvairiais įrangos elementais, efektyviai prisidedant prie mažesnių energijos sąnaudų, emisijų mažinimo ir greito atsipirkimo.
Energijos tvermės dėsnis yra pagrindinis gamtos dėsnis, nustatytas empiriškai ir susidedantis iš to, kad izoliuotos (uždaros) fizinės sistemos energija išsaugoma laikui bėgant. Kitaip tariant, energija negali atsirasti iš nieko ir negali išnykti į niekur, ji gali tik pereiti iš vienos formos į kitą. Pamatiniu požiūriu, pagal Noeterio teoremą, energijos tvermės dėsnis yra laiko homogeniškumo pasekmė ir šia prasme yra universalus, tai yra būdingas labai skirtingos fizinės prigimties sistemoms.
1.1 Laiko juosta
4000 m. pr. Kr e. - vyras išrado ratą.
3000 m.pr.Kr e. – pirmieji keliai atsirado senovės Romoje.
2000 m. pr. Kr e. – ratas mums tapo labiau pažįstamas. Jis turėjo stebulę, ratlankį ir juos jungiančius stipinus.
1700 m. pr. Kr e. – atsirado pirmieji medinėmis trinkelėmis grįsti keliai.
312 m. pr. Kr e. – Pirmieji asfaltuoti keliai buvo nutiesti senovės Romoje. Mūro storis siekė vieną metrą.
1405 m. – pasirodė pirmieji pavasariniai arklių traukiami vežimai.
1510 m. – arklio traukiamas vežimas įgavo kėbulą su sienomis ir stogu. Keleiviai turi galimybę kelionės metu apsisaugoti nuo blogo oro.
1526 m. – vokiečių mokslininkas ir menininkas Albrechtas Dureris sukūrė įdomų „bežirginio vežimėlio“, kurį varo žmonių raumenų jėga, projektą. Žmonės, einantys vežimo šonu, suko specialias rankenas. Šis sukimasis sliekinės pavaros pagalba buvo perduodamas vežimo ratams. Deja, vagonas nebuvo pagamintas.
1600 – Simonas Stevinas pastatė jachtą ant ratų, judančią veikiamas vėjo jėgos. Ji tapo pirmuoju bežirgio vežimo dizainu.
1610 m. – vežimai buvo du reikšmingi patobulinimai. Pirma, nepatikimi ir per minkšti diržai, kurie sūpavo keleivius kelionės metu, buvo pakeisti plieninėmis spyruoklėmis. Antra, buvo patobulinti arklio pakinktai. Dabar arklys vežimą tempė ne kaklu, o krūtine.
1649 m. - išlaikė pirmuosius spyruoklės, anksčiau žmogaus susuktos, naudojimo kaip varomąją jėgą bandymus. Spyruoklinį vežimą Niurnberge pastatė Johanas Hauchas. Tačiau istorikai abejoja šia informacija, nes yra versija, kad vietoj didelės spyruoklės vežimo viduje sėdėjo žmogus, kuris paleido mechanizmą.
1680 – didžiuosiuose miestuose pasirodė pirmieji arklių traukiamo viešojo transporto pavyzdžiai.
1690 – Stefanas Farffleris iš Niurnbergo sukūrė triratį vežimėlį, kuris juda dviem rankomis pasukamomis rankenomis. Dėl šios pavaros vagono konstruktorius galėjo judėti iš vietos į vietą be kojų pagalbos.
1698 – anglas Thomas Savery pastatė pirmąjį garo katilą.
1741 m. – rusų savamokslis mechanikas Leontijus Lukjanovičius Šamšurenkovas Nižnij Novgorodo provincijos biurui nusiuntė „ataskaitą“, kurioje aprašo „savarankiškai važiuojantį vežimą“.
1769 – prancūzų išradėjas Cugno pastatė pirmąjį pasaulyje garo automobilį.
1784 – James Watt pagamino pirmąjį garo variklį.
1791 – Ivanas Kulibinas sukonstravo triratę savaeigę karietą, kurioje tilpo du keleiviai. Važiavimas buvo atliktas naudojant pedalo mechanizmą.
1794 m. – Cugno garo mašina buvo perduota „visų menų ir amatų rūšių mašinų, įrankių, modelių, brėžinių ir aprašymų saugyklai“, kaip dar viena mechaninė įdomybė.
1800 m. – manoma, kad būtent šiais metais Rusijoje buvo pastatytas pirmasis pasaulyje dviratis. Jo autorius buvo baudžiauninkas Jefimas Artamonovas.
1808 – Paryžiaus gatvėse pasirodė pirmasis prancūziškas dviratis. Jis buvo pagamintas iš medžio ir susideda iš skersinio, jungiančio du ratus. Skirtingai nuo šiuolaikinio dviračio, jis neturėjo vairo ar pedalų.
1810 – Amerikoje ir Europos šalyse pradėjo kurtis vežimų pramonė. Didžiuosiuose miestuose atsirado ištisos gatvės ir net kvartalai, kuriuose gyvena meistrai.
1816 – vokiečių išradėjas Carlas Friedrichas Dreisas sukonstravo mašiną, primenančią šiuolaikinį dviratį. Vos pasirodęs miesto gatvėse, gavo „bėgančio automobilio“ pavadinimą, nes jo savininkas, stumdamasis kojomis, iš tikrųjų bėgo žeme.
1834 – Paryžiuje buvo išbandyta M. Hakuet suprojektuota buriavimo įgula. Šis ekipažas turėjo 12 m aukščio stiebą.
