Tvaika dzinējs ar savām rokām. Tvaika dzinēju vēsture

Tvaika enerģijas izmantošanas iespējas bija zināmas mūsu ēras sākumā. To apstiprina ierīce ar nosaukumu Herona eolipil, ko radījis sengrieķu mehāniķis Herons no Aleksandrijas. Seno izgudrojumu var attiecināt uz tvaika turbīnu, kuras lode griezās ūdens tvaiku strūklu spēka dēļ.

Pielāgot tvaiku dzinēju darbībai kļuva iespējams 17. gadsimtā. Viņi neizmantoja šādu izgudrojumu ilgi, taču tas deva būtisku ieguldījumu cilvēces attīstībā. Turklāt tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture ir ļoti aizraujoša.

koncepcija

Tvaika dzinējs sastāv no ārējās iekšdedzes siltumdzinēja, kas no ūdens tvaiku enerģijas rada mehānisku virzuļa kustību, kas, savukārt, griež vārpstu. Tvaika dzinēja jaudu parasti mēra vatos.

Izgudrojumu vēsture

Tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture ir saistīta ar senās Grieķijas civilizācijas zināšanām. Ilgu laiku neviens neizmantoja šī laikmeta darbus. 16. gadsimtā tika mēģināts izveidot tvaika turbīnu. Turcijas fiziķis un inženieris Takiyuddin Ash-Shami strādāja pie tā Ēģiptē.

Interese par šo problēmu atkal parādījās 17. gadsimtā. 1629. gadā Džovanni Branka ierosināja savu tvaika turbīnas versiju. Tomēr izgudrojumi zaudēja daudz enerģijas. Tālākai attīstībai bija nepieciešami atbilstoši ekonomiskie apstākļi, kas parādīsies vēlāk.

Pirmais, kurš izgudroja tvaika dzinēju, ir Deniss Papins. Izgudrojums bija cilindrs ar virzuli, kas paceļas tvaika ietekmē un nokrīt tā sabiezēšanas rezultātā. Savery un Newcomen (1705) ierīcēm bija tāds pats darbības princips. Iekārtas tika izmantotas, lai izsūknētu ūdeni no minerālu ieguves darbiem.

Vatam beidzot izdevās uzlabot ierīci 1769. gadā.

Denisa Papina izgudrojumi

Deniss Papins pēc izglītības bija ārsts. Dzimis Francijā, 1675. gadā pārcēlās uz Angliju. Viņš ir pazīstams ar daudziem saviem izgudrojumiem. Viens no tiem ir spiediena katls, ko sauca par "Papenova katlu".

Viņam izdevās atklāt attiecības starp divām parādībām, proti, šķidruma (ūdens) viršanas temperatūru un spiedienu, kas parādās. Pateicoties tam, viņš izveidoja noslēgtu katlu, kura iekšpusē tika paaugstināts spiediens, kā rezultātā ūdens uzvārījās vēlāk nekā parasti un paaugstinājās tajā ievietoto produktu apstrādes temperatūra. Tādējādi gatavošanas ātrums palielinājās.

1674. gadā medicīnas izgudrotājs izveidoja pulvera dzinēju. Viņa darbs sastāvēja no tā, ka šaujampulverim aizdegoties, cilindrā sakustējās virzulis. Cilindrā izveidojās neliels vakuums, un atmosfēras spiediens atgrieza virzuli savā vietā. Iegūtie gāzveida elementi izgāja caur vārstu, bet pārējie tika atdzesēti.

Līdz 1698. gadam Papinam izdevās izveidot vienību pēc tāda paša principa, kas strādāja nevis uz šaujampulvera, bet gan uz ūdens. Tādējādi tika izveidots pirmais tvaika dzinējs. Neskatoties uz ievērojamo progresu, ko šī ideja varēja novest, tā nedeva būtisku labumu tās izgudrotājam. Tas bija saistīts ar faktu, ka agrāk cits mehāniķis Savery jau bija patentējis tvaika sūkni, un līdz tam laikam viņi vēl nebija nākuši klajā ar citu pieteikumu šādām vienībām.

Deniss Papēns nomira Londonā 1714. gadā. Neskatoties uz to, ka pirmo tvaika mašīnu izgudroja viņš pats, viņš pameta šo pasauli trūkumā un vientulībā.

Tomasa Ņūkomena izgudrojumi

Dividenžu ziņā veiksmīgāks bija anglis Ņūkomens. Kad Papins izveidoja savu mašīnu, Tomasam bija 35 gadi. Viņš rūpīgi pētīja Savery un Papina darbu un spēja saprast abu dizainu trūkumus. No viņiem viņš pārņēma visas labākās idejas.

Jau 1712. gadā, sadarbojoties ar stikla un santehnikas meistaru Džonu Kalliju, viņš radīja savu pirmo modeli. Tā turpinājās tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture.

Īsumā varat izskaidrot izveidoto modeli šādi:

• Dizains apvienoja vertikālu cilindru un virzuli, piemēram, Papin.
• Tvaika radīšana notika atsevišķā katlā, kas darbojās pēc Savery mašīnas principa.
• Hermētiskums tvaika cilindrā tika panākts, pateicoties ādai, kas bija pārklāta ar virzuli.

Newcomen vienība ar atmosfēras spiediena palīdzību pacēla ūdeni no raktuvēm. Mašīna izcēlās ar stingriem izmēriem, un tās darbībai bija nepieciešams liels daudzums ogļu. Neskatoties uz šiem trūkumiem, Newcomen modelis raktuvēs tika izmantots pusgadsimtu. Tas pat ļāva atkārtoti atvērt raktuves, kas bija pamestas gruntsūdeņu applūšanas dēļ.

1722. gadā Ņūkomena ideja pierādīja savu efektivitāti, tikai divu nedēļu laikā izsūknējot ūdeni no kuģa Kronštatē. Vējdzirnavu sistēma to varētu paveikt gada laikā.

Sakarā ar to, ka mašīna bija balstīta uz agrīnām versijām, angļu mehāniķis nevarēja iegūt tai patentu. Dizaineri mēģināja pielietot izgudrojumu transportlīdzekļa kustībai, taču neizdevās. Tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture ar to neapstājās.

Vata izgudrojums

Pirmais, kurš izgudroja kompakta izmēra, bet pietiekami jaudīgu aprīkojumu, Džeimss Vats. Tvaika mašīna bija pirmā šāda veida mašīna. Mehāniķis no Glāzgovas universitātes 1763. gadā sāka remontēt Newcomen tvaika dzinēju. Remonta rezultātā viņš saprata, kā samazināt degvielas patēriņu. Lai to izdarītu, bija nepieciešams turēt cilindru pastāvīgi uzkarsētā stāvoklī. Tomēr Vata tvaika dzinējs nevarēja būt gatavs, kamēr nebija atrisināta tvaika kondensācijas problēma.

Risinājums radās, kad kāds mehāniķis, ejot garām veļas mazgātavām, pamanīja, ka no katlu vāku apakšas izplūst tvaika pūslīši. Viņš saprata, ka tvaiks ir gāze un tam jāpārvietojas pazemināta spiediena cilindrā.

Noslēdzot tvaika cilindra iekšpusi ar eļļu piesūcinātu kaņepju virvi, Vats spēja atteikties no atmosfēras spiediena. Tas bija liels solis uz priekšu.

1769. gadā kāds mehāniķis saņēma patentu, kurā teikts, ka dzinēja temperatūra tvaika mašīnā vienmēr būs vienāda ar tvaika temperatūru. Tomēr nelaimīgā izgudrotāja lietas negāja tik labi, kā cerēts. Viņš bija spiests ieķīlāt patentu par parādu.

1772. gadā viņš satika Metjū Boltonu, kurš bija bagāts rūpnieks. Viņš nopirka un atdeva Vatam viņa patentus. Izgudrotājs atgriezās darbā, ar Boltona atbalstu. 1773. gadā Watt tvaika dzinējs tika pārbaudīts un parādīja, ka tas patērē ogles daudz mazāk nekā tā kolēģi. Gadu vēlāk viņa automašīnu ražošana sākās Anglijā.

1781. gadā izgudrotājam izdevās patentēt savu nākamo radījumu - tvaika dzinēju rūpniecisko mašīnu vadīšanai. Laika gaitā visas šīs tehnoloģijas ļaus ar tvaika palīdzību pārvietot vilcienus un tvaikoņus. Tas pilnībā izmainīs cilvēka dzīvi.

Viens no cilvēkiem, kurš izmainīja daudzu dzīvi, bija Džeimss Vats, kura tvaika dzinējs paātrināja tehnoloģisko progresu.

Polzunova izgudrojums

Pirmā tvaika dzinēja konstrukcija, kas varēja darbināt dažādus darba mehānismus, tika izveidota 1763. gadā. To izstrādāja krievu mehāniķis I. Polzunovs, kurš strādāja Altaja kalnrūpniecības rūpnīcās.

