W świadomości większości ludzi w dobie smartfonów samochody napędzane parą są czymś archaicznym, co wywołuje uśmiech. Parowe strony w historii motoryzacji były bardzo jasne i bez nich trudno sobie wyobrazić w ogóle nowoczesny transport. Bez względu na to, jak bardzo sceptycy stanowienia prawa, a także lobbyści naftowi z różnych krajów, próbowali ograniczyć rozwój samochodu parowego, udało im się to tylko tymczasowo. W końcu wagon parowy jest jak Sfinks. Idea samochodu parowego (czyli napędzanego silnikiem spalinowym) jest nadal aktualna.

W świadomości większości ludzi w dobie smartfonów samochody napędzane parą są czymś archaicznym, co wywołuje uśmiech.

Tak więc w 1865 roku Anglia wprowadziła zakaz ruchu szybkich wagonów o napędzie parowym z własnym napędem. Zakazano poruszania się po mieście z prędkością większą niż 3 km/h oraz niewypuszczania kłębów pary, aby nie spłoszyć koni zaprzężonych w zwykłe powozy. Najpoważniejszy i najbardziej namacalny cios dla ciężarówek o napędzie parowym nastąpił w 1933 r. wraz z wprowadzeniem ustawy o podatku od pojazdów ciężkich. Dopiero w 1934 roku, kiedy obniżono cła na import produktów naftowych, na horyzoncie rysowało się zwycięstwo silników benzynowych i wysokoprężnych nad silnikami parowymi.

Tylko Anglia mogła sobie pozwolić na tak eleganckie i spokojne kpiny z postępu. W USA, Francji i Włoszech środowisko entuzjastycznych wynalazców dosłownie kipiało pomysłami, a wagon parowy nabrał nowych kształtów i właściwości. Choć wynalazki angielskie wniosły znaczący wkład w rozwój pojazdów parowych, prawa i uprzedzenia władz nie pozwoliły im w pełni uczestniczyć w walce z silnikami spalinowymi. Ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.

Odniesienie prehistoryczne

Historia rozwoju samochodu parowego jest nierozerwalnie związana z historią powstania i udoskonalenia maszyny parowej. Kiedy w I wieku n.e. mi. Heron z Aleksandrii zaproponował swój pomysł wprawienia pary w obrót metalowej kuli, jednak jego pomysł został potraktowany jedynie jako zabawa. Niezależnie od tego, czy wynalazców bardziej niepokoiły inne pomysły, pierwszą osobą, która postawiła kocioł parowy na kołach, był mnich Ferdynand Verbst. W 1672 r. Jego „zabawkę” również traktowano jako zabawę. Ale następne czterdzieści lat nie poszło na marne dla historii maszyny parowej.

Konstrukcja samobieżnego powozu Izaaka Newtona (1680), aparat ogniowy mechanika Thomasa Savery’ego (1698) i silnik atmosferyczny Thomasa Newcomena (1712) pokazały ogromny potencjał wykorzystania pary do wykonywania prac mechanicznych. Początkowo maszyny parowe pompowały wodę z kopalń i podnosiły ładunki, ale w połowie XVIII wieku w przedsiębiorstwach w Anglii istniało już kilkaset takich instalacji parowych.

Co to jest maszyna parowa? Jak para może poruszać kołami? Zasada działania silnika parowego jest prosta. Woda podgrzewana jest w zamkniętym zbiorniku do stanu pary. Para jest odprowadzana rurkami do zamkniętego cylindra i wyciskana przez tłok. Poprzez pośredni korbowód ten ruch postępowy jest przenoszony na wał koła zamachowego.

Ten zasadniczy schemat działania kotła parowego w praktyce miał istotne wady.

Pierwsza porcja pary buchnęła chmurami, a schłodzony tłok pod własnym ciężarem opadł do następnego suwu. Ten zasadniczy schemat działania kotła parowego w praktyce miał istotne wady. Brak układu regulacji ciśnienia pary często prowadził do eksplozji kotła. Doprowadzenie kotła do stanu używalności wymagało dużo czasu i paliwa. Ciągłe tankowanie i gigantyczne rozmiary elektrowni parowej tylko powiększały listę jej wad.