1868 – manoma, kad šiais metais prancūzas Erne Michaud sukūrė modernaus motociklo prototipą.
1871 – prancūzų išradėjas Louis Perrault sukūrė dviračio garo variklį.
1874 m - Rusijoje buvo pastatytas garo ratinis traktorius. Kaip prototipas buvo naudojamas angliškas automobilis „Evelyn Porter“.
1875 m – Paryžiuje buvo pademonstruotas pirmasis Amadeus Bdlly garo variklis.
1884 – amerikietis Louis Copland sukonstravo motociklą, ant kurio virš priekinio rato buvo sumontuotas garo variklis. Ši konstrukcija galėtų įsibėgėti iki 18 km/val.
1901 m - Rusijoje pastatytas Maskvos dviračių gamyklos „Duks“ keleivinis garo automobilis.
1902 m – Leonas Serpolletas vienu iš savo garo automobilių pasiekė pasaulio greičio rekordą – 120 km/val.
Po metų jis pasiekė dar vieną rekordą – 144 km/val.
1905 — amerikietis F. Marriottas garo automobilyje viršijo 200 km greitį.
1.2 Steamvariklis
Variklis, varomas garais. Varymui naudojami garai, susidarantys kaitinant vandenį. Kai kuriuose varikliuose garai priverčia judėti cilindruose esančius stūmoklius. Tai sukuria grįžtamąjį judesį. Prijungtas mechanizmas dažniausiai paverčia jį sukamuoju judesiu. Garvežiai (lokomotyvai) naudoja stūmoklinius variklius. Garo turbinos taip pat naudojamos kaip varikliai, kurie sukant ratus su ašmenimis suteikia tiesioginį sukimosi judesį. Garo turbinos varo elektros generatorius ir laivų sraigtus. Bet kuriame garo variklyje šiluma, susidaranti kaitinant vandenį garo katile (katile), paverčiama judėjimo energija. Šiluma gali būti tiekiama deginant kurą krosnyje arba iš branduolinio reaktoriaus. Pats pirmasis istorijoje garo variklis buvo savotiškas siurblys, kurio pagalba jie išpumpuodavo kasyklas užliejusį vandenį. Jį 1689 m. išrado Thomas Savery. Šioje labai paprastos konstrukcijos mašinoje garai kondensavosi į nedidelį kiekį vandens ir dėl to susidarė dalinis vakuumas, dėl kurio iš šachtos šachtos buvo išsiurbtas vanduo. 1712 m. Thomas Newcomen išrado garu varomą stūmoklinį siurblį. 1760 m Jamesas Wattas patobulino Newcomen dizainą ir sukūrė daug efektyvesnius garo variklius. Netrukus jie buvo naudojami gamyklose staklėms varyti. 1884 metais anglų inžinierius Charlesas Parsonas (1854-1931) išrado pirmąją praktinę garo turbiną. Jo konstrukcijos buvo tokios efektyvios, kad netrukus pradėjo keisti stūmoklinius garo variklius elektrinėse. Nuostabiausias pasiekimas garo mašinų srityje buvo visiškai uždaro, veikiančio mikroskopinių matmenų garo variklio sukūrimas. Japonijos mokslininkai jį sukūrė naudodami integruotų grandynų gamybos metodus. Nedidelė srovė, einanti per elektrinį kaitinimo elementą, vandens lašą paverčia garais, kurie judina stūmoklį. Dabar mokslininkai turi išsiaiškinti, kuriose srityse šis prietaisas gali būti pritaikytas praktiškai.
Garo variklių išradimas buvo lūžis žmonijos istorijoje. Kai kur XVII–XVIII amžių sandūroje pradėjo keistis neefektyvus rankų darbas, vandens ratai, visiškai nauji ir unikalūs mechanizmai – garo mašinos. Būtent jų dėka tapo įmanomos techninės ir pramonės revoliucijos, o iš tikrųjų ir visa žmonijos pažanga.
Bet kas išrado garo mašiną? Kam žmonija tai skolinga? Ir kada tai buvo? Į visus šiuos klausimus pasistengsime rasti atsakymus.
Dar prieš mūsų erą
Garo mašinos sukūrimo istorija prasideda pirmaisiais amžiais prieš Kristų. Aleksandrijos herojus aprašė mechanizmą, kuris pradėjo veikti tik tada, kai buvo veikiamas garų. Prietaisas buvo rutulys, ant kurio buvo pritvirtinti purkštukai. Iš purkštukų tangentiškai sklido garai, todėl variklis sukasi. Tai buvo pirmasis įrenginys, kuris veikė garais.
Garo variklio (tiksliau, turbinos) kūrėjas yra Tagi al-Dinome (arabų filosofas, inžinierius ir astronomas). Jo išradimas plačiai išgarsėjo Egipte XVI amžiuje. Mechanizmas buvo išdėstytas taip: mentėmis garų srautai buvo nukreipiami tiesiai į mechanizmą, o nukritus dūmams, ašmenys sukasi. Kažką panašaus 1629 metais pasiūlė italų inžinierius Giovanni Branca. Pagrindinis visų šių išradimų trūkumas buvo per didelis garų suvartojimas, o tai savo ruožtu pareikalavo didžiulio energijos kiekio ir buvo nepatartina. Vystymasis buvo sustabdytas, nes tuometinių mokslo ir technikos žmonijos žinių nepakako. Be to, tokių išradimų poreikio visiškai nebuvo.