Rūpnīcu vadītājs tika iepazīstināts ar projektu un saņēma atļauju iekārtas izveidei no Sanktpēterburgas. Polzunova tvaika dzinējs tika atzīts, un darbs pie tā izveides tika uzticēts projekta autoram. Pēdējais vēlējās vispirms salikt miniatūru modeli, lai identificētu un novērstu iespējamos trūkumus, kas nav redzami uz papīra. Tomēr viņam pavēlēja sākt būvēt lielu, jaudīgu mašīnu.

Polzunovam tika nodrošināti palīgi, no kuriem divi bija noskaņoti uz mehāniķiem, bet diviem bija paredzēts veikt palīgdarbus. Tvaika dzinēja izgatavošana prasīja vienu gadu un deviņus mēnešus. Kad Polzunova tvaika mašīna bija gandrīz gatava, viņš saslima ar patēriņu. Radītājs nomira dažas dienas pirms pirmajiem testiem.

Visas darbības mašīnā notika automātiski, tā varēja strādāt nepārtraukti. Tas tika pierādīts 1766. gadā, kad Polzunova skolēni veica pēdējos pārbaudījumus. Pēc mēneša iekārtas tika nodotas ekspluatācijā.

Automašīna ne tikai atmaksāja iztērēto naudu, bet arī deva peļņu saviem īpašniekiem. Līdz rudenim katls sāka tecēt, un darbs apstājās. Iekārtu varēja salabot, taču rūpnīcas iestādes tas neinteresēja. Automašīna tika pamesta, un desmit gadus vēlāk tā tika izjaukta kā nevajadzīga.

Darbības princips

Tvaika katls ir nepieciešams visas sistēmas darbībai. Iegūtais tvaiks izplešas un nospiež virzuli, kā rezultātā mehāniskās daļas kustas.

Darbības principu vislabāk var izpētīt, izmantojot tālāk redzamo ilustrāciju.

Ja jūs nekrāsojat detaļas, tad tvaika dzinēja darbs ir pārvērst tvaika enerģiju virzuļa mehāniskajā kustībā.

Efektivitāte

Tvaika dzinēja efektivitāti nosaka lietderīgā mehāniskā darba attiecība pret patērētā siltuma daudzumu, kas atrodas degvielā. Enerģija, kas izdalās vidē kā siltums, netiek ņemta vērā.

Tvaika dzinēja efektivitāti mēra procentos. Praktiskā efektivitāte būs 1-8%. Kondensatora klātbūtnē un plūsmas ceļa paplašināšanas gadījumā indikators var palielināties līdz 25%.

Priekšrocības

Galvenā tvaika iekārtu priekšrocība ir tā, ka katls var izmantot jebkuru siltuma avotu gan ogles, gan urānu kā kurināmo. Tas to būtiski atšķir no iekšdedzes dzinēja. Atkarībā no pēdējā veida ir nepieciešams noteikts degvielas veids.

Tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture parādīja priekšrocības, kas joprojām ir pamanāmas šodien, jo kodolenerģiju var izmantot tvaika ekvivalentam. Kodolreaktors pats par sevi nevar pārvērst savu enerģiju mehāniskā darbā, taču tas spēj radīt lielu daudzumu siltuma. Pēc tam to izmanto, lai radītu tvaiku, kas iedarbinās automašīnu. Saules enerģiju var izmantot tādā pašā veidā.

Ar tvaiku darbināmas lokomotīves labi darbojas lielā augstumā. Viņu darba efektivitāte necieš no zemā atmosfēras spiediena kalnos. Latīņamerikas kalnos joprojām izmanto tvaika lokomotīves.

Austrijā un Šveicē tiek izmantotas jaunas tvaika lokomotīvju versijas, kas darbojas ar sausu tvaiku. Pateicoties daudziem uzlabojumiem, tie parāda augstu efektivitāti. Tie nav prasīgi apkopē un kā degvielu patērē vieglās eļļas frakcijas. Ekonomisko rādītāju ziņā tās ir pielīdzināmas mūsdienu elektrolokomotīvēm. Tajā pašā laikā tvaika lokomotīves ir daudz vieglākas nekā to dīzeļdegvielas un elektriskās līdzinieces. Tā ir lieliska priekšrocība kalnainā apvidū.

Trūkumi

Trūkumi, pirmkārt, ir zemā efektivitāte. Tam jāpievieno konstrukcijas apjomīgums un mazs ātrums. Tas kļuva īpaši pamanāms pēc iekšdedzes dzinēja parādīšanās.

Pieteikums

Kas izgudroja tvaika mašīnu, jau ir zināms. Atliek noskaidrot, kur tie tika izmantoti. Līdz divdesmitā gadsimta vidum rūpniecībā tika izmantoti tvaika dzinēji. Tos izmantoja arī dzelzceļa un tvaika transportēšanai.

Rūpnīcas, kas darbināja tvaika dzinējus:

• cukurs;
• mačs;
• papīra dzirnavas;
• Tekstils;
• pārtikas uzņēmumi (dažos gadījumos).

Šajā aprīkojumā ir iekļautas arī tvaika turbīnas. Elektrības ģeneratori joprojām strādā ar viņu palīdzību. Apmēram 80% pasaules elektroenerģijas tiek saražoti, izmantojot tvaika turbīnas.

Savulaik tika radīti dažādi transporta veidi, kurus darbina tvaika dzinējs. Daži neatrisināto problēmu dēļ neiesakņojās, bet citi turpina strādāt šodien.

Transports ar tvaiku:

• automašīna;
• traktors;
• ekskavators;
• lidmašīna;
• lokomotīve;
• kuģis;
• traktors.

Tāda ir tvaika dzinēju izgudrošanas vēsture. Īsumā apsveriet veiksmīgo Serpolle sacīkšu automašīnas piemēru, kas tika izveidots 1902. gadā. Tas uzstādīja pasaules ātruma rekordu, kas sasniedza 120 km stundā uz sauszemes. Tāpēc tvaika automašīnas bija konkurētspējīgas salīdzinājumā ar elektriskajiem un benzīna līdziniekiem.

Tātad 1900. gadā ASV tika ražota lielākā daļa tvaika dzinēju. Viņi satikās uz ceļiem līdz divdesmitā gadsimta trīsdesmitajiem gadiem.

Lielākā daļa šo transportlīdzekļu kļuva nepopulāri pēc iekšdedzes dzinēja parādīšanās, kura efektivitāte ir daudz augstāka. Šādas mašīnas bija ekonomiskākas, bet vieglas un ātras.

Steampunk kā tvaika dzinēju laikmeta tendence

Runājot par tvaika dzinējiem, gribētos pieminēt populāro virzienu – steampunk. Termins sastāv no diviem angļu vārdiem - "par" un "protest". Steampunk ir zinātniskās fantastikas veids, kura darbība norisinās 19. gadsimta otrajā pusē Viktorijas laika Anglijā. Šo vēstures periodu bieži dēvē par tvaika laikmetu.

Visiem darbiem ir viena atšķirīga iezīme - tie stāsta par 19. gadsimta otrās puses dzīvi, savukārt stāstījuma stils atgādina H. G. Velsa romānu "Laika mašīna". Sižetos aprakstītas pilsētas ainavas, sabiedriskās ēkas, tehnoloģijas. Īpaša vieta atvēlēta dirižabļiem, vecām automašīnām, dīvainiem izgudrojumiem. Visas metāla daļas tika piestiprinātas ar kniedēm, jo ​​metināšana vēl nebija izmantota.

Termins "steampunk" radās 1987. gadā. Tās popularitāte ir saistīta ar romāna "The Difference Engine" parādīšanos. To 1990. gadā sarakstīja Viljams Gibsons un Brūss Stērlings.

21. gadsimta sākumā šajā virzienā tika izlaistas vairākas slavenas filmas:

• "Laika mašīna";
• "Ārkārtējo džentlmeņu līga";
• "Viens Helsings".

Pie steampunk priekštečiem pieder Žila Verna un Grigorija Adamova darbi. Interese par šo virzienu ik pa laikam izpaužas visās dzīves jomās – no kino līdz ikdienas apģērbam.

Tvaika dzinēju izgudrošana bija pagrieziena punkts cilvēces vēsturē. Kaut kur 17.-18.gadsimta mijā sāka nomainīt neefektīvu roku darbu, ūdensratus un pilnīgi jaunus un unikālus mehānismus - tvaika dzinējus. Pateicoties viņiem, kļuva iespējamas tehniskās un rūpnieciskās revolūcijas, kā arī viss cilvēces progress.

Bet kurš izgudroja tvaika mašīnu? Kam cilvēce to ir parādā? Un kad tas bija? Mēs centīsimies rast atbildes uz visiem šiem jautājumiem.

Pat pirms mūsu ēras

Tvaika dzinēja radīšanas vēsture sākas pirmajos gadsimtos pirms mūsu ēras. Aleksandrijas varonis aprakstīja mehānismu, kas sāka darboties tikai tad, kad tika pakļauts tvaika iedarbībai. Ierīce bija bumba, uz kuras tika fiksētas sprauslas. Tvaiks tangenciāli izplūda no sprauslām, tādējādi izraisot dzinēja griešanos. Tā bija pirmā ierīce, kas darbojās ar tvaiku.

