Garo variklis yra šilumos variklis, kuriame besiplečiančių garų potenciali energija paverčiama mechanine energija, tiekiama vartotojui.
Susipažinkime su mašinos veikimo principu naudodamiesi supaprastinta pav. 1.
Cilindro 2 viduje yra stūmoklis 10, kuris veikiamas garų slėgio gali judėti pirmyn ir atgal; Cilindras turi keturis kanalus, kuriuos galima atidaryti ir uždaryti. Du viršutiniai garo tiekimo kanalai1 Ir3 vamzdynu yra sujungtos su garo katilu, o per juos šviežias garas gali patekti į cilindrą. Per du apatinius lašus iš cilindro išleidžiamos 9 ir 11 porų, kurios jau baigė darbą.
Diagramoje parodytas momentas, kai atidaromi 1 ir 9 kanalai, 3 ir 3 kanalai11 uždaryta. Todėl švieži garai iš katilo per kanalą1 patenka į kairę cilindro ertmę ir savo slėgiu perkelia stūmoklį į dešinę; šiuo metu išmetamieji garai per 9 kanalą pašalinami iš dešinės cilindro ertmės. Kai stūmoklis yra kraštutinėje dešinėje padėtyje, kanalai1 Ir9 yra uždaryti, o 3 šviežio garo paėmimui ir 11 panaudoto garo išmetimui yra atviri, dėl to stūmoklis pasislinks į kairę. Kai stūmoklis yra kraštutinėje kairėje padėtyje, kanalai atsidaro1 ir 9 bei 3 ir 11 kanalai uždaromi ir procesas kartojamas. Taigi sukuriamas tiesinis stūmoklio judesys atgal.
Norint paversti šį judesį sukamuoju, vadinamasis alkūninis mechanizmas. Jį sudaro stūmoklio strypas - 4, vienas galas sujungtas su stūmokliu, o kitas pasukamai, slankikliu (kryžminiu galvute) 5, slystančiu tarp kreipiamųjų lygiagrečių, su švaistikliu 6, kuris perduoda judėjimą į stūmoklį. pagrindinis velenas 7 per alkūnę arba švaistiklį 8.
Pagrindinio veleno sukimo momento dydis nėra pastovus. Tiesą sakant, stiprybėR , nukreiptas išilgai strypo (2 pav.), gali būti suskaidytas į du komponentus:KAM , nukreiptas išilgai švaistiklio irN , statmena kreipiamųjų lygiagrečių plokštumai. Jėga N neturi įtakos judėjimui, o tik prispaudžia slankiklį prie kreipiamųjų lygiagrečių. JėgaKAM perduodamas išilgai švaistiklio ir veikia švaistiklį. Čia jis vėl gali būti suskaidytas į du komponentus: jėgąZ , nukreiptas palei švaistiklio spindulį ir prispaudžiant veleną prie guolių, ir jėgaT , statmenai švaistikliui ir sukelia veleno sukimąsi. Jėgos T dydis bus nustatytas atsižvelgiant į trikampį AKZ. Kadangi kampas ZAK = ? +?, tada
T = K nuodėmė (? + ?).
Bet iš OKS trikampio yra jėgos
K= P/ cos ?
Štai kodėl
T = Psin ( ? + ?) / cos ? ,
Kai mašina veikia vieną veleno apsisukimą, kampai? Ir? ir jėgaR nuolat kinta, taigi ir sukimo momento (tangentinės) jėgos dydisT taip pat kintamas. Norint sukurti vienodą pagrindinio veleno sukimąsi per vieną apsisukimą, ant jo sumontuotas sunkus smagratis, dėl kurio inercijos pastovi kampinis greitis veleno sukimasis. Tomis akimirkomis, kai jėgosT padidėja, jis negali iš karto padidinti veleno sukimosi greičio, kol smagračio judėjimas nepagreitės, o tai neįvyksta akimirksniu, nes smagratis turi didelę masę. Tais momentais, kai darbas atliekamas sukimo momento jėgaT , tampa mažiau darbo vartotojo sukuriamos pasipriešinimo jėgos, smagratis vėlgi dėl savo inercijos negali iš karto sumažinti savo greičio ir, grąžindamas greitėjimo metu gautą energiją, padeda stūmokliui įveikti apkrovą.