Nowa maszyna została zaproponowana w 1765 roku przez Jamesa Watta. Skierował wyciśniętą przez tłok parę do dodatkowej komory kondensacyjnej i wyeliminował konieczność ciągłego dodawania wody do kotła. Wreszcie w 1784 roku rozwiązał problem redystrybucji ruchu pary tak, aby pchała tłok w obie strony. Dzięki stworzonej przez niego szpuli silnik parowy mógł pracować bez przerw między pociągnięciami. Ta zasada silnika cieplnego dwustronnego działania stanowiła podstawę większości technologii parowej.

Nad stworzeniem silników parowych pracowało wielu mądrych ludzi. Przecież jest to prosty i tani sposób na pozyskanie energii praktycznie z niczego.

Krótka wycieczka do historii samochodów o napędzie parowym

Jednak niezależnie od tego, jak wspaniałe były sukcesy Brytyjczyków w tej dziedzinie, pierwszym, który umieścił silnik parowy na kołach, był Francuz Nicolas Joseph Cugnot.

Pierwszy samochód parowy Cugno

Jego samochód pojawił się na drogach w 1765 roku. Prędkość wózka była rekordowa – 9,5 km/h. Wynalazca przewidział w nim cztery siedzenia dla pasażerów, których można było zabrać na przejażdżkę ze średnią prędkością 3,5 km/h. Ten sukces wydawał się wynalazcy niewystarczający.

Konieczność postoju, aby napełnić wodą i rozpalić nowy ogień co kilometr podróży, nie była znaczącą wadą, a jedynie stanem techniki tamtych czasów.

Postanowił wynaleźć traktor armatni. W ten sposób narodził się trójkołowy wózek z masywnym kotłem z przodu. Konieczność postoju, aby napełnić wodą i rozpalić nowy ogień co kilometr podróży, nie była znaczącą wadą, a jedynie stanem techniki tamtych czasów.

Kolejny model Cugno, z 1770 roku, ważył około półtorej tony. Nowy wózek mógł przewozić około dwóch ton ładunku z prędkością 7 km/h.

Maestro Cugno był bardziej zainteresowany ideą stworzenia wysokociśnieniowego silnika parowego. Nawet nie przejmował się faktem, że kocioł może eksplodować. To Cunho wpadł na pomysł umieszczenia paleniska pod kotłem i niesienia „ognia” ze sobą. Ponadto jego „wózek” można słusznie nazwać pierwszą ciężarówką. Rezygnacja patrona i seria rewolucji nie dała mistrzowi możliwości rozwinięcia modelu w pełnoprawną ciężarówkę.

Samouk Oliver Evans i jego płaz

Pomysł stworzenia silników parowych miał uniwersalne proporcje. W stanach Ameryki Północnej wynalazca Oliver Evans stworzył około pięćdziesięciu instalacji parowych opartych na maszynie Watta. Próbując zmniejszyć rozmiary instalacji Jamesa Watta, zaprojektował silniki parowe dla młynów. Jednak Oliver Evans zyskał światową sławę dzięki swojemu amfibii parowemu. W 1789 roku jego pierwszy samochód w Stanach Zjednoczonych pomyślnie przeszedł testy na lądzie i wodzie.

Na swojej płazie, którą można nazwać prototypem pojazdów terenowych, Evans zainstalował maszynę o ciśnieniu pary wynoszącym dziesięć atmosfer!

Dziewięciometrowa łódź samochodowa ważyła około 15 ton. Silnik parowy napędzał tylne koła i śmigło. Nawiasem mówiąc, Oliver Evans był także zwolennikiem stworzenia wysokociśnieniowego silnika parowego. Na swojej płazie, którą można nazwać prototypem pojazdów terenowych, Evans zainstalował maszynę o ciśnieniu pary wynoszącym dziesięć atmosfer!

Gdyby wynalazcy XVIII i XIX wieku mieli technologię XXI wieku na wyciągnięcie ręki, czy możesz sobie wyobrazić, ile technologii by wymyślili!? I jaka technologia!

XX w. i 204 km/h w wagonie parowym Stanley

Tak! Wiek XVIII dał potężny impuls do rozwoju transportu parowego. Liczne i różnorodne konstrukcje samobieżnych wagonów parowych zaczęły coraz bardziej rozrzedzać transport konny na drogach Europy i Ameryki. Na początku XX wieku samochody parowe znacznie się rozpowszechniły i stały się znanym symbolem swoich czasów. Podobnie jak fotografia.