Tvaika dzinēja (vai drīzāk turbīnas) radītājs ir Tagi al-Dinome (arābu filozofs, inženieris un astronoms). Viņa izgudrojums kļuva plaši pazīstams Ēģiptē 16. gadsimtā. Mehānisms tika sakārtots šādi: tvaika plūsmas tika virzītas tieši uz mehānismu ar asmeņiem, un, dūmiem nokrītot, asmeņi griezās. Kaut ko līdzīgu 1629. gadā ierosināja itāļu inženieris Džovanni Branka. Visu šo izgudrojumu galvenais trūkums bija pārāk liels tvaika patēriņš, kas savukārt prasīja milzīgu enerģijas daudzumu un nebija vēlams. Attīstība tika apturēta, jo ar cilvēces toreizējām zinātniskajām un tehniskajām zināšanām nepietika. Turklāt nepieciešamība pēc šādiem izgudrojumiem pilnībā nebija.

Notikumi

Līdz 17. gadsimtam tvaika dzinēja izveide nebija iespējama. Bet, tiklīdz cilvēka attīstības līmeņa latiņa pacēlās uz augšu, uzreiz parādījās pirmie eksemplāri un izgudrojumi. Lai gan toreiz neviens tos neuztvēra nopietni. Tā, piemēram, 1663. gadā kāds angļu zinātnieks presē publicēja sava izgudrojuma projektu, kuru viņš uzstādīja Raglanas pilī. Viņa ierīce kalpoja ūdens pacelšanai uz torņu sienām. Taču, kā jau viss jaunais un nezināmais, arī šis projekts tika pieņemts ar šaubām, un tā tālākai attīstībai nebija sponsoru.

Tvaika dzinēja radīšanas vēsture sākas ar tvaika dzinēja izgudrošanu. 1681. gadā zinātnieks no Francijas izgudroja ierīci, kas izsūknēja ūdeni no raktuvēm. Sākumā kā dzinējspēks tika izmantots šaujampulveris, bet pēc tam to aizstāja ar ūdens tvaiku. Tā radās tvaika mašīna. Milzīgu ieguldījumu tās uzlabošanā sniedza zinātnieki no Anglijas Tomass Ņūkomens un Tomass Severens. Nenovērtējamu palīdzību sniedza arī krievu autodidaktiskais izgudrotājs Ivans Polzunovs.

Papina neveiksmīgais mēģinājums

Īpašu uzmanību kuģu būves jomā piesaistīja tvaika-atmosfēras mašīna, kas tajā laikā bija tālu no ideāla. Pēdējos ietaupījumus D. Papins iztērēja neliela kuģa iegādei, uz kura viņš ķērās pie paša ražotas ūdens pacelšanas tvaika-atmosfēras iekārtas uzstādīšanas. Darbības mehānisms bija tāds, ka, krītot no augstuma, ūdens sāka griezt riteņus.

Izgudrotājs savus testus veica 1707. gadā Fuldas upē. Daudzi pulcējās, lai apskatītu brīnumu: kuģi, kas pārvietojas pa upi bez burām un airiem. Tomēr pārbaužu laikā notika katastrofa: uzsprāga dzinējs un gāja bojā vairāki cilvēki. Varas iestādes sadusmojās uz nelaimīgo izgudrotāju un aizliedza viņam piedalīties jebkādos darbos un projektos. Kuģis tika konfiscēts un iznīcināts, un pats Papens nomira dažus gadus vēlāk.

Kļūda

Papin tvaikonim bija šāds darbības princips. Cilindra apakšā bija nepieciešams ielej nelielu daudzumu ūdens. Zem paša cilindra atradās katls, kas kalpoja šķidruma sildīšanai. Kad ūdens sāka vārīties, iegūtais tvaiks, izplešoties, pacēla virzuli. Gaiss tika izvadīts no telpas virs virzuļa caur speciāli aprīkotu vārstu. Pēc tam, kad ūdens uzvārījās un sāka kristies tvaiki, bija jānoņem katls, jāaizver vārsts, lai noņemtu gaisu, un cilindra sienas atdzesē ar vēsu ūdeni. Pateicoties šādām darbībām, tvaiki cilindrā kondensējās, zem virzuļa izveidojās vakuums, un atmosfēras spiediena spēka ietekmē virzulis atkal atgriezās sākotnējā vietā. Tās kustības laikā tika veikts lietderīgs darbs. Taču Papena tvaika dzinēja efektivitāte bija negatīva. Tvaikoņa dzinējs bija ārkārtīgi neekonomisks. Un pats galvenais, tas bija pārāk sarežģīti un neērti lietošanai. Tāpēc Papena izgudrojumam jau no paša sākuma nebija nākotnes.

Sekotāji

Tomēr ar to tvaika dzinēja radīšanas vēsture nebeidzās. Nākamais, jau daudz veiksmīgāks par Papenu, bija angļu zinātnieks Tomass Ņūkomens. Viņš ilgu laiku pētīja savu priekšgājēju darbus, koncentrējoties uz trūkumiem. Un, izmantojot labāko no viņu darba, viņš 1712. gadā izveidoja savu aparātu. Jaunais tvaika dzinējs (foto redzams) tika veidots šādi: tika izmantots cilindrs, kas atradās vertikālā stāvoklī, kā arī virzulis. Šis jaunpienācējs ņēma no Papina darbiem. Taču tvaiks veidojās jau citā katlā. Visa āda tika fiksēta ap virzuli, kas ievērojami palielināja hermētiskumu tvaika cilindra iekšpusē. Šī iekārta bija arī tvaika atmosfēras (ūdens pacēlās no raktuves, izmantojot atmosfēras spiedienu). Izgudrojuma galvenie trūkumi bija tā apjomīgums un neefektivitāte: iekārta "apēda" milzīgu daudzumu ogļu. Tomēr tas deva daudz vairāk priekšrocību nekā Papena izgudrojums. Tāpēc tas ir izmantots cietumos un raktuvēs gandrīz piecdesmit gadus. To izmantoja gruntsūdeņu atsūknēšanai, kā arī kuģu žāvēšanai. mēģināja pārveidot savu automašīnu tā, lai to būtu iespējams izmantot satiksmei. Tomēr visi viņa mēģinājumi bija neveiksmīgi.

Nākamais zinātnieks, kurš sevi pieteica, bija D. Hulls no Anglijas. 1736. gadā viņš pasaulei prezentēja savu izgudrojumu: tvaika atmosfēras iekārtu, kurai kā dzinējam bija lāpstiņas riteņi. Viņa attīstība bija veiksmīgāka nekā Papina attīstība. Tūlīt vairāki šādi kuģi tika atbrīvoti. Tos galvenokārt izmantoja baržu, kuģu un citu kuģu vilkšanai. Tomēr tvaika-atmosfēras mašīnas uzticamība neradīja pārliecību, un kuģi bija aprīkoti ar burām kā galveno virzītāju.

Un, lai gan Hulam paveicās vairāk nekā Papenam, viņa izgudrojumi pamazām zaudēja savu nozīmi un tika pamesti. Tomēr tā laika tvaika-atmosfēras mašīnām bija daudz specifisku trūkumu.

Tvaika dzinēja izveides vēsture Krievijā

Nākamais izrāviens notika Krievijas impērijā. 1766. gadā Barnaulas metalurģijas rūpnīcā tika izveidots pirmais tvaika dzinējs, kas kausēšanas krāsnis piegādāja gaisu, izmantojot īpašus pūtēju silfonus. Tās radītājs bija Ivans Ivanovičs Polzunovs, kuram pat tika piešķirta virsnieka pakāpe par pakalpojumiem dzimtenē. Izgudrotājs saviem priekšniekiem iepazīstināja ar rasējumiem un plāniem "ugunīgai mašīnai", kas spēj darbināt plēšas.

Tomēr liktenis ar Polzunovu izspēlēja nežēlīgu joku: septiņus gadus pēc viņa projekta pieņemšanas un automašīnas salikšanas viņš saslima un nomira no patēriņa - tikai nedēļu pirms viņa dzinēja testu sākuma. Tomēr viņa norādījumi bija pietiekami, lai iedarbinātu dzinēju.

Tātad 1766. gada 7. augustā Polzunova tvaika dzinējs tika iedarbināts un noslogots. Tomēr tā paša gada novembrī tas sabojājās. Iemesls izrādījās pārāk plānas katla sienas, kas nav paredzētas iekraušanai. Turklāt izgudrotājs savās instrukcijās rakstīja, ka šo katlu var izmantot tikai testēšanas laikā. Jauna katla izgatavošana viegli atmaksātos, jo Polzunova tvaika dzinēja efektivitāte bija pozitīva. Par 1023 darba stundām ar tās palīdzību tika izkausētas vairāk nekā 14 mārciņas sudraba!

Bet, neskatoties uz to, neviens nesāka remontēt mehānismu. Polzunova tvaika mašīna vairāk nekā 15 gadus krāja putekļus noliktavā, kamēr rūpniecības pasaule nestāvēja uz vietas un attīstījās. Un tad tas tika pilnībā izjaukts daļām. Acīmredzot tajā brīdī Krievija vēl nebija izaugusi līdz tvaika dzinējiem.