Kraštutinėse stūmoklio padėtyse kampai? + ? = 0, taigi sin (? + ?) = 0 ir todėl T = 0. Kadangi šiose padėtyse nėra sukimosi jėgos, tai jei mašina būtų be smagračio, ji turėtų sustoti. Šios kraštutinės stūmoklio padėtys vadinamos negyvos pozicijos arba negyvos vietos. Dėl smagračio inercijos per juos taip pat praeina švaistiklis.
At negyvos pozicijos stūmoklis nesiliečia su cilindrų dangčiais, tarp stūmoklio ir dangčio lieka vadinamoji žalinga erdvė. Į kenksmingos erdvės tūrį taip pat įeina garo kanalų tūris nuo garo paskirstymo organų iki cilindro.
Stūmoklio eigaS vadinamas kelias, kurį eina stūmoklis judant iš vieno kraštutinė padėtis kitam. Jei atstumas nuo pagrindinio veleno centro iki švaistiklio kaiščio centro - švaistiklio spindulys - žymimas R, tada S = 2R.
Cilindro darbinis tūris V h yra tūris, kurį apibūdina stūmoklis.
Paprastai garo mašinos yra dvipusio veikimo (dvigubo veikimo) (žr. 1 pav.). Kartais naudojamos vieno veikimo mašinos, kuriose garai spaudžia stūmoklį tik iš dangčio pusės; kita cilindro pusė tokiose mašinose lieka atvira.
Priklausomai nuo slėgio, su kuriuo garai išeina iš cilindro, mašinos skirstomos į išmetimo, jei garai patenka į atmosferą, kondensaciją, jei garai patenka į kondensatorių (šaldytuvą, kuriame palaikomas sumažintas slėgis), ir šildymo, kuriems aparate išleisti garai naudojami bet kokiam tikslui (šildymui, džiovinimui ir pan.)
Gyvenu tik iš anglies ir vandens ir vis tiek turiu pakankamai energijos važiuoti 100 mylių per valandą greičiu! Būtent tai gali padaryti garvežys. Nors šie milžiniški mechaniniai dinozaurai dabar išnykę daugelyje pasaulio šalių geležinkeliai, garo technologija gyvena žmonių širdyse, o tokie lokomotyvai kaip šis vis dar yra turistų traukos objektai daugelyje istorinių geležinkelių.
Pirmieji modernūs garo varikliai buvo išrasti Anglijoje XVIII amžiaus pradžioje ir pažymėjo pramonės revoliucijos pradžią.
Šiandien vėl grįžtame prie garų energijos. Dėl degimo proceso konstrukcinių ypatybių garo variklis išskiria mažiau taršos nei variklis vidaus degimas. Šiame vaizdo įraše žiūrėkite, kaip tai veikia.
Garo variklio konstrukcija ir veikimo mechanizmas
Kas varė senovinį garo variklį?
Reikia energijos daryti absoliučiai viską, ką tik sugalvoji: važiuoti riedlente, skristi lėktuvu, apsipirkti ar vairuoti automobilį gatvėje. Didžioji dalis energijos, kurią šiandien sunaudojame transportui, gaunama iš naftos, tačiau taip buvo ne visada. Iki XX amžiaus pradžios anglys buvo pasirenkamas kuras pasaulyje, varomas viskuo – nuo traukinių ir laivų iki nelemtų garo lėktuvų, kuriuos išrado amerikiečių mokslininkas Samuelis P. Langley, ankstyvasis brolių Wrightų konkurentas. Kuo ypatinga anglis? Jo yra daug Žemės viduje, todėl jis buvo palyginti nebrangus ir plačiai prieinamas.
Anglis yra organinė cheminė medžiaga, o tai reiškia, kad jos pagrindas yra anglies elementas. Anglis susidaro per milijonus metų, kai negyvų augalų liekanos yra užkasamos po akmenimis, suspaudžiamos veikiant slėgiui ir virinamos vidinės Žemės šilumos. Štai kodėl jis vadinamas iškastiniu kuru. Anglies luitai iš tikrųjų yra energijos luitai. Jų viduje esanti anglis yra sujungta su vandenilio ir deguonies atomais ryšiais, vadinamais cheminiais ryšiais. Kai deginame anglį ugnyje, ryšiai nutrūksta ir energija išsiskiria šilumos pavidalu.
Anglys turi maždaug perpus mažiau energijos vienam kilogramui nei švaresnis iškastinis kuras, pavyzdžiui, benzinas. dyzelinis kuras ir žibalo – tai viena iš priežasčių, kodėl garo mašinos turi tiek daug deginti.