Wiek XVIII dał potężny impuls do rozwoju transportu parowego

To właśnie ich firmę fotograficzną sprzedali bracia Stanley, gdy w 1897 roku postanowili poważnie zaangażować się w produkcję samochodów parowych w USA. Stworzyli świetnie sprzedające się samochody parowe. Ale to nie wystarczyło, aby zrealizować swoje ambitne plany. W końcu byli tylko jednym z wielu podobnych producentów samochodów. Tak było, dopóki nie zaprojektowali swojej „rakiety”.

To właśnie ich firmę fotograficzną sprzedali bracia Stanley, gdy w 1897 roku postanowili poważnie zaangażować się w produkcję samochodów parowych w USA.

Oczywiście samochody Stanleya cieszyły się opinią samochodów niezawodnych. Agregat parowy umieszczono z tyłu, a kocioł ogrzewano palnikami benzynowymi lub naftowymi. Koło zamachowe dwucylindrowego silnika parowego dwustronnego działania obraca się na tylną oś za pośrednictwem napędu łańcuchowego. Nie było przypadków eksplozji kotłów w Stanley Steamer. Ale potrzebowali sensacji.

Oczywiście samochody Stanleya cieszyły się opinią samochodów niezawodnych.

Swoją „rakietą” wywołali sensację na całym świecie. 205,4 km/h w 1906 roku! Nikt nigdy nie jechał tak szybko! Samochód z silnikiem spalinowym pobił ten rekord dopiero 5 lat później. Parowa sklejka Stanleya „Rocket” zdefiniowała kształt samochodów wyścigowych na wiele lat. Jednak po 1917 roku Stanley Steamer był coraz bardziej sfrustrowany konkurencją taniego Forda T i zrezygnował.

Unikalne wagony parowe braci Doble

Ta słynna rodzina zdołała zapewnić przyzwoitą odporność silnikom benzynowym aż do początku lat 30. XX wieku. Nie budowali samochodów dla rekordów. Bracia naprawdę kochali swoje samochody parowe. W przeciwnym razie jak inaczej wytłumaczyć wymyślony przez nich grzejnik o strukturze plastra miodu i przycisk zapłonu? Ich modele nie przypominały małych lokomotyw.

Bracia Abner i John zrewolucjonizowali transport parowy.

Bracia Abner i John zrewolucjonizowali transport parowy. Jego samochód nie musiał się rozgrzewać przez 10–20 minut, aby ruszyć. Przycisk zapłonu pompował naftę z gaźnika do komory spalania. Dotarł tam po zapłonie ze świecą. Woda nagrzała się w ciągu kilku sekund, a po półtorej minucie para wytworzyła niezbędne ciśnienie i można było płynąć.

Parę wylotową kierowano do chłodnicy w celu skroplenia i przygotowania do kolejnych cykli. Dlatego do bezproblemowego przejechania 2000 km samochody Doblov potrzebowały jedynie dziewięćdziesięciu litrów wody w układzie i kilku litrów nafty. Nikt nie był w stanie zaoferować takiej wydajności! Być może to właśnie na Detroit Auto Show w 1917 roku Stanleyowie poznali model braci Doble i zaczęli wycofywać swoją produkcję.

Model E stał się najbardziej luksusowym samochodem drugiej połowy lat 20. i najnowszą wersją parowozu Doblov. Skórzane wnętrze, polerowane drewno i elementy kości słonia zachwyciły zamożnych właścicieli wewnątrz samochodu. W takiej kabinie można było cieszyć się przebiegiem z prędkością do 160 km/h. Moment zapłonu od momentu startu dzieliło zaledwie 25 sekund. Aby samochód ważący 1,2 tony rozpędził się do 120 km/h, potrzeba było kolejnych 10 sekund!

Wszystkie te cechy prędkości zostały osadzone w czterocylindrowym silniku. Dwa tłoki wypychały parę pod wysokim ciśnieniem 140 atmosfer, a pozostałe dwa tłoczyły schłodzoną parę o niskim ciśnieniu do chłodnicy skraplacza o strukturze plastra miodu. Ale w pierwszej połowie lat 30. te piękności braci Doble nie były już produkowane.