Vystymai
Iki XVII amžiaus buvo neįmanoma sukurti garo mašinos. Tačiau kai tik žmogaus išsivystymo lygio kartelė pakilo, iškart pasirodė pirmosios kopijos ir išradimai. Nors į juos tuo metu niekas rimtai nežiūrėjo. Pavyzdžiui, 1663 m. anglų mokslininkas spaudoje paskelbė savo išradimo projektą, kurį įrengė Raglano pilyje. Jo prietaisas padėjo pakelti vandenį ant bokštų sienų. Tačiau, kaip ir viskas, kas nauja ir nežinoma, šis projektas buvo sutiktas su abejonėmis, o tolimesnei jo plėtrai neatsirado rėmėjų.
Garo mašinos sukūrimo istorija prasideda nuo garo mašinos išradimo. 1681 metais mokslininkas iš Prancūzijos išrado prietaisą, kuris siurbdavo vandenį iš kasyklų. Iš pradžių parakas buvo naudojamas kaip varomoji jėga, o vėliau jį pakeitė vandens garai. Taip gimė garo mašina. Didžiulį indėlį prie jos tobulinimo įnešė mokslininkai iš Anglijos Thomas Newcomen ir Thomas Severen. Neįkainojamą pagalbą suteikė ir savamokslis rusų išradėjas Ivanas Polzunovas.
Nepavyko Papino bandymas
Ypatingą dėmesį laivų statybos srityje patraukė anuomet toli gražu ne tobula garo-atmosferinė mašina. Paskutines santaupas D. Papinas išleido nedidelio laivo įsigijimui, kuriame ėmėsi montuoti savos gamybos vandens kėlimo garo-atmosferinę mašiną. Veikimo mechanizmas buvo toks, kad, krisdamas iš aukščio, vanduo pradėjo sukti ratus.
Išradėjas savo bandymus atliko 1707 m. Fuldos upėje. Daug žmonių susirinko pažiūrėti stebuklo: upe judančio laivo be burių ir irklų. Tačiau bandymų metu įvyko nelaimė: sprogo variklis ir žuvo keli žmonės. Valdžia supyko ant nelaimingo išradėjo ir uždraudė jam bet kokius darbus ir projektus. Laivas buvo konfiskuotas ir sunaikintas, o pats Papenas po kelerių metų mirė.
Klaida
Garlaivis „Papin“ turėjo tokį veikimo principą. Į cilindro dugną reikėjo įpilti nedidelį kiekį vandens. Po pačiu cilindru buvo keptuvė, skirta skysčiui šildyti. Kai vanduo pradėjo virti, susidarę garai, besiplečiantys, pakėlė stūmoklį. Iš erdvės virš stūmoklio oras buvo išstumiamas per specialiai įrengtą vožtuvą. Vandeniui užvirus ir pradėjus kristi garams, reikėjo nuimti katilą, uždaryti vožtuvą, kad pasišalintų oras, ir vėsiu vandeniu atvėsinti cilindro sieneles. Dėl tokių veiksmų cilindre kondensavosi garai, po stūmokliu susidarė vakuumas, o dėl atmosferos slėgio jėgos stūmoklis vėl grįžo į pradinę vietą. Jo judėjimo žemyn metu buvo atliktas naudingas darbas. Tačiau Papeno garo mašinos efektyvumas buvo neigiamas. Garlaivio variklis buvo itin neekonomiškas. Ir, svarbiausia, jis buvo per sudėtingas ir nepatogus naudoti. Todėl Papeno išradimas nuo pat pradžių neturėjo ateities.
Sekėjai
Tačiau garo mašinos sukūrimo istorija tuo nesibaigė. Kitas, jau daug sėkmingesnis už Papeną, buvo anglų mokslininkas Thomas Newcomenas. Jis ilgą laiką studijavo savo pirmtakų darbus, daugiausia dėmesio skirdamas silpnybėms. Pasitelkęs geriausią jų darbą, 1712 m. sukūrė savo aparatą. Naujasis garo variklis (nuotrauka parodyta) buvo suprojektuotas taip: buvo naudojamas cilindras, kuris buvo vertikalioje padėtyje, taip pat stūmoklis. Šis Naujokas paėmė iš Papino darbų. Tačiau garai jau susidarė kitame katile. Aplink stūmoklį buvo pritvirtinta visa oda, o tai žymiai padidino garų cilindro sandarumą. Ši mašina taip pat buvo garinė-atmosferinė (vanduo iš kasyklos kilo naudojant atmosferos slėgį). Pagrindiniai išradimo trūkumai buvo jo stambumas ir neefektyvumas: mašina „suvalgė“ didžiulį kiekį anglies. Tačiau tai atnešė daug daugiau naudos nei Papino išradimas. Todėl jis buvo naudojamas požemiuose ir kasyklose beveik penkiasdešimt metų. Jis buvo naudojamas požeminiam vandeniui išsiurbti, taip pat laivams džiovinti. bandė savo automobilį pertvarkyti taip, kad jį būtų galima naudoti eismui. Tačiau visi jo bandymai buvo nesėkmingi.
Kitas mokslininkas, kuris pasiskelbė, buvo D. Hullas iš Anglijos. 1736 m. jis pasauliui pristatė savo išradimą: garų atmosferinį aparatą, kuris turėjo irklas kaip judesį. Jo vystymasis buvo sėkmingesnis nei Papino. Iš karto buvo paleisti keli tokie laivai. Jie daugiausia buvo naudojami baržoms, laivams ir kitiems laivams vilkti. Tačiau garo-atmosferinės mašinos patikimumas nekėlė pasitikėjimo, o laivuose kaip pagrindinis variklis buvo aprūpintos burėmis.