Tā laika prasības

Tikmēr dzīve nestāvēja uz vietas. Un cilvēce nemitīgi domāja par tāda mehānisma izveidi, kas ļautu nebūt atkarīgam no kaprīzās dabas, bet gan kontrolētu pašu likteni. Visi gribēja pēc iespējas ātrāk pamest buru. Tāpēc jautājums par tvaika mehānisma izveidi pastāvīgi karājās gaisā. 1753. gadā Parīzē tika izsludināts konkurss starp amatniekiem, zinātniekiem un izgudrotājiem. Zinātņu akadēmija izsludināja balvu tiem, kas spēj izveidot mehānismu, kas var aizstāt vēja spēku. Bet, neskatoties uz to, ka konkursā piedalījās tādi prāti kā L. Eilers, D. Bernulli, Canton de Lacroix un citi, neviens neizteica saprātīgu priekšlikumu.

Gāja gadi. Un industriālā revolūcija aptvēra arvien vairāk valstu. Pārsvars un vadība starp citām lielvarām vienmēr bija Anglijā. Līdz astoņpadsmitā gadsimta beigām tieši Lielbritānija kļuva par liela mēroga rūpniecības radītāju, pateicoties kurai tā ieguva pasaules monopola titulu šajā nozarē. Jautājums par mehānisko dzinēju katru dienu kļuva arvien aktuālāks. Un tika izveidots šāds dzinējs.

Pirmā tvaika mašīna pasaulē

1784. gads Anglijai un visai pasaulei bija pagrieziena punkts industriālajā revolūcijā. Un par to atbildīgais bija angļu mehāniķis Džeimss Vats. Viņa radītais tvaika dzinējs bija gadsimta lielākais atklājums.

Vairākus gadus viņš pētīja tvaika-atmosfērisko mašīnu rasējumus, uzbūvi un darbības principus. Un, pamatojoties uz to visu, viņš secināja, ka dzinēja efektivitātei ir nepieciešams izlīdzināt ūdens temperatūru cilindrā un tvaiku, kas nonāk mehānismā. Galvenais tvaika-atmosfēras iekārtu trūkums bija pastāvīga nepieciešamība atdzesēt cilindru ar ūdeni. Tas bija dārgi un neērti.

Jaunais tvaika dzinējs tika konstruēts savādāk. Tātad cilindrs tika ievietots īpašā tvaika apvalkā. Tādējādi Vats sasniedza savu pastāvīgo apsildāmo stāvokli. Izgudrotājs izveidoja īpašu trauku, kas iegremdēts aukstā ūdenī (kondensators). Tam ar cauruli tika piestiprināts cilindrs. Kad tvaiks cilindrā bija izsmelts, tas pa cauruli iekļuva kondensatorā un tur pārvērtās atpakaļ ūdenī. Strādājot pie savas mašīnas uzlabošanas, Vats kondensatorā izveidoja vakuumu. Tādējādi viss tvaiks, kas nāk no cilindra, tajā kondensējās. Pateicoties šim jauninājumam, tika ievērojami palielināts tvaika izplešanās process, kas savukārt ļāva iegūt daudz vairāk enerģijas no tāda paša daudzuma tvaika. Tā bija panākumu virsotne.

Tvaika dzinēja radītājs mainīja arī gaisa padeves principu. Tagad tvaiks vispirms nokrita zem virzuļa, tādējādi to paceļot, un pēc tam savācās virs virzuļa, nolaižot to. Tādējādi mehānismā nostrādāja abi virzuļa gājieni, kas agrāk pat nebija iespējams. Un ogļu patēriņš uz zirgspēku bija četras reizes mazāks nekā attiecīgi tvaika atmosfēras mašīnām, ko centās panākt Džeimss Vats. Tvaika dzinējs ļoti ātri iekaroja vispirms Lielbritāniju un pēc tam visu pasauli.

"Šarlote Dundasa"

Pēc tam, kad visa pasaule bija pārsteigta par Džeimsa Vata izgudrojumu, sākās tvaika dzinēju plaša izmantošana. Tātad 1802. gadā Anglijā parādījās pirmais kuģis pārim - Charlotte Dundas laiva. Tās radītājs ir Viljams Simingtons. Laiva tika izmantota kā vilkšanas baržas pa kanālu. Pārvietotāja lomu uz kuģa pildīja lāpstiņas ritenis, kas uzstādīts pakaļgalā. Laiva pirmo reizi veiksmīgi izturēja testus: tā sešās stundās vilka divas milzīgas baržas 18 jūdzes. Tajā pašā laikā pretvējš viņam ļoti traucēja. Bet viņam izdevās.

Un tomēr viņi to aizturēja, jo baidījās, ka spēcīgo viļņu dēļ, kas radās zem lāpstiņas, kanāla krasti tiks izskaloti. Starp citu, "Šarlotes" testā piedalījās cilvēks, kuru visa pasaule mūsdienās uzskata par pirmā tvaikoņa radītāju.

pasaulē

Kāds angļu kuģu būvētājs no jaunības sapņoja par kuģi ar tvaika dzinēju. Un tagad viņa sapnis ir piepildījies. Galu galā tvaika dzinēju izgudrojums bija jauns impulss kuģu būvē. Kopā ar sūtni no Amerikas R. Livingstonu, kurš pārņēma jautājuma materiālo pusi, Fultons ķērās pie kuģa ar tvaika dzinēju projekta. Tas bija sarežģīts izgudrojums, kura pamatā bija airu kustinātāja ideja. Gar kuģa bortiem rindā stiepās plātnes, kas imitēja daudz airu. Tajā pašā laikā plāksnes šad tad traucēja viena otrai un salūza. Šodien mēs varam viegli teikt, ka tādu pašu efektu var panākt tikai ar trim vai četrām flīzēm. Bet no tā laika zinātnes un tehnikas viedokļa to redzēt bija nereāli. Tāpēc kuģu būvētājiem bija daudz grūtāk.

1803. gadā Fultona izgudrojums tika iepazīstināts ar pasauli. Tvaikonis lēni un vienmērīgi virzījās pa Sēnu, pārsteidzot daudzu Parīzes zinātnieku un figūru prātus un iztēli. Tomēr Napoleona valdība projektu noraidīja, un neapmierinātie kuģu būvētāji bija spiesti meklēt savu laimi Amerikā.

Un 1807. gada augustā pa Hadsona līci devās pasaulē pirmais tvaikonis ar nosaukumu Claremont, kurā bija iesaistīts visspēcīgākais tvaika dzinējs (tiek parādīts fotoattēls). Daudzi tad vienkārši neticēja panākumiem.

"Claremont" devās savā pirmajā ceļojumā bez kravas un bez pasažieriem. Neviens negribēja ceļot uz uguns elpojoša kuģa. Taču jau atpakaļceļā parādījās pirmais pasažieris – vietējais zemnieks, kurš par biļeti samaksāja sešus dolārus. Viņš kļuva par pirmo pasažieri kuģniecības vēsturē. Fultons bija tik aizkustināts, ka dāvāja pārdrošniekam visu mūžu bez maksas izmantot visus savus izgudrojumus.

Tvaika dzinējam visā tās pastāvēšanas vēsturē ir bijušas daudzas metāla iemiesojuma variācijas. Viens no šiem iemiesojumiem bija mehāniķa N.N. tvaika rotējošais dzinējs. Tverskojs. Šis tvaika rotācijas dzinējs (tvaika dzinējs) tika aktīvi izmantots dažādās tehnoloģiju un transporta jomās. 19. gadsimta krievu tehniskajās tradīcijās šādu rotējošu dzinēju sauca par rotācijas mašīnu. Dzinējs izcēlās ar izturību, efektivitāti un augstu griezes momentu. Bet līdz ar tvaika turbīnu parādīšanos tas tika aizmirsts. Zemāk ir šīs vietnes autora apkopotie arhīva materiāli. Materiāli ir ļoti apjomīgi, tāpēc pagaidām šeit ir parādīta tikai daļa no tiem.

Tvaika rotācijas dzinēja izmēģinājuma ritināšana ar saspiestu gaisu (3,5 atm).
Modelis ir paredzēts 10 kW jaudai pie 1500 apgr./min pie tvaika spiediena 28-30 atm.

19.gadsimta beigās tvaika dzinēji - "N. Tverskoja rotācijas dzinēji" tika aizmirsti, jo virzuļdzinēji izrādījās vienkāršāki un tehnoloģiski progresīvāki ražošanā (tā laika nozarēm), un tvaika turbīnas deva lielāku jaudu. .
Taču piezīme par tvaika turbīnām ir patiesa tikai to lielā svara un kopējo izmēru dēļ. Patiešām, ar jaudu, kas pārsniedz 1,5–2 tūkstošus kW, tvaika vairāku cilindru turbīnas visos aspektos pārspēj tvaika rotācijas dzinējus, pat ar turbīnu augstām izmaksām. Un 20. gadsimta sākumā, kad kuģu elektrostacijās un spēkstaciju spēka agregātu jauda sāka sasniegt daudzus desmitus tūkstošu kilovatu, tad šādas iespējas varēja nodrošināt tikai turbīnas.