Garo varikliai buvo montuojami ir varomi dauguma garvežių nuo XX a. pradžios iki šeštojo dešimtmečio. Noriu pažymėti, kad šių variklių veikimo principas visada išliko nepakitęs, nepaisant jų konstrukcijos ir matmenų pasikeitimų.
Animacinėje iliustracijoje pavaizduotas garo variklio veikimo principas.
Į variklį tiekiamam garui gaminti buvo naudojami katilai, naudojantys medieną ir anglį bei skystą kurą.
Pirma priemonė
Garai iš katilo patenka į garų kamerą, iš kurios per garo sklendę (žymima mėlyna spalva) patenka į viršutinę (priekinę) cilindro dalį. Garų sukuriamas slėgis stumia stūmoklį žemyn iki BDC. Stūmokliui judant iš TDC į BDC, ratas apsuka pusę apsisukimo.
Paleisti
Pačiame stūmoklio judėjimo link BDC pabaigoje garų vožtuvas juda, išleisdamas likusį garą per išleidimo angą, esančią žemiau vožtuvo. Likę garai išeina, sukurdami garo varikliams būdingą garsą.
Antroji priemonė
Tuo pačiu metu pajudinant vožtuvą, kad būtų išleistas liekamasis garas, atidaromas garų patekimas į apatinę (galinę) cilindro dalį. Slėgis, kurį sukuria cilindre esantys garai, verčia stūmoklį judėti link TDC. Šiuo metu ratas daro dar pusę apsisukimo.
Paleisti
Pasibaigus stūmoklio judėjimui į TDC, likę garai išleidžiami per tą patį išmetimo langą.
Ciklas kartojasi dar kartą.
Garų variklis turi vadinamąjį negyvasis taškas kiekvieno takto pabaigoje, kai vožtuvas pereina iš išsiplėtimo takto į išmetimo taktą. Dėl šios priežasties kiekvienas garo variklis turi du cilindrus, todėl variklį galima užvesti iš bet kurios padėties.
Suklupo įdomus straipsnis internete.
"Amerikiečių išradėjas Robertas Greene'as sukūrė visiškai naują technologiją, kuri generuoja kinetinę energiją konvertuodamas likutinę energiją (kaip ir kitas kuras). Greene garo varikliai yra sustiprinti stūmokliais ir skirti įvairiems praktiniams tikslams."
Tai viskas, nei daugiau, nei mažiau: visiškai nauja technologija. Na, natūraliai pradėjau žiūrėti ir bandžiau suprasti. Visur parašyta Vienas iš unikaliausių šio variklio privalumų yra galimybė generuoti galią iš variklių likutinės energijos. Tiksliau, variklio išmetamųjų dujų likutinę energiją galima paversti energija, skirta įrenginio siurbliams ir aušinimo sistemoms. Taigi, kas iš to, kaip aš suprantu? išmetamosios dujos užvirinkite vandenį ir paverskite garus judesiais. Kiek tai reikalinga ir pigu, nes... nors šis variklis, kaip sakoma, yra specialiai sukurtas iš minimalaus dalių skaičiaus, jis vis tiek kainuoja daug ir ar yra prasmės daryti sodą, juolab kad aš nematote nieko iš esmės naujo šiame išradime? Ir jau buvo išrasta daug mechanizmų, skirtų stūmoklinį judesį paversti sukamuoju judesiu. Autoriaus svetainėje dviejų cilindrų modelis parduodamas iš esmės nebrangiai 
tik 46 doleriai.
Autoriaus svetainėje yra vaizdo įrašas, kuriame naudojamas saulės energija, taip pat yra nuotrauka, kur kažkas laive naudoja šį variklį. 
Tačiau abiem atvejais tai akivaizdžiai nėra liekamoji šiluma. Trumpai tariant, abejoju tokio variklio patikimumu: "Rutulinės jungtys tuo pačiu metu yra tuščiaviduriai kanalai, kuriais garai tiekiami į cilindrus." Kokia jūsų nuomonė, mieli svetainės vartotojai?
Straipsniai rusų kalba
Per visą savo istoriją garo variklis turėjo daugybę metalo įkūnijimo variantų. Vienas iš šių įsikūnijimų buvo mechanikos inžinieriaus N. N. garo rotacinis variklis. Tverskojus. Šis rotacinis garo variklis ( Garų variklis) buvo aktyviai naudojamas įvairiose technologijų ir transporto srityse. XIX amžiaus rusų technikos tradicijoje toks rotacinis variklis buvo vadinamas rotacine mašina. Variklis pasižymėjo patvarumu, 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 čia kol kas pateikiama tik dalis jų.