Ir nors Hului pasisekė labiau nei Papenui, jo išradimai pamažu prarado savo aktualumą ir buvo apleisti. Visgi to meto garo-atmosferinės mašinos turėjo daug specifinių trūkumų.
Garo variklio sukūrimo istorija Rusijoje
Kitas lūžis įvyko Rusijos imperijoje. 1766 m. Barnaulo metalurgijos gamykloje buvo sukurtas pirmasis garo variklis, kuris, naudodamas specialias pūstuvo dumples, tiekdavo orą į lydymosi krosnis. Jo kūrėjas buvo Ivanas Ivanovičius Polzunovas, kuriam net buvo suteiktas karininko laipsnis už nuopelnus tėvynei. Išradėjas savo viršininkams pateikė brėžinius ir „ugninės mašinos“, galinčios tiekti dumples, planus.
Tačiau likimas su Polzunovu iškrėtė žiaurų pokštą: praėjus septyneriems metams po jo projekto priėmimo ir automobilio surinkimo, jis susirgo ir mirė nuo vartojimo – likus vos savaitei iki jo variklio bandymų pradžios. Tačiau jo nurodymų užteko varikliui užvesti.
Taigi 1766 m. rugpjūčio 7 d. Polzunovo garo mašina buvo paleista ir apkrauta. Tačiau tų pačių metų lapkritį jis sugedo. Priežastis pasirodė per plonos katilo sienelės, neskirtos krauti. Be to, išradėjas savo instrukcijose parašė, kad šis katilas gali būti naudojamas tik bandymo metu. Naujo katilo gamyba lengvai atsipirktų, nes Polzunovo garo mašinos efektyvumas buvo teigiamas. Už 1023 darbo valandas su jo pagalba buvo išlydyta daugiau nei 14 svarų sidabro!
Tačiau nepaisant to, niekas nepradėjo taisyti mechanizmo. Polzunovo garo mašina daugiau nei 15 metų rinko dulkes sandėlyje, o pramonės pasaulis nestovėjo vietoje ir vystėsi. Ir tada jis buvo visiškai išmontuotas dalimis. Matyt, tuo metu Rusija dar nebuvo priaugusi iki garo mašinų.
To meto reikalavimai
Tuo tarpu gyvenimas nestovėjo vietoje. O žmonija nuolat galvojo sukurti mechanizmą, kuris leistų nepriklausyti nuo kaprizingos prigimties, o valdyti patį likimą. Visi norėjo kuo greičiau palikti burę. Todėl klausimas dėl garo mechanizmo sukūrimo nuolat kabojo ore. 1753 m. Paryžiuje buvo paskelbtas amatininkų, mokslininkų ir išradėjų konkursas. Mokslų akademija paskelbė apdovanojimą tiems, kurie gali sukurti mechanizmą, galintį pakeisti vėjo galią. Bet nepaisant to, kad konkurse dalyvavo tokie protai kaip L. Euleris, D. Bernulli, Canton de Lacroix ir kiti, niekas protingo pasiūlymo nepateikė.
Metai bėgo. O pramonės revoliucija apėmė vis daugiau šalių. Pirmenybė ir lyderystė tarp kitų jėgų visada atiteko Anglijai. Iki XVIII amžiaus pabaigos būtent Didžioji Britanija tapo stambios pramonės kūrėja, kurios dėka iškovojo pasaulinės šios pramonės monopolijos titulą. Mechaninio variklio klausimas kasdien tapo vis aktualesnis. Ir buvo sukurtas toks variklis.
Pirmasis garo variklis pasaulyje
1784 metai Anglijai ir visam pasauliui buvo pramonės revoliucijos lūžis. Ir už tai atsakingas buvo anglų mechanikas Jamesas Wattas. Jo sukurtas garo variklis buvo didžiausias šimtmečio atradimas.
Keletą metų studijavo garo-atmosferinių mašinų brėžinius, sandarą ir veikimo principus. Ir viso to pagrindu padarė išvadą, kad variklio efektyvumui būtina suvienodinti vandens cilindre ir garų, patenkančių į mechanizmą, temperatūras. Pagrindinis garo-atmosferinių mašinų trūkumas buvo nuolatinis poreikis aušinti cilindrą vandeniu. Tai buvo brangu ir nepatogu.
Naujasis garo variklis buvo sukurtas kitaip. Taigi, cilindras buvo uždarytas specialioje garų apvalkale. Taip Wattas pasiekė nuolatinę įkaitusią būseną. Išradėjas sukūrė specialų indą, panardintą į šaltą vandenį (kondensatorių). Prie jo vamzdžiu buvo pritvirtintas cilindras. Balione pasibaigus garams, jie vamzdžiu pateko į kondensatorių ir ten vėl virto vandeniu. Tobulindamas savo mašiną, Wattas kondensatoriuje sukūrė vakuumą. Taigi jame kondensavosi visi iš cilindro einantys garai. Dėl šios naujovės labai padidėjo garų plėtimosi procesas, o tai savo ruožtu leido iš to paties garų kiekio išgauti daug daugiau energijos. Tai buvo sėkmės viršūnė.