BET - tvaika turbīnām ir vēl viens trūkums. Samazinot to masas izmēru parametrus, tvaika turbīnu veiktspējas raksturlielumi strauji pasliktinās. Ievērojami samazinās īpatnējā jauda, ​​krītas efektivitāte, bet saglabājas augstās ražošanas izmaksas un lielie galvenās vārpstas apgriezieni (nepieciešamība pēc pārnesumkārbas). Tieši tāpēc - jaudas diapazonā, kas ir mazāks par 1,5 tūkstošiem kW (1,5 MW), ir gandrīz neiespējami atrast visos aspektos efektīvu tvaika turbīnu pat par lielu naudu ...

Tāpēc šajā jaudas diapazonā parādījās vesela "buķete" eksotisku un mazpazīstamu dizainu. Bet visbiežāk tikpat dārgi un neefektīvi... Skrūvju turbīnas, Tesla turbīnas, aksiālās turbīnas utt.
Bet nez kāpēc visi aizmirsa par tvaika "rotācijas mašīnām" - rotācijas tvaika dzinējiem. Tikmēr šie tvaika dzinēji ir daudzkārt lētāki par jebkuriem lāpstiņu un skrūvju mehānismiem (es to saku, zinot lietu, kā cilvēks, kurš par savu naudu jau ir izgatavojis vairāk nekā duci šādu mašīnu). Tajā pašā laikā tvaika “N. Tverskoy rotācijas mašīnām” ir jaudīgs griezes moments no mazākajiem apgriezieniem, vidējā galvenās vārpstas griešanās biežums pie pilniem apgriezieniem ir no 1000 līdz 3000 apgr./min. Tie. šādām mašīnām, pat elektroģeneratoram, pat tvaika auto (automašīnai, traktoram, traktoram) - nebūs nepieciešama ātrumkārba, sakabe utt., bet būs tieši savienotas ar savu vārpstu ar dinamo, riteņiem tvaika mašīna utt.
Tātad, tvaika rotācijas dzinēja - “N. Tversky rotācijas dzinēja” sistēmas veidā mums ir universāls tvaika dzinējs, kas lieliski ģenerēs elektroenerģiju no cietā kurināmā katla attālā mežsaimniecībā vai taigas ciematā, lauka nometnē vai ražot elektroenerģiju lauku apdzīvotas vietas katlu mājā vai "griezt" uz procesa siltuma (karstā gaisa) atkritumiem ķieģeļu vai cementa rūpnīcā, lietuvē utt., utt.
Visu šādu siltuma avotu jauda ir mazāka par 1 mW, un tāpēc parastās turbīnas šeit ir maz noderīgas. Un citas iekārtas siltuma atgūšanai, pārveidojot iegūtā tvaika spiedienu darbībā, vispārējā tehniskā praksē vēl nav zināmas. Tātad šis siltums netiek izmantots nekādā veidā - tas vienkārši tiek muļķīgi un neatgriezeniski zaudēts.
Esmu jau izveidojis "tvaika rotācijas mašīnu", lai darbinātu 3,5 - 5 kW elektroģeneratoru (atkarībā no spiediena tvaikā), ja viss notiks kā plānots, drīz būs 25 un 40 kW mašīna. Tieši tas, kas nepieciešams, lai nodrošinātu lētu elektroenerģiju no cietā kurināmā katla vai rūpniecisko atkritumu siltumu uz lauku īpašumu, nelielu fermu, lauku nometni utt., utt.
Principā rotācijas dzinēji labi mērogojas uz augšu, tādēļ, uzliekot uz vienas vārpstas daudz rotoru sekciju, ir viegli pavairot šādu mašīnu jaudu, vienkārši palielinot standarta rotoru moduļu skaitu. Tas ir, ir pilnīgi iespējams izveidot tvaika rotācijas mašīnas ar jaudu 80-160-240-320 kW vai vairāk ...

Bet bez vidējām un salīdzinoši lielām tvaika elektrostacijām, tvaika strāvas ķēdes ar maziem tvaika rotācijas dzinējiem būs pieprasītas arī mazajās elektrostacijās.
Piemēram, viens no maniem izgudrojumiem ir “Kempinga-tūristu elektroģenerators, kas izmanto vietējo cieto kurināmo”.
Zemāk ir video, kurā tiek testēts šādas ierīces vienkāršots prototips.
Bet mazais tvaika dzinējs jau jautri un enerģiski griež savu elektrisko ģeneratoru un ražo elektrību, izmantojot koksni un citu ganību degvielu.

Tvaika rotējošo dzinēju (rotācijas tvaika dzinēju) galvenais komerciālā un tehniskā pielietojuma virziens ir lētas elektroenerģijas ražošana, izmantojot lētu cieto kurināmo un degošus atkritumus. Tie. maza jauda - sadalīta jaudas ražošana tvaika rotācijas dzinējos. Iedomājieties, kā rotācijas tvaika dzinējs lieliski iederēsies kokzāģētavas darbības shēmā, kaut kur Krievijas ziemeļos vai Sibīrijā (Tālajos Austrumos), kur nav centrālās barošanas avota, elektrību nodrošina dīzeļa ģenerators uz dīzeļa. no tālienes ievesta degviela. Bet pati kokzāģētava saražo vismaz pustonnu šķeldas-zāģskaidas dienā - ķērcējs, kuram nav kur iet ...

Šādi koksnes atkritumi ir tiešs ceļš uz katla krāsni, katls dod augstspiediena tvaiku, tvaiks darbina rotācijas tvaika dzinēju, kas griež elektrisko ģeneratoru.

Tādā pašā veidā ir iespējams sadedzināt miljoniem tonnu lauksaimniecības atkritumu, neierobežotā daudzumā utt. Un ir arī lēta kūdra, lētas termoogles utt. Vietnes autors aprēķināja, ka degvielas izmaksas elektroenerģijas ražošanai, izmantojot nelielu tvaika elektrostaciju (tvaika mašīnu) ar 500 kW tvaika rotējošo dzinēju, būs no 0,8 līdz 1,

2 rubļi par kilovatu.

Vēl viens interesants tvaika rotācijas dzinēja pielietojums ir šāda tvaika dzinēja uzstādīšana tvaika automašīnā. Kravas automašīna ir traktora tvaika automašīna, ar jaudīgu griezes momentu un izmanto lētu cieto degvielu - ļoti nepieciešams tvaika dzinējs lauksaimniecībā un mežsaimniecībā. Izmantojot modernās tehnoloģijas un materiālus, kā arī izmantojot "Organiskā Rankine cikla" termodinamiskajā ciklā, būs iespējams paaugstināt efektīvo lietderību līdz 26-28%, izmantojot lētu cieto kurināmo (vai lētu šķidrumu, piemēram, "krāsns eļļa" vai lietota motoreļļa). Tie. kravas automašīna - traktors ar tvaika dzinēju

un rotācijas tvaika dzinējs ar jaudu ap 100 kW, patērēs ap 25-28 kg termālo ogļu uz 100 km (maksa 5-6 rubļi kg) vai ap 40-45 kg zāģu skaidu šķeldas (kuru cena š.g. ziemeļi ir atņemti par velti) ...

Ir vēl daudz interesantu un daudzsološu rotācijas tvaika dzinēja pielietojumu, taču šīs lapas izmērs neļauj mums tos visus detalizēti izskatīt. Līdz ar to tvaika dzinējs joprojām var ieņemt ļoti ievērojamu vietu daudzās mūsdienu tehnoloģiju jomās un daudzās tautsaimniecības nozarēs.

EKSPERIMENTĀLĀ MODEĻA PĀRVIETOŠANA AR TVAIKA DZINĒJUMĀM ELEKTRISKĀ ĢENERATORA

maijs -2018 Pēc ilgiem eksperimentiem un prototipiem tika izgatavots neliels augstspiediena katls. Katls ir saspiests līdz 80 atm spiedienam, tāpēc tas bez grūtībām uzturēs darba spiedienu 40-60 atm. Tas tika nodots ekspluatācijā ar mana dizaina aksiālā virzuļa tvaika dzinēja eksperimentālo modeli. Darbojas lieliski - skatieties video. 12-14 minūšu laikā pēc aizdegšanās uz koka tas ir gatavs augstspiediena tvaika padevei.

Tagad sāku gatavoties šādu instalāciju gabalražošanai - augstspiediena katls, tvaika dzinējs (rotācijas vai aksiālais virzulis), kondensators. Iekārtas darbosies slēgtā ķēdē ar "ūdens-tvaiks-kondensāta" cirkulāciju.

Pieprasījums pēc šādiem ģeneratoriem ir ļoti liels, jo 60% Krievijas teritorijas nav centrālās elektroenerģijas padeves un tie sēž uz dīzeļdegvielas ražošanu. Un dīzeļdegvielas cena visu laiku aug un jau ir sasniegusi 41-42 rubļus litrā. Jā, un tur, kur ir elektrība, energokompānijas paaugstina tarifus, un, lai pieslēgtu jaunas jaudas, viņiem ir vajadzīga liela nauda.