Bandomasis slinkimas suspaustas oras(3,5 atm) garai rotorinis variklis.
Modelis skirtas 10 kW galiai esant 1500 aps./min., kai garų slėgis 28-30 atm.
XIX amžiaus pabaigoje garo varikliai - „N. Tverskoy“ rotoriniai varikliai buvo užmiršti, nes stūmokliniai garo varikliai pasirodė paprastesni ir technologiškai pažangesni (tuo meto pramonės šakoms), o garo turbinos suteikė daugiau galios. .
Tačiau pastaba dėl garo turbinų yra teisinga tik dėl didelio jų svorio ir bendrų matmenų. Išties, daugiau nei 1,5–2 tūkst. kW galios kelių cilindrų garo turbinos visais atžvilgiais lenkia rotorinius garo variklius, net ir turint didelę turbinų kainą. O XX amžiaus pradžioje, kai laivai elektrinės Ir jėgos agregatai elektrinės pradėjo turėti daug dešimčių tūkstančių kilovatų galią, tuomet tokias galimybes galėjo suteikti tik turbinos.
BET – garo turbinos turi dar vieną trūkumą. Mažinant jų masės matmenų parametrus, garo turbinų eksploatacinės charakteristikos smarkiai pablogėja. Specifinė galia žymiai sumažėja, efektyvumas krenta, nepaisant to, kad didelės gamybos sąnaudos ir aukštų apsukų pagrindinis velenas (reikia pavarų dėžės) - lieka. Štai kodėl - mažesnio nei 1,5 tūkst. kW (1,5 mW) galios diapazone jis yra efektyvus visais atžvilgiais garo turbina Tai beveik neįmanoma rasti, net ir už didelius pinigus...
Būtent todėl šiame galingumo diapazone atsirado visa „puokštė“ egzotiškų ir mažai žinomų dizainų. Tačiau dažniausiai jie yra brangūs ir neefektyvūs... Sraigtinės turbinos, Tesla turbinos, ašinės turbinos ir taip toliau.
Bet dėl kokių nors priežasčių visi pamiršo apie garo „rotacines mašinas“ - rotacinius garo variklius. Tuo tarpu šie garo varikliai yra daug kartų pigesni už bet kokius peilių ir sraigtinius mechanizmus (sakau tai išmanydamas, kaip žmogus, savo pinigais jau padaręs ne vieną dešimtį tokių mašinų). Tuo pačiu metu N. Tverskoy garo „rotomosios mašinos“ turi galingą sukimo momentą nuo labai mažo greičio, o vidutinis pagrindinio veleno sukimosi greitis visu greičiu yra nuo 1000 iki 3000 aps./min. Tie. tokios mašinos tinka arba elektros generatoriui, arba garo automobiliui ( automobilis-sunkvežimis, traktorius, traktorius) - nereikės greičių dėžės, sankabos ir pan., bet bus tiesiogiai sujungta su jų velenu su dinamo, garo automobilio ratais ir kt.
Taigi, kaip rotorinis garo variklis - „N. Tverskoy“ rotacinė mašina, mes turime universalų garo variklį, kuris puikiai generuos elektrą, varomą kieto kuro katilu atokioje miškų ūkio įmonėje ar taigos kaime, lauke. stovyklavietėje, arba gaminti elektrą katilinėje kaimo gyvenvietė arba „sukimas“ ant proceso šilumos atliekų (karšto oro) plytų ar cemento gamykloje, liejykloje ir pan.
Visų tokių šilumos šaltinių galia nesiekia 1 mW, todėl įprastos turbinos čia mažai naudingos. Tačiau bendroji techninė praktika dar nežino kitų mašinų, skirtų šilumai perdirbti, gauto garo slėgį paverčiant darbu. Taigi ši šiluma niekaip neišnaudojama – ji tiesiog kvailai ir negrįžtamai prarandama.
Aš jau sukūriau „steam rotacinė mašina„varyti 3,5 - 5 kW galios elektros generatorių (priklausomai nuo garo slėgio), jei viskas vyks taip, kaip planuota, greitai bus ir 25, ir 40 kW galios mašina. Tik tiek, kiek reikia pigiai elektrai tiekti iš kieto kuro katilo ar perdirbti šilumos atliekas į kaimo dvarą, nedidelį ūkį, lauko stovyklą ir t.t. ir t.t.