Garo mašinos kūrėjas pakeitė ir oro padavimo principą. Dabar garai pirmiausia nukrito po stūmokliu, taip jį pakeldami, o po to susirinko virš stūmoklio, jį nuleisdami. Taip mechanizme pradėjo veikti abu stūmoklio taktai, o tai anksčiau net nebuvo įmanoma. O anglies sunaudojimas vienam arklio galiai buvo keturis kartus mažesnis nei atitinkamai garo atmosferinių mašinų, ką bandė pasiekti Jamesas Wattas. Garo mašina labai greitai užkariavo iš pradžių Didžiąją Britaniją, o vėliau ir visą pasaulį.
„Šarlotė Dundas“
Po to, kai visas pasaulis buvo nustebintas Jameso Watto išradimu, pradėjo plačiai naudoti garo variklius. Taigi 1802 metais Anglijoje pasirodė pirmasis laivas porai – laivas Charlotte Dundas. Jo kūrėjas yra Williamas Symingtonas. Laivas buvo naudojamas kaip vilkimo baržos palei kanalą. Judintojo vaidmenį laive atliko laivagalio dalyje sumontuotas irklas. Laivas sėkmingai išlaikė bandymus iš pirmo karto: dvi didžiules baržas nutempė 18 mylių per šešias valandas. Tuo pačiu metu priešinis vėjas jam labai trukdė. Bet jam pavyko.
Ir vis dėlto atidėjo, nes bijojo, kad dėl stiprių bangų, kurios susidarė po irklente, kanalo krantai bus išplauti. Beje, „Šarlotės“ išbandyme dalyvavo žmogus, kurį visas pasaulis šiandien laiko pirmojo garlaivio kūrėju.
pasaulyje
Anglų laivų statytojas nuo jaunystės svajojo apie laivą su garo varikliu. Ir dabar jo svajonė išsipildė. Juk garo mašinų išradimas buvo naujas postūmis laivų statyboje. Kartu su pasiuntiniu iš Amerikos R. Livingstonu, kuris perėmė materialinę klausimo pusę, Fultonas ėmėsi laivo su garo mašina projekto. Tai buvo sudėtingas išradimas, pagrįstas irklo varikliuko idėja. Išilgai laivo bortų driekėsi daug irklų imituojančios plokštės. Tuo pačiu metu plokštės retkarčiais trukdydavo viena kitai ir sulūždavo. Šiandien galime nesunkiai teigti, kad tą patį efektą galima pasiekti naudojant tik tris ar keturias plyteles. Tačiau to meto mokslo ir technologijų požiūriu tai buvo nerealu. Todėl laivų statytojams buvo daug sunkiau.
1803 metais pasauliui buvo pristatytas Fultono išradimas. Garlaivis lėtai ir tolygiai judėjo palei Seną, jaudindamas daugelio Paryžiaus mokslininkų ir veikėjų protus ir vaizduotę. Tačiau Napoleono vyriausybė atmetė projektą, o nepatenkinti laivų statytojai buvo priversti laimės ieškoti Amerikoje.
O 1807 metų rugpjūtį Hadsono įlanka plaukė pirmasis pasaulyje garlaivis Claremont, kuriame dalyvavo galingiausias garo variklis (pateikiama nuotrauka). Daugelis tada tiesiog netikėjo sėkme.
„Claremont“ į savo pirmąją kelionę leidosi be krovinio ir be keleivių. Niekas nenorėjo keliauti ugnimi alsuojančiu laivu. Tačiau jau grįžtant atgal pasirodė pirmasis keleivis – vietinis ūkininkas, už bilietą sumokėjęs šešis dolerius. Jis tapo pirmuoju keleiviu laivybos kompanijos istorijoje. Fultonas buvo taip sujaudintas, kad davė drąsuoliui visą gyvenimą nemokamai naudotis visais savo išradimais.
Garo variklis per visą savo istoriją turėjo daugybę metalo įkūnijimo variantų. Vienas iš šių įsikūnijimų buvo mechanikos inžinieriaus N. N. garo rotacinis variklis. Tverskojus. Šis rotacinis garo variklis (garo mašina) buvo aktyviai naudojamas įvairiose technikos ir transporto srityse. XIX amžiaus rusų techninėje tradicijoje toks rotacinis variklis buvo vadinamas rotacine mašina. Variklis išsiskyrė ilgaamžiškumu, efektyvumu ir dideliu sukimo momentu. Tačiau atsiradus garo turbinoms, tai buvo pamiršta. Žemiau yra šios svetainės autoriaus surinkta archyvinė medžiaga. Medžiagų yra labai daug, todėl kol kas čia pateikiama tik dalis jų.
Bandomasis rotacinio garo variklio slinkimas suslėgtu oru (3,5 atm).
Modelis skirtas 10 kW galiai esant 1500 aps./min., kai garų slėgis 28-30 atm.
XIX amžiaus pabaigoje garo mašinos – „N. Tverskojaus rotoriniai varikliai“ buvo pamiršti, nes stūmokliniai garo varikliai pasirodė paprastesni ir technologiškai pažangesni gamyboje (to meto pramonės šakoms), o garo turbinos davė daugiau galios. .
Tačiau pastaba dėl garo turbinų yra teisinga tik dėl didelio jų svorio ir bendrų matmenų. Iš tiesų, turėdamos daugiau nei 1,5–2 tūkstančius kW galios, kelių cilindrų garo turbinos visais atžvilgiais lenkia rotorinius garo variklius, net ir turint didelę turbinų kainą. O XX amžiaus pradžioje, kai laivų elektrinės ir jėgainių blokai pradėjo turėti daug dešimčių tūkstančių kilovatų galią, tada tokias galimybes galėjo suteikti tik turbinos.