Lielākā daļa cilvēku viedtālruņu laikmetā uzskata, ka ar tvaiku darbināmas automašīnas ir kaut kas arhaisks, kas izraisa smaidu. Autobūves vēstures tvaika lappuses bija ļoti spilgtas un bez tām ir grūti iedomāties mūsdienu transportu kopumā. Lai arī cik ļoti skeptiķi no likumu izstrādes, kā arī naftas lobisti no dažādām valstīm mēģināja ierobežot automašīnas izstrādi pārim, viņiem tas izdevās tikai uz brīdi. Galu galā tvaika mašīna ir kā Sfinksa. Ideja par automašīnu pārim (t.i., uz ārdedzes dzinēja) ir aktuāla līdz šai dienai.

Lielākā daļa cilvēku viedtālruņu laikmetā uzskata, ka ar tvaiku darbināmas automašīnas ir kaut kas arhaisks, kas izraisa smaidu.

Tātad 1865. gadā Anglijā viņi ieviesa aizliegumu ātrgaitas pašpiedziņas vagonu kustībai ar tvaiku. Viņiem bija aizliegts pārvietoties pa pilsētu ātrāk par 3 km/h un neizlaist tvaikus, lai nenobiedētu parastajās pajūgās iejūgtos zirgus. Nopietnākais un taustāmākais trieciens tvaika mašīnām jau 1933. gadā bija likums par smago transportlīdzekļu nodokli. Tikai 1934. gadā, kad tika samazināti naftas produktu importa nodokļi, pie apvāršņa parādījās benzīna un dīzeļdzinēju uzvara pār tvaika dzinējiem.

Tikai Anglijā varēja atļauties tik eleganti un aukstasinīgi ņirgāties par progresu. ASV, Francijā, Itālijā izgudrotāju-entuziastu vide burtiski kūsāja ar idejām, un tvaika auto ieguva jaunas formas un īpašības. Lai gan britu izgudrotāji sniedza būtisku ieguldījumu tvaika transportlīdzekļu attīstībā, likumi un varas aizspriedumi neļāva viņiem pilnvērtīgi piedalīties cīņā ar iekšdedzes dzinēju. Bet parunāsim par visu pēc kārtas.

Aizvēsturiska atsauce

Tvaika mašīnas attīstības vēsture ir nesaraujami saistīta ar tvaika dzinēja rašanās un uzlabošanas vēsturi. Kad 1. gadsimtā p.m.ē. e. Aleksandrijas Herons ierosināja savu ideju likt tvaikam rotēt metāla bumbiņu, viņa ideja tika uzskatīta par tikai jautrību. Vai citas idejas izgudrotājiem bija aizraujošākas, bet pirmais, kas tvaika katlu uzlika uz riteņiem, bija mūks Ferdinands Verbsts. 1672. gadā. Arī viņa "rotaļlieta" tika uzskatīta par jautru. Bet nākamie četrdesmit gadi tvaika dzinēja vēsturei nebija veltīgi.

Īzaka Ņūtona projekts par pašpiedziņas karieti (1680), mehāniķa Tomasa Saverija ugunsdzēsības aparāts (1698) un Tomasa Ņūkomena (1712) atmosfēras aparāts demonstrēja milzīgo potenciālu, ko sniedz tvaika izmantošana mehānisko darbu veikšanai. Sākumā tvaika mašīnas sūknēja ūdeni no raktuvēm un cēla kravas, bet 18. gadsimta vidum Anglijas uzņēmumos šādu tvaika mašīnu jau bija vairāki simti.

Kas ir tvaika dzinējs? Kā tvaiks var pārvietot riteņus? Tvaika dzinēja darbības princips ir vienkāršs. Ūdens tiek uzkarsēts slēgtā tvertnē līdz tvaika stāvoklim. Tvaiks caur caurulēm tiek izvadīts slēgtā cilindrā un izspiež virzuli. Caur starpposma savienojošo stieni šī translācijas kustība tiek pārraidīta uz spararata vārpstu.

Šai tvaika katla darbības shematiskajai diagrammai praksē bija būtiski trūkumi.

Pirmā tvaika porcija izplūda nūjot, un atdzesētais virzulis zem sava svara nolaidās nākamajam ciklam. Šai tvaika katla darbības shematiskajai diagrammai praksē bija būtiski trūkumi. Tvaika spiediena kontroles sistēmas trūkums bieži izraisīja katla eksploziju. Lai katls nonāktu darba stāvoklī, bija nepieciešams daudz laika un degvielas. Pastāvīga degvielas uzpildīšana un tvaika stacijas gigantiskie izmēri tikai palielināja tās trūkumu sarakstu.

Jauno mašīnu ierosināja Džeimss Vats 1765. gadā. Viņš novirzīja virzuļa izspiesto tvaiku papildu kondensācijas kamerā un novērsa nepieciešamību pastāvīgi pievienot ūdeni katlam. Beidzot 1784. gadā viņš atrisināja problēmu, kā pārdalīt tvaika kustību tā, lai tas virzuli virzītu abos virzienos. Pateicoties viņa izveidotajai spolei, tvaika dzinējs varēja darboties bez pārtraukuma starp cikliem. Šis divkāršās darbības siltumdzinēja princips veidoja pamatu lielākajai daļai tvaika tehnoloģiju.

Daudzi gudri cilvēki strādāja pie tvaika dzinēju izveides. Galu galā tas ir vienkāršs un lēts veids, kā iegūt enerģiju gandrīz no nekā.

Neliela atkāpe ar tvaiku darbināmo automašīnu vēsturē

Tomēr, lai cik grandiozi būtu britu panākumi reģionā, pirmais, kas tvaika dzinēju uz riteņiem uzlika, bija francūzis Nikolass Džozefs Kugno.

Cugno pirmā tvaika automašīna

Viņa automašīna uz ceļiem parādījās 1765. gadā. Ratiņu ātrums bija rekords - 9,5 km/h. Tajā izgudrotājs nodrošināja četras sēdvietas pasažieriem, kurus varēja ripot ar vēju ar vidējo ātrumu 3,5 km / h. Ar šo panākumu izgudrotājam šķita par maz.

Nepieciešamība apstāties, lai uzpildītu degvielu un iekurtu jaunu uguni ik pēc kilometra, nebija būtisks trūkums, bet gan tikai tā laika tehnikas līmenis.

Viņš nolēma izgudrot traktoru ieročiem. Tā radās trīsriteņu vagons ar masīvu katlu priekšā. Nepieciešamība apstāties, lai uzpildītu degvielu un iekurtu jaunu uguni ik pēc kilometra, nebija būtisks trūkums, bet gan tikai tā laika tehnikas līmenis.

Nākamais 1770. gada modeļa Cugno modelis svēra aptuveni pusotru tonnu. Jaunie rati varēja pārvadāt aptuveni divas tonnas kravas ar ātrumu 7 km/h.

Maestro Cugno vairāk interesēja ideja izveidot augstspiediena tvaika dzinēju. Viņu pat nesamulsināja fakts, ka apkures katls var uzsprāgt. Tas bija Cugno, kurš nāca klajā ar ideju novietot kurtuvi zem katla un nēsāt “ugunskuru” sev līdzi. Turklāt viņa "ratiņu" var pamatoti saukt par pirmo kravas automašīnu. Patrona atkāpšanās un virkne revolūciju neļāva meistaram izstrādāt modeli līdz pilnvērtīgai kravas automašīnai.

Autodidakts Olivers Evans un viņa abinieks

Idejai izveidot tvaika dzinējus bija universālas proporcijas. Ziemeļamerikas štatos izgudrotājs Olivers Evans izveidoja apmēram piecdesmit tvaika iekārtas, kuru pamatā ir Vata mašīna. Mēģinot samazināt Džeimsa Vata instalācijas izmērus, viņš izstrādāja tvaika dzinējus miltu dzirnavām. Tomēr Olivers Evans ieguva pasaules slavu ar savu amfībijas tvaika automašīnu. 1789. gadā viņa pirmais auto ASV veiksmīgi izturēja zemes un ūdens testus.

Uz sava abinieka, ko var saukt par visurgājēju prototipu, Evans uzstādīja mašīnu ar desmit atmosfēru tvaika spiedienu!

Deviņus metrus garās automašīnas-laivas svars bija aptuveni 15 tonnas. Tvaika dzinējs darbināja aizmugurējos riteņus un dzenskrūvi. Starp citu, arī Olivers Evanss bija augstspiediena tvaika dzinēja izveides atbalstītājs. Uz sava abinieka, ko var saukt par visurgājēju prototipu, Evans uzstādīja mašīnu ar desmit atmosfēru tvaika spiedienu!

Ja 18. un 19. gadsimta izgudrotājiem 21. gadsimta tehnoloģijas būtu pa rokai, vai varat iedomāties, cik daudz tehnoloģiju viņi izdomātu!? Un kāda tehnoloģija!