Iš esmės rotoriniai varikliai gerokai plečiasi aukštyn, todėl ant vieno veleno sudėjus daug rotoriaus sekcijų, nesunku pakartotinai padidinti tokių mašinų galią 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 „Stovyklavietės ir turistinis elektros generatorius naudojant vietinį kietąjį kurą“.
Žemiau pateikiamas vaizdo įrašas, kuriame išbandomas supaprastintas tokio įrenginio prototipas.
Tačiau mažasis garo variklis jau linksmai ir energingai sukasi savo elektros generatorių ir gamina elektrą naudodamas medieną ir kitą ganyklų kurą.
Pagrindinė kryptis komercinės ir techninis pritaikymas rotoriniai garo varikliai (rotaciniai garo varikliai) – tai pigios elektros energijos gamyba naudojant pigų kietąjį kurą ir degiąsias atliekas. Tie. mažos apimties energija – paskirstyta energijos gamyba naudojant rotorinius garo variklius. Įsivaizduokite, kaip rotorinis garo variklis puikiai tiktų lentpjūvės darbo schemoje, kur nors Rusijos šiaurėje ar Sibire (Tolimuosiuose Rytuose), kur nėra centrinio maitinimo, elektrą už brangią kainą tiekia dyzelinis generatorius, varomas dyzelinu. degalų, importuotų iš toli. Bet pati lentpjūvė per dieną pagamina mažiausiai pusę tonos pjuvenų drožlių – plokštę, kurios neturi kur dėti...
Tokios medienos atliekos turi tiesioginį kelią į katilo krosnį, katilas gamina garą aukštas spaudimas, garai varo rotacinį garo variklį ir suka elektros generatorių.
Lygiai taip pat galima sudeginti neribotus milijonus tonų žemės ūkio pasėlių atliekų ir kt. 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.
Daugiau įdomus variantas garo rotorinio variklio pritaikymas yra tokio garo variklio įrengimas ant garo mašina. Sunkvežimis yra vilkikas-garo transporto priemonė, pasižyminti galingu sukimo momentu ir naudojanti pigų kietąjį kurą – labai reikalingas garo variklis Žemdirbystė ir miškininkystės pramonėje. Naudojant šiuolaikinės technologijos ir medžiagas, taip pat „Organinio Rankino ciklo“ panaudojimas termodinaminiame cikle leis efektyvųjį efektyvumą padidinti iki 26-28%, naudojant pigų kietąjį kurą (arba nebrangų skystąjį kurą, pvz., „krosnių kurą“ arba atliekų mašinų 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 laisva)...
Yra daug daugiau įdomių ir perspektyvių rotorinio garo variklio pritaikymo sričių, tačiau šio puslapio dydis neleidžia mums jų visų išsamiai apsvarstyti. Dėl to garo mašina vis dar gali užimti labai svarbią vietą daugelyje sričių moderni technologija ir daugelyje šalies ūkio sektorių.
EKSPERIMENTINIO GARŲ MĖGOS ELEKTROS GENERATORIAUS SU GARO VARIKLIO MODELIO PRADĖJIMAS
Gegužė - 2018 m Po ilgų eksperimentų ir prototipų buvo pagamintas nedidelis aukšto slėgio katilas. Katilas spaudžiamas iki 80 atm slėgio, todėl laikysis darbinis slėgis esant 40-60 atm be vargo. Pradėtas eksploatuoti su mano konstrukcijos garo ašinio stūmoklinio variklio prototipu. Puikiai veikia - žiūrėkite vaizdo įrašą. Per 12-14 minučių nuo užsidegimo ant medienos ji yra paruošta gaminti aukšto slėgio garus.
Dabar pradedu ruoštis gabalinei tokių agregatų gamybai - aukšto slėgio katilas, garo variklis (rotacinis arba ašinis stūmoklis), kondensatorius. Įrenginiai veiks pagal uždara grandinė su apyvarta „vanduo-garas-kondensatas“.
Tokių generatorių paklausa yra labai didelė, nes 60% Rusijos teritorijos neturi centrinio maitinimo šaltinio ir priklauso nuo dyzelino gamybos. O dyzelinio kuro kaina nuolat auga ir jau pasiekė 41-42 rublius už litrą. Ir net ten, kur yra elektra, energetikos įmonės vis kelia tarifus, o naujų pajėgumų prijungimui reikalauja daug pinigų.