BET – garo turbinos turi dar vieną trūkumą. Mažinant jų masės matmenų parametrus, garo turbinų eksploatacinės charakteristikos smarkiai pablogėja. Žymiai sumažėja savitoji galia, krenta efektyvumas, o išlieka didelės gamybos sąnaudos ir dideli pagrindinio veleno apsisukimai (greičių dėžės poreikis). Štai kodėl - mažesnio nei 1,5 tūkst. kW (1,5 MW) galios diapazone beveik neįmanoma rasti visais atžvilgiais efektyvios garo turbinos, net ir už didelius pinigus ...
Būtent todėl šiame galingumo diapazone atsirado visa „puokštė“ egzotiškų ir mažai žinomų dizainų. Tačiau dažniausiai tokie pat brangūs ir neefektyvūs... Sraigtinės turbinos, Tesla turbinos, ašinės turbinos ir t.t.
Tačiau visi kažkodėl pamiršo garo „rotacines mašinas“ – rotorinius garo variklius. Tuo tarpu šie garo varikliai yra daug kartų pigesni už bet kokius ašmenis ir sraigtinius mechanizmus (sakau tai išmanydamas, kaip žmogus, savo pinigais jau pagaminęs ne vieną dešimtį tokių mašinų). Tuo pačiu metu N. Tverskoy garo „rotomosios mašinos“ turi galingą sukimo momentą nuo mažiausių apsisukimų, turi vidutinį pagrindinio veleno sukimosi dažnį pilnais apsisukimais nuo 1000 iki 3000 aps./min. Tie. tokioms mašinoms, net elektros generatoriui, net gariniam automobiliui (automobiliui, traktoriui, traktoriui) - nereikės pavarų dėžės, movos ir pan., o bus tiesiogiai su savo velenu prijungtos prie dinamo, ratų garo mašina ir kt.
Taigi, garo rotacinio variklio pavidalu - „N. Tversky rotacinio variklio“ sistema, turime universalų garo variklį, kuris puikiai gamins elektrą iš kieto kuro katilo atokiame miškų ūkyje ar taigos kaime, lauko stovykloje ar gaminti elektrą kaimo gyvenvietės katilinėje arba „suktis“ ant proceso šilumos (karšto oro) atliekų plytų ar cemento gamykloje, liejykloje ir pan.
Visų tokių šilumos šaltinių galia yra mažesnė nei 1 mW, todėl įprastos turbinos čia mažai naudingos. O kitų mašinų, skirtų šilumos atgavimui paverčiant susidariusio garo slėgį į darbą, bendroji techninė praktika dar nežino. Taigi ši šiluma niekaip neišnaudojama – ji tiesiog kvailai ir negrįžtamai prarandama.
Jau sukūriau "garo rotacinę mašiną" 3,5 - 5 kW galios elektros generatoriui varyti (priklauso nuo slėgio garuose), jei viskas vyks kaip planuota, greitai atsiras 25 ir 40 kW galios mašina. Kaip tik tiek, kiek reikia pigiai elektrai iš kieto kuro katilo ar atliekinės pramoninės šilumos tiekti kaimo dvarą, nedidelį ūkį, lauko stovyklą ir t.t., ir t.t.
Iš esmės rotoriniai varikliai gerai plečiasi į viršų, todėl ant vieno veleno sumontavus daug rotoriaus sekcijų, tokių mašinų galią nesunku padauginti tiesiog padidinus standartinių rotoriaus modulių skaičių. Tai yra, visiškai įmanoma sukurti sukamąsias garo mašinas, kurių galia yra 80-160-240-320 kW ar daugiau ...
Tačiau, be vidutinių ir santykinai didelių garo jėgainių, mažose elektrinėse taip pat bus paklausios garo grandinės su mažais sukamaisiais garo varikliais.
Pavyzdžiui, vienas iš mano išradimų yra „Kempingo-turizmo elektros generatorius, naudojantys vietinį kietąjį kurą“.
Žemiau yra vaizdo įrašas, kuriame bandomas supaprastintas tokio įrenginio prototipas.
Tačiau mažasis garo variklis jau linksmai ir energingai suka savo elektros generatorių ir gamina elektrą naudodamas medieną ir kitą ganyklų kurą.
Pagrindinė rotacinių garo variklių (rotacinių garo variklių) komercinio ir techninio pritaikymo kryptis – pigios elektros energijos gamyba naudojant pigų kietąjį kurą ir degiąsias atliekas. Tie. maža galia – paskirstyta elektros energijos gamyba rotoriniuose garo varikliuose. Įsivaizduokite, kaip rotorinis garo variklis puikiai tiks lentpjūvės-lentpjūvės darbo schemoje, kur nors Rusijos šiaurėje ar Sibire (Tolimuosiuose Rytuose), kur nėra centrinio maitinimo, elektrą tiekia dyzelinis generatorius ant dyzelinio variklio. degalų, importuotų iš toli. Bet pati lentpjūvė per dieną pagamina mažiausiai pusę tonos medžio drožlių-pjuvenų - keksa, kuri neturi kur dėti ...
Tokios medienos atliekos yra tiesioginis kelias į katilo krosnį, katilas duoda aukšto slėgio garą, garai varo rotacinį garo variklį, kuris suka elektros generatorių.