Ciężarówki parowe

Nie można jednak zapominać, że trakcja parowa prężnie rozwijała się także w transporcie towarowym. To właśnie w miastach samochody parowe wywoływały alergie wśród snobów. Ale ładunek musi być dostarczony przy każdej pogodzie i nie tylko na terenie miasta. A co z autobusami międzymiastowymi i sprzętem wojskowym? Małymi samochodami tam nie uciekniesz.

Transport towarowy ma jedną zasadniczą przewagę nad transportem pasażerskim – wymiary.

Transport towarowy ma jedną zasadniczą przewagę nad transportem pasażerskim – wymiary. Pozwalają na umieszczenie potężnych elektrowni w dowolnym miejscu samochodu. Co więcej, zwiększy to tylko ładowność i zdolność przełajową. Jeśli chodzi o wygląd ciężarówki, ludzie nie zawsze zwracali na to uwagę.

Wśród ciężarówek parowych chciałbym wyróżnić angielski Sentinel i radziecki NAMI. Oczywiście było wiele innych, na przykład Foden, Fowler, Yorkshire. Jednak to właśnie Sentinel i NAMI okazały się najtrwalsze i produkowane były do ​​końca lat 50. ubiegłego wieku. Mogły pracować na dowolnym paliwie stałym - węglu, drewnie, torfie. „Wszystkożerny” charakter tych parowozów wyprowadził je poza wpływ cen produktów naftowych, a także umożliwił wykorzystanie ich w trudno dostępnych miejscach.

Ciężko pracujący Strażnik z angielskim akcentem

Te dwie ciężarówki różnią się nie tylko krajem produkcji. Odmienne były także zasady lokalizacji wytwornic pary. Strażnicy charakteryzują się górnym i dolnym położeniem maszyn parowych względem kotła. Umieszczony u góry generator pary dostarczał gorącą parę bezpośrednio do komory silnika, która była połączona z osiami za pomocą układu wałów kardana. Gdy silnik parowy znajdował się na dole, czyli na podwoziu, kocioł podgrzewał wodę i rurami dostarczał parę do silnika, co gwarantowało utratę temperatury.

Strażnicy charakteryzują się górnym i dolnym położeniem maszyn parowych względem kotła.

Typowa dla obu typów była obecność przekładni łańcuchowej od koła zamachowego maszyny parowej do kardana. Umożliwiło to projektantom ujednolicenie produkcji Sentineli w zależności od klienta. Dla gorących krajów, takich jak Indie, produkowano ciężarówki parowe z niższym, oddzielnym kotłem i silnikiem. Dla krajów o mroźnych zimach - z górnym, kombinowanym typem.

Dla gorących krajów, takich jak Indie, produkowano ciężarówki parowe z niższym, oddzielnym kotłem i silnikiem.

W ciężarówkach tych zastosowano wiele sprawdzonych technologii. Cewki i zawory rozprowadzające parę, silniki jednostronnego i dwustronnego działania, wysoko i niskociśnieniowe, ze skrzynią biegów lub bez. Nie przedłużyło to jednak żywotności angielskich ciężarówek parowych. Choć produkowane były do ​​końca lat 50. XX wieku, a nawet służyły wojsku przed i w czasie II wojny światowej, to nadal były nieporęczne i przypominały nieco lokomotywy parowe. A ponieważ nie było zainteresowanych ich radykalną modernizacją, ich los był przesądzony.

Choć produkowane były do ​​końca lat 50. XX wieku i służyły nawet przed i w czasie II wojny światowej, to nadal były nieporęczne i przypominały nieco parowozy.

Kogo to obchodzi, ale nie nas – USA

Aby ożywić wyniszczoną wojną gospodarkę Związku Radzieckiego, należało znaleźć sposób, aby nie marnować zasobów ropy naftowej, przynajmniej w trudno dostępnych miejscach – na północy kraju i na Syberii. Radzieccy inżynierowie mieli możliwość przestudiowania konstrukcji czterocylindrowego silnika parowego bezpośredniego działania montowanego nad głową Sentinela i opracowania „odpowiedzi na Chamberlaina”.