XX gadsimts un 204 km/h uz tvaika auto Stanley

Jā! 18. gadsimts deva spēcīgu impulsu tvaika transporta attīstībai. Daudzas un dažādas pašgājēju tvaika pajūgu konstrukcijas sāka arvien vairāk atšķaidīt zirgu vilktos transportlīdzekļus uz Eiropas un Amerikas ceļiem. Līdz 20. gadsimta sākumam ar tvaiku darbināmas automašīnas bija ievērojami izplatījušās un kļuvušas par pazīstamu sava laika simbolu. Tāpat kā fotogrāfija.

18. gadsimts deva spēcīgu impulsu tvaika transporta attīstībai

Tieši viņu fotouzņēmumu pārdeva brāļi Stenliji, kad 1897. gadā viņi nolēma nopietni iesaistīties tvaika automobiļu ražošanā Amerikas Savienotajās Valstīs. Viņi izveidoja labi pārdotas tvaika automašīnas. Taču ar to viņiem nepietika, lai izpildītu savus ambiciozos plānus. Galu galā viņi bija tikai viens no daudziem šādiem autoražotājiem. Tā tas bija līdz brīdim, kad viņi izstrādāja savu "raķeti".

Tieši viņu fotouzņēmumu pārdeva brāļi Stenliji, kad 1897. gadā viņi nolēma nopietni iesaistīties tvaika automobiļu ražošanā Amerikas Savienotajās Valstīs.

Protams, Stenlija automašīnām bija uzticamas automašīnas reputācija. Tvaika iekārta atradās aizmugurē, un katls tika uzkarsēts, izmantojot benzīna vai petrolejas lāpas. Divkāršās darbības tvaika divcilindru dzinēja spararats ar ķēdes piedziņu griežas uz aizmugurējo asi. Stenlija tvaikonī nebija neviena katla sprādziena. Bet viņiem vajadzēja šļakatu.

Protams, Stenlija automašīnām bija uzticamas automašīnas reputācija.

Ar savu "raķeti" viņi uzplaiksnīja visu pasauli. 205,4 km/h 1906. gadā! Neviens nav gājis tik ātri! Automašīna ar iekšdedzes dzinēju šo rekordu pārspēja tikai 5 gadus vēlāk. Stenlija saplākšņa ar tvaiku darbināmā "Raķete" noteica sacīkšu automašīnu formu daudzus gadus uz priekšu. Taču pēc 1917. gada Stenlijs Steamer arvien vairāk piedzīvoja lētā Ford T konkurenci un aizgāja pensijā.

Brāļu Doble unikālās tvaika mašīnas

Šī slavenā ģimene spēja nodrošināt pienācīgu pretestību benzīna dzinējiem līdz pat XX gadsimta 30. gadu sākumam. Viņi nebūvēja automašīnas rekorda dēļ. Brāļi patiesi mīlēja savas tvaika mašīnas. Citādi, kā gan citādi izskaidrot viņu izdomāto šūnveida radiatoru un aizdedzes pogu? Viņu modeļi nebija kā mazas lokomotīves.

Brāļi Abners un Jānis radīja revolūciju tvaika transportā.

Brāļi Abners un Jānis radīja revolūciju tvaika transportā. Lai sāktu kustēties, viņa automašīnai nebija nepieciešams iesildīties 10–20 minūtes. Aizdedzes poga iesūknēja petroleju no karburatora sadegšanas kamerā. Viņš tur nokļuva pēc iedegšanas ar kvēlsveci. Ūdens uzkarsa dažu sekunžu laikā, un pēc pusotras minūtes tvaiki radīja vajadzīgo spiedienu un varēja doties ceļā.

Izplūdes tvaiks tika nosūtīts uz radiatoru kondensācijai un sagatavošanai nākamajiem cikliem. Tāpēc, lai vienmērīgi nobrauktu 2000 km, Doble automašīnām sistēmā vajadzēja tikai deviņdesmit litrus ūdens un vairākus litrus petrolejas. Neviens nevarētu piedāvāt tādu ienesīgumu! Varbūt tieši Detroitas auto izstādē 1917. gadā Stenlijs satika brāļu Doblu modeli un sāka pārtraukt to ražošanu.

Modelis E kļuva par 20. gadu otrās puses greznāko auto un jaunāko tvaika auto Doble versiju. Ādas salons, pulēti koka elementi un ziloņa kauls iepriecināja turīgos automašīnas īpašniekus. Šādā salonā varēja baudīt nobraukumu ar ātrumu līdz 160 km/h. Aizdedzes brīdi no palaišanas brīža šķīra tikai 25 sekundes. Bija vajadzīgas vēl 10 sekundes, lai automašīna, kas sver 1,2 tonnas, paātrinātos līdz 120 km/h!

Visas šīs ātrgaitas īpašības tika iestrādātas četrcilindru dzinējā. Divi virzuļi tika izspiesti ar tvaiku ar 140 atmosfēru augstu spiedienu, bet pārējie divi nosūtīja atdzesēto zemspiediena tvaiku uz šūnveida kondensatoru-radiatoru. Bet 30. gadu pirmajā pusē šīs brāļu Doblu skaistules pārstāja ražot.

Tvaika mašīnas

Tomēr nevajadzētu aizmirst, ka tvaika vilce strauji attīstījās kravu pārvadājumos. Tieši pilsētās tvaika mašīnas izraisīja snobu alerģiskas reakcijas. Bet preces jāpiegādā jebkuros laikapstākļos un ne tikai pilsētā. Kā ar starppilsētu autobusiem un militāro tehniku? Tur ar mazām mašīnām izkāpt nevar.

Kravu pārvadājumiem ir viena būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar vieglajiem automobiļiem – tādi ir tā izmēri.

Kravu pārvadājumiem ir viena būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar vieglajiem automobiļiem – tādi ir tā izmēri. Tie ļauj novietot jaudīgas spēkstacijas jebkurā automašīnas vietā. Turklāt tas tikai palielinās nestspēju un caurlaidspēju. Un tam, kā izskatīsies kravas automašīna, ne vienmēr tiek pievērsta uzmanība.

No tvaika mašīnām es gribētu izcelt angļu Sentinel un padomju NAMI. Protams, bija arī daudzi citi, piemēram, Fodena, Faulers, Jorkšīra. Bet tas bija Sentinel un NAMI, kas izrādījās visizturīgākie un tika ražoti līdz pagājušā gadsimta 50. gadu beigām. Tie varēja darboties ar jebkuru cieto kurināmo – oglēm, malku, kūdru. Šo tvaika automobiļu visēdāja raksturs atstāja tos ārpus naftas cenu ietekmes, kā arī ļāva tos izmantot grūti sasniedzamās vietās.

Darbaholiķis Santinel ar angļu akcentu

Šīs divas kravas automašīnas atšķiras ne tikai ražošanas valstī. Arī tvaika ģeneratoru izvietojuma principi bija atšķirīgi. Sentinels raksturo tvaika dzinēju augšējais un apakšējais izvietojums attiecībā pret katlu. Augšējā vietā tvaika ģenerators piegādāja karstu tvaiku tieši dzinēja kamerā, kas tika savienota ar tiltiem ar kardānu sistēmu. Ar tvaika dzinēja zemāko novietojumu, t.i., uz šasijas, katls sildīja ūdeni un pa caurulēm piegādāja tvaiku dzinējam, kas garantēja temperatūras zudumus.

Sentinels raksturo tvaika dzinēju augšējais un apakšējais izvietojums attiecībā pret katlu.

Abiem veidiem raksturīga bija ķēdes transmisija no tvaika dzinēja spararata līdz kardāniem. Tas ļāva dizaineriem apvienot Sentinels ražošanu atkarībā no klienta. Karstām valstīm, piemēram, Indijai, tvaika kravas automašīnas tika ražotas ar zemāku, atdalītu katla un dzinēja izvietojumu. Valstīm ar aukstām ziemām - ar augšējo, kombinēto tipu.

Karstām valstīm, piemēram, Indijai, tvaika kravas automašīnas tika ražotas ar zemāku, atdalītu katla un dzinēja izvietojumu.

Šajos kravas automobiļos tika izmantotas daudzas pārbaudītas tehnoloģijas. Spoles un tvaika sadales vārsti, vienas un divkāršas darbības motori, augsts vai zems spiediens, ar vai bez pārnesumkārbas. Tomēr tas nepagarināja angļu tvaika kravas automašīnu kalpošanas laiku. Lai gan tās tika ražotas līdz XX gadsimta 50. gadu beigām un pat dienēja armijā pirms Otrā pasaules kara un tā laikā, tās joprojām bija apjomīgas un nedaudz atgādināja tvaika lokomotīves. Un, tā kā viņu kardinālajā modernizēšanā nebija ieinteresēto personu, viņu liktenis bija aizzīmogots.

Lai gan tās tika ražotas līdz XX gadsimta 50. gadu beigām un pat dienēja armijā pirms Otrā pasaules kara un tā laikā, tās joprojām bija apjomīgas un nedaudz atgādināja tvaika lokomotīves.