Lygiai taip pat galima sudeginti milijonus tonų žemės ūkio pasėlių atliekų, neriboto tūrio ir pan. O dar yra pigios durpės, pigios šiluminės anglies ir t.t. Svetainės autorius apskaičiavo, kad kuro sąnaudos gaminant elektrą per nedidelę garo elektrinę (garo mašiną) su 500 kW galios rotoriniu garo varikliu bus nuo 0,8 iki 1,
2 rubliai už kilovatą.
Kitas įdomus garo rotorinio variklio pritaikymas yra tokio garo variklio montavimas ant garo automobilio. Sunkvežimis yra vilkikas garo automobilis, su galingu sukimo momentu ir naudojant pigų kietąjį kurą - labai reikalingas garo variklis žemės ūkyje ir miškininkystės pramonėje. Naudojant šiuolaikines technologijas ir medžiagas bei termodinaminiame cikle panaudojus „Organinį Rankino ciklą“, pigaus kietojo kuro (arba nebrangaus skysčio, pvz., „krosnių alyva“ arba panaudota variklio alyva). Tie. sunkvežimis - traktorius su garo varikliu
ir apie 100 kW galios rotorinis garo variklis, sunaudos apie 25-28 kg šiluminės anglies 100 km (kainuos 5-6 rub./kg) arba apie 40-45 kg pjuvenų drožlių (kurių kaina m. Šiaurė už dyką atimama)...
Yra daug daugiau įdomių ir daug žadančių rotorinio garo variklio pritaikymų, tačiau šio puslapio dydis neleidžia visų jų išsamiai apsvarstyti. Dėl to garo variklis vis dar gali užimti labai svarbią vietą daugelyje šiuolaikinių technologijų sričių ir daugelyje šalies ūkio šakų.
GARO VARIKLIŲ ELEKTROS GENERATORIAUS EKSPERIMENTINIO MODELIO PALEIDIMAS
Gegužė - 2018 m Po ilgų eksperimentų ir prototipų buvo pagamintas nedidelis aukšto slėgio katilas. Katilas spaudžiamas iki 80 atm slėgio, todėl be vargo išlaikys 40-60 atm darbinį slėgį. Jis buvo pradėtas eksploatuoti su eksperimentiniu mano sukurto ašinio stūmoklinio garo variklio modeliu. Puikiai veikia - žiūrėkite vaizdo įrašą. Per 12-14 minučių nuo užsidegimo ant medienos ji yra paruošta duoti aukšto slėgio garus.
Dabar pradedu ruoštis gabalinei tokių instaliacijų gamybai - aukšto slėgio katilas, garo variklis (rotacinis arba ašinis stūmoklis), kondensatorius. Įrenginiai veiks uždaroje grandinėje su „vanduo-garų-kondensato“ cirkuliacija.
Tokių generatorių paklausa yra labai didelė, nes 60% Rusijos teritorijos neturi centrinio maitinimo ir sėdi ant dyzelino. O dyzelinio kuro kaina nuolat auga ir jau pasiekė 41-42 rublius už litrą. Taip, o ten, kur yra elektra, energetikos įmonės kelia tarifus, o naujoms galioms prijungti reikia daug pinigų.
Garo mašinos išradimo procesas, kaip dažnai būna technologijose, užsitęsė beveik šimtmetį, todėl šio įvykio datos pasirinkimas yra gana savavališkas. Tačiau niekas neneigia, kad technologinę revoliuciją atvedusį proveržį įvykdė škotas Jamesas Wattas.
Žmonės nuo senų senovės galvojo apie garų naudojimą kaip darbinį skystį. Tačiau tik XVII-XVIII amžių sandūroje. pavyko rasti būdą, kaip garo pagalba pagaminti naudingų darbų. Vienas pirmųjų bandymų padėti žmogui pasitarnauti buvo atliktas Anglijoje 1698 m.: išradėjo Savery mašina buvo skirta kasykloms nusausinti ir vandeniui siurbti. Tiesa, Savery išradimas dar nebuvo variklis visa to žodžio prasme, nes, be kelių rankiniu būdu atidaromų ir uždarytų vožtuvų, jis neturėjo judančių dalių. Savery aparatas veikė taip: iš pradžių sandarus bakas buvo pripildytas garų, tada išorinis rezervuaro paviršius buvo aušinamas šaltu vandeniu, todėl garai kondensavosi, o rezervuare buvo sukurtas dalinis vakuumas. Po to vanduo – pavyzdžiui, iš kasyklos dugno – per įsiurbimo vamzdį buvo įsiurbtas į baką ir, įleidus kitą garų porciją, buvo išmestas lauk.
Pirmąjį garo variklį su stūmokliu 1698 m. sukonstravo prancūzas Denisas Papinas. Vertikalaus cilindro viduje stūmokliu buvo kaitinamas vanduo, o susidarę garai stūmoklį stūmė aukštyn. Garams vėsstant ir kondensuojantis, stūmoklis buvo stumiamas žemyn dėl atmosferos slėgio. Per blokų sistemą Papino garo variklis galėjo varyti įvairius mechanizmus, pavyzdžiui, siurblius.