W latach 30. rosyjskie instytuty i biura projektowe wielokrotnie podejmowały próby stworzenia alternatywnej ciężarówki dla przemysłu drzewnego.

W latach 30. rosyjskie instytuty i biura projektowe wielokrotnie podejmowały próby stworzenia alternatywnej ciężarówki dla przemysłu drzewnego. Ale za każdym razem sprawa zatrzymywała się na etapie testów. Korzystając z własnego doświadczenia i możliwości zbadania zdobytych pojazdów parowych, inżynierom udało się przekonać władze kraju o potrzebie posiadania takiej ciężarówki parowej. Co więcej, benzyna kosztuje 24 razy więcej niż węgiel. O koszcie drewna opałowego w tajdze w ogóle nie trzeba wspominać.

Grupa projektantów pod przewodnictwem Yu Shebalina maksymalnie uprościła jednostkę parową jako całość. Połączyli czterocylindrowy silnik i kocioł w jedną jednostkę i umieścili ją pomiędzy nadwoziem a kabiną. Zainstalowaliśmy tę instalację na podwoziu seryjnego YaAZ (MAZ)-200. Praca pary i jej kondensacja zostały połączone w obiegu zamkniętym. Dostawy wlewków drzewnych z bunkra odbywały się automatycznie.

Tak narodził się NAMI-012, a właściwie na leśnych drogach. Oczywiście zasadę bunkrowego zasilania paliwem stałym i umiejscowienie silnika parowego na ciężarówce zapożyczono z praktyki elektrowni gazotwórczych.

Losy właściciela lasów – NAMI-012

Charakterystyka krajowej ciężarówki parowej z platformą i przewoźnika drewna NAMI-012 była następująca

• Ładowność – 6 ton
• Prędkość – 45 km/h
• Zasięg bez tankowania wynosi 80 km, jeśli udało się uzupełnić zapasy wody, to 150 km
• Moment obrotowy przy niskich prędkościach – 240 kgm, czyli prawie 5 razy więcej niż podstawowy YaAZ-200
• Kocioł z naturalnym obiegiem wytworzył ciśnienie 25 atmosfer i doprowadził parę do temperatury 420°C
• Możliwe było uzupełnianie zapasów wody bezpośrednio ze zbiornika za pomocą eżektorów
• Całkowicie metalowa kabina nie miała maski i została przesunięta do przodu
• Prędkość kontrolowano objętością pary w silniku za pomocą dźwigni podawania/odcinania. Z jego pomocą cylindry zostały napełnione o 25/40/75%.
• Jeden bieg wsteczny i trzy pedały sterujące.

Poważnymi wadami wozu parowego było zużycie 400 kg drewna opałowego na 100 km podróży oraz konieczność usuwania wody z kotła w zimne dni.

Poważnymi wadami wozu parowego było zużycie 400 kg drewna opałowego na 100 km podróży oraz konieczność usuwania wody z kotła w chłodne dni. Jednak główną wadą występującą w pierwszej próbce była słaba zdolność przełajowa po rozładunku. Następnie okazało się, że oś przednia była przeciążona kabiną i zespołem parowym w porównaniu do tylnej. Poradzili sobie z tym zadaniem, instalując zmodernizowaną elektrownię parową na napędzie na wszystkie koła YaAZ-214. Teraz moc ciężarówki do przewozu drewna NAMI-018 została zwiększona do 125 koni mechanicznych.

Ale nie mając czasu na rozprzestrzenienie się po całym kraju, wszystkie ciężarówki z generatorami pary zostały wyrzucone w drugiej połowie lat 50. ubiegłego wieku.

Ale nie mając czasu na rozprzestrzenienie się po całym kraju, wszystkie ciężarówki z generatorami pary zostały wyrzucone w drugiej połowie lat 50. ubiegłego wieku. Jednak razem z generatorami gazu. Ponieważ koszt przebudowy pojazdów, skutki ekonomiczne i łatwość użytkowania były pracochłonne i wątpliwe w porównaniu z ciężarówkami benzynowymi i wysokoprężnymi. Co więcej, w tym czasie w Związku Radzieckim rozpoczęto już produkcję ropy.