Kam ko, un mums - MĒS

Lai atdzīvinātu kara izpostīto Padomju Savienības ekonomiku, bija jāatrod veids, kā netērēt naftas resursus vismaz grūti sasniedzamās vietās - valsts ziemeļos un Sibīrijā. Padomju inženieriem tika dota iespēja izpētīt Sentinel konstrukciju ar augšējo četru cilindru tiešās darbības tvaika dzinēju un izstrādāt savu "atbildi Čemberleinam".

30. gados Krievijas institūti un projektēšanas biroji atkārtoti mēģināja izveidot alternatīvu kravas automašīnu kokrūpniecībai.

30. gados Krievijas institūti un projektēšanas biroji atkārtoti mēģināja izveidot alternatīvu kravas automašīnu kokrūpniecībai. Taču katru reizi lieta apstājās pārbaudes stadijā. Izmantojot savu pieredzi un iespēju izpētīt notvertos tvaika transportlīdzekļus, inženieriem izdevās pārliecināt valsts vadību par šāda tvaika mašīnas nepieciešamību. Turklāt benzīns maksāja 24 reizes vairāk nekā ogles. Un ar malkas izmaksām taigā parasti to nevar pieminēt.

Dizaineru grupa Ju.Šebalina vadībā pēc iespējas vienkāršoja tvaika iekārtu kopumā. Viņi apvienoja četru cilindru dzinēju un katlu vienā vienībā un novietoja to starp virsbūvi un kabīni. Mēs ievietojām šo instalāciju uz sērijas YaAZ (MAZ) -200 šasijas. Tvaika un tā kondensācijas darbs tika apvienots slēgtā ciklā. Koksnes lietņu padeve no bunkura tika veikta automātiski.

Tā radās NAMI-012, pareizāk sakot, bezceļu mežā. Acīmredzot cietā kurināmā bunkura piegādes princips un tvaika dzinēja novietojums uz kravas automašīnas tika aizgūts no gāzes ģeneratoru prakses.

Mežu īpašnieka liktenis - NAMI-012

Tvaika sadzīves bortu kravas automašīnas un kokvedēja NAMI-012 īpašības bija šādas

• Kravnesība - 6 tonnas
• Ātrums - 45 km/h
• Nobraukums bez degvielas uzpildes - 80 km, ja bija iespēja atjaunot ūdens padevi, tad 150 km
• Griezes moments pie maziem apgriezieniem - 240 kgm, kas bija gandrīz 5 reizes lielāks nekā bāzes YaAZ-200
• Dabiskās cirkulācijas katls radīja 25 atmosfēru spiedienu un sasildīja tvaiku līdz 420 ° C
• Ūdens krājumus bija iespējams papildināt tieši no rezervuāra caur ežektoriem
• Pilnīgi metāla kabīnei nebija pārsega, un tā tika stumta uz priekšu
• Ātrumu kontrolēja tvaika daudzums dzinējā, izmantojot padeves/izslēgšanas sviru. Ar tās palīdzību baloni tika piepildīti par 25/40/75%.
• Viens atpakaļgaitas pārnesums un trīs vadības pedāļi.

Nopietni tvaika mašīnas trūkumi bija 400 kg malkas patēriņš uz 100 km trases un nepieciešamība aukstā laikā atbrīvoties no ūdens katlā.

Nopietni tvaika mašīnas trūkumi bija 400 kg malkas patēriņš uz 100 km trases un nepieciešamība aukstā laikā atbrīvoties no ūdens katlā. Bet galvenais trūkums, kas bija pirmajā paraugā, bija slikta caurlaidība neizkrautā stāvoklī. Tad izrādījās, ka priekšējā ass ir pārslogota ar salonu un tvaika bloku, salīdzinot ar aizmuguri. Mēs ar šo uzdevumu tikām galā, uzstādot modernizētu tvaika spēkstaciju uz visu riteņu piedziņas YaAZ-214. Tagad kokvedēja NAMI-018 jauda ir palielināta līdz 125 zirgspēkiem.

Bet, tā kā nebija laika izplatīties visā valstī, visas tvaika ģeneratoru kravas automašīnas tika iznīcinātas pagājušā gadsimta 50. gadu otrajā pusē.

Bet, tā kā nebija laika izplatīties visā valstī, visas tvaika ģeneratoru kravas automašīnas tika iznīcinātas pagājušā gadsimta 50. gadu otrajā pusē. Tomēr kopā ar gāzes ģeneratoriem. Tā kā automašīnu pārbūves izmaksas, ekonomiskā ietekme un ekspluatācijas vieglums bija darbietilpīgi un apšaubāmi, salīdzinot ar benzīna un dīzeļdegvielas kravas automašīnām. Turklāt šajā laikā Padomju Savienībā jau tika izveidota naftas ieguve.

Ātra un izdevīga moderna tvaika automašīna

Nedomājiet, ka ideja par ar tvaiku darbināmu automašīnu tiek aizmirsta uz visiem laikiem. Tagad ir ievērojami pieaugusi interese par dzinējiem, kas ir alternatīvi iekšdedzes dzinējiem ar benzīnu un dīzeļdegvielu. Pasaules naftas rezerves nav neierobežotas. Jā, un naftas produktu izmaksas nepārtraukti pieaug. Dizaineri tik ļoti centās uzlabot iekšdedzes dzinēju, ka viņu idejas gandrīz sasniedza savu robežu.

Elektromobiļi, ūdeņraža automašīnas, gāzes ģeneratori un tvaika automašīnas atkal ir kļuvušas par karstām tēmām. Sveiki, aizmirstais 19. gadsimts!

Tagad ir ievērojami pieaugusi interese par dzinējiem, kas ir alternatīvi iekšdedzes dzinējiem ar benzīnu un dīzeļdegvielu.

Britu inženieris (atkal Anglija!) demonstrēja tvaika dzinēja jaunās iespējas. Viņš radīja savu Inspuration ne tikai tāpēc, lai demonstrētu ar tvaiku darbināmu automašīnu atbilstību. Viņa ideja ir radīta rekordiem. 274 km / h - tas ir ātrums, ko paātrina divpadsmit katli, kas uzstādīti uz 7,6 metrus garas automašīnas. Pietiek tikai ar 40 litriem ūdens, lai sašķidrinātā gāze vienā mirklī paaugstinātu tvaika temperatūru līdz 400 °C. Iedomājieties, ka vēsturei bija vajadzīgi 103 gadi, lai pārspētu ar tvaiku darbināmas automašīnas ātruma rekordu, ko uzstādīja Raķete!

Mūsdienīgā tvaika ģeneratorā varat izmantot ogļu pulveri vai citu lētu degvielu, piemēram, mazutu, sašķidrinātu gāzi. Tāpēc tvaika mašīnas vienmēr ir bijušas un būs populāras.

Taču, lai pienāktu videi draudzīga nākotne, atkal ir jāpārvar naftas lobētāju pretestība.

Internetā uzgāju interesantu rakstu.

"Amerikāņu izgudrotājs Roberts Grīns ir izstrādājis pilnīgi jaunu tehnoloģiju, kas ģenerē kinētisko enerģiju, pārveidojot atlikušo enerģiju (kā arī citas degvielas). Grīna tvaika dzinēji ir stiprināti ar virzuļiem un paredzēti dažādiem praktiskiem mērķiem."
Tas arī viss, ne vairāk, ne mazāk: pilnīgi jauna tehnoloģija. Nu, dabiski sāka skatīties, mēģinot iekļūt. Visur tā rakstīts viena no šī dzinēja unikālākajām priekšrocībām ir spēja ģenerēt jaudu no dzinēju atlikušās enerģijas. Precīzāk, dzinēja atlikušo izplūdes enerģiju var pārvērst enerģijā, kas nonāk iekārtas sūkņiem un dzesēšanas sistēmām. Kā es saprotu, izmantojiet izplūdes gāzes, lai uzvārītu ūdeni un pēc tam pārvērstu tvaiku kustībā. Cik tas ir nepieciešams un lēts, jo ... lai arī šis dzinējs, kā saka, ir speciāli izstrādāts no minimāla detaļu skaita, tas tomēr maksā daudz un vai ir jēga dārzu nožogot, jo vairāk principiāli jaunums šajā izgudrojumā es neredzu . Un jau ir izgudroti daudzi mehānismi, lai abpusējās kustības pārvērstu rotācijas kustībā. Autora vietnē tiek pārdots divu cilindru modelis, principā nav dārgs
tikai 46 dolāri.
Autora mājaslapā ir video, kurā izmantota saules enerģija, ir arī fotogrāfija, kur kāds uz laivas izmanto šo dzinēju.
Bet abos gadījumos tas acīmredzami nav atlikušais siltums. Īsāk sakot, es šaubos par šāda dzinēja uzticamību: "Lodīšu gultņi vienlaikus ir dobi kanāli, pa kuriem tvaiks tiek piegādāts cilindriem." Kāds ir jūsu viedoklis, dārgie vietnes lietotāji?
Raksti krievu valodā