Tobulesnę mašiną 1712 m. sukūrė anglų kalvis Thomas Newcomen. Kaip ir Papino mašinoje, stūmoklis judėjo vertikaliu cilindru. Garai iš katilo pateko į cilindro pagrindą ir pakėlė stūmoklį aukštyn. Į cilindrą įpurškus šaltą vandenį, garai kondensavosi, cilindre susidarė vakuumas, o veikiamas atmosferos slėgio stūmoklis nukrito žemyn. Šis grįžtamasis eiga pašalino vandenį iš cilindro ir grandinės pagalba, sujungta su svirtimi, judančia kaip sūpynės, pakėlė siurblio strypą į viršų. Kai stūmoklis buvo savo eigos apačioje, į cilindrą vėl pateko garai, o ant siurblio strypo arba ant svirties sumontuoto atsvaro pagalba stūmoklis pakilo į pradinę padėtį. Po to ciklas kartojamas.
Newcomen mašina buvo plačiai naudojama Europoje daugiau nei 50 metų. 1740-aisiais mašina su 2,74 m ilgio ir 76 cm skersmens cilindru per vieną dieną atliko tą darbą, kurį 25 žmonių ir 10 arklių komanda, dirbanti pamainomis, atliko per savaitę. Ir vis dėlto jo efektyvumas buvo itin žemas.
Ryškiausia pramonės revoliucija pasireiškė Anglijoje, pirmiausia tekstilės pramonėje. Neatitikimas tarp audinių pasiūlos ir sparčiai augančios paklausos patraukė geriausius dizainerius į verpimo ir audimo mašinų kūrimą. Anglijos technologijų istorijoje amžinai buvo Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves vardai. Tačiau jų sukurtoms verpimo ir audimo staklėms reikėjo kokybiškai naujo, universalaus variklio, kuris nuolat ir tolygiai (ko vandens ratas negalėjo suteikti) varytų mašinas į vienakryptį sukimosi judesį. Būtent čia visu savo spindesiu pasirodė garsaus inžinieriaus, „Grenoko burtininko“ Jameso Watto talentas.
Watt gimė Škotijos mieste Greenock laivų statytojo šeimoje. Dirbdamas pameistriu dirbtuvėse Glazge, pirmus dvejus metus Jamesas įgijo graverio, matematinių, geodezinių, optinių instrumentų, įvairių navigacinių instrumentų gamybos meistro kvalifikaciją. Dėdės profesoriaus patarimu Jamesas įstojo į vietinį universitetą mechaniku. Būtent čia Wattas pradėjo dirbti su garo varikliais.
Jamesas Wattas bandė patobulinti Newcomen garo atmosferos aparatą, kuris apskritai buvo tinkamas tik vandeniui siurbti. Jam buvo aišku, kad pagrindinis Newcomen mašinos trūkumas – kintamasis cilindro šildymas ir aušinimas. 1765 m. Watt sugalvojo, kad cilindras gali išlikti karštas visą laiką, jei prieš kondensaciją garai vamzdynu su vožtuvu būtų nukreipiami į atskirą rezervuarą. Be to, Watt padarė dar keletą patobulinimų, kurie galiausiai pavertė garo atmosferos variklį garo varikliu. Pavyzdžiui, jis išrado šarnyrinį mechanizmą – „Vato lygiagretainį“ (taip vadinamą, nes dalis jungčių – svirčių, sudarančių jo sudėtį, sudaro lygiagretainį), kuris stūmoklio grįžtamąjį judesį pavertė pagrindinio veleno sukimosi judesiu. . Dabar staklės galėjo veikti nuolat.
1776 m. Vato mašina buvo išbandyta. Jo efektyvumas pasirodė dvigubai didesnis nei Newcomen mašinos. 1782 m. Watt sukūrė pirmąjį universalų dvigubo veikimo garo variklį. Garai į cilindrą pateko pakaitomis iš vienos stūmoklio pusės, paskui iš kitos. Todėl stūmoklis garų pagalba darė ir darbinį, ir atbulinį eigą, o ankstesnėse mašinose to nebuvo. Kadangi dvigubo veikimo garo variklyje stūmoklio kotas atliko traukimo ir stūmimo veiksmą, teko perdaryti seną grandinių ir svirties pavarų sistemą, kuri reagavo tik į trauką. Watt sukūrė jungčių sistemą ir naudojo planetinį mechanizmą, kad stūmoklio strypo grįžtamąjį judesį paverstų sukamuoju judesiu, naudodamas sunkų smagratį, išcentrinį greičio reguliatorių, diskinį vožtuvą ir manometrą garų slėgiui matuoti. Vato patentuotas „rotacinis garo variklis“ iš pradžių buvo plačiai naudojamas verpimo ir audimo gamyklose, o vėliau ir kitose pramonės įmonėse. Vatų variklis tiko bet kokiam automobiliui, o savaeigių mechanizmų išradėjai neskubėjo tuo pasinaudoti.
Watt garo variklis buvo tikrai šimtmečio išradimas, žymintis pramonės revoliucijos pradžią. Tačiau išradėjas tuo nesustojo. Kaimynai su nuostaba ne kartą stebėjo, kaip Vatas per pievą varė arklius, tempdamas specialiai parinktus svarmenis. Taigi atsirado galios vienetas – arklio galios, kuri vėliau sulaukė visuotinio pripažinimo.
Deja, finansiniai sunkumai privertė Vatą, jau suaugusį, atlikti geodezinius tyrimus, dirbti ties kanalų statyba, statyti uostus ir prieplaukas ir galiausiai sudaryti ekonomiškai vergišką aljansą su verslininku Johnu Rebecku, kuris netrukus patyrė visišką finansinį krachą.