Szybki i niedrogi nowoczesny wagon parowy

Nie myślcie, że idea samochodu napędzanego parą zostanie zapomniana na zawsze. Obecnie obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania silnikami stanowiącymi alternatywę dla silników spalinowych zasilanych benzyną i olejem napędowym. Światowe zasoby ropy naftowej nie są nieograniczone. Tak, a koszty produktów naftowych stale rosną. Projektanci tak bardzo starali się ulepszyć silnik spalinowy, że ich pomysły niemal osiągnęły limit.

Samochody elektryczne, wodorowe, gazowe i parowe znów stały się gorącymi tematami. Witaj, zapomniany XIX wieku!

Obecnie obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania silnikami stanowiącymi alternatywę dla silników spalinowych zasilanych benzyną i olejem napędowym.

Brytyjski inżynier (znowu Anglia!) zademonstrował nowe możliwości maszyny parowej. Stworzył swoją Inspurację nie tylko po to, aby zademonstrować znaczenie samochodów o napędzie parowym. Jego pomysł jest stworzony do nagrań. 274 km/h – taką prędkość osiąga dwanaście kotłów zainstalowanych na 7,6-metrowym wagonie. Wystarczy 40 litrów wody, aby skroplony gaz w ciągu jednej chwili podniósł temperaturę pary do 400°C. Pomyśl tylko, historia potrzebowała 103 lat, aby pobić rekord prędkości samochodu parowego ustanowiony przez Rocket!

W nowoczesnej wytwornicy pary można zastosować węgiel w postaci proszku lub inne tanie paliwo, na przykład olej opałowy, gaz skroplony. Dlatego właśnie samochody parowe zawsze były i będą popularne.

Aby jednak nadeszła przyszłość przyjazna środowisku, ponownie konieczne jest pokonanie oporu lobbystów naftowych.

Zasada działania maszyny parowej

Zawartość

adnotacja

1. Część teoretyczna

1.1 Łańcuch czasowy

1.2 Silnik parowy

1.2.1 Kocioł parowy

1.2.2 Turbiny parowe

1.3 Silniki parowe

1.3.1 Pierwsze parowce

1.3.2 Narodziny jednośladów

1.4 Zastosowanie maszyn parowych

1.4.1 Zaleta silników parowych

1.4.2 Wydajność

2. Część praktyczna

2.1 Budowa mechanizmu

2.2 Sposoby poprawy maszyny i jej wydajności

2.3 Kwestionariusz

Wniosek

Bibliografia

Aplikacja

silnik parowyprzydatna akcja

adnotacja

Niniejsza praca naukowa składa się z 32 arkuszy i zawiera część teoretyczną, część praktyczną, wniosek oraz zakończenie. W części teoretycznej poznasz zasadę działania silników parowych i mechanizmów, ich historię i rolę ich zastosowania w życiu. Część praktyczna szczegółowo opisuje proces projektowania i testowania mechanizmu parowego w domu. Ta praca naukowa może służyć jako wyraźny przykład działania i wykorzystania energii pary.

Wstęp

Świat poddany wszelkim kaprysom natury, w którym maszyny napędzane są siłą mięśni lub siłą kół wodnych i wiatraków – taki był świat technologii jeszcze przed wynalezieniem maszyny parowej para wodna wydobywająca się z płonącego naczynia jest w stanie przesunąć przeszkodę (na przykład kartkę papieru) znajdującą się na jej drodze. To skłoniło człowieka do zastanowienia się, w jaki sposób można wykorzystać parę jako płyn roboczy. W rezultacie, po wielu eksperymentach, pojawił się silnik parowy. I wyobraźcie sobie fabryki z dymiącymi kominami, silnikami parowymi i turbinami, lokomotywami parowymi i statkami parowymi - cały złożony i potężny świat technologii parowej stworzony przez człowieka jedyny uniwersalny silnik i odegrał ogromną rolę w rozwoju ludzkości. Wynalazek Silnik parowy stał się impulsem do dalszego rozwoju środków transportu. Przez sto lat był to jedyny silnik przemysłowy, którego wszechstronność pozwoliła na zastosowanie go w fabrykach, na kolei i w marynarce wojennej. Wynalezienie maszyny parowej to ogromny przełom, który stał na przełomie dwóch epok. A wieki później pełne znaczenie tego wynalazku odczuwa się jeszcze bardziej dotkliwie.

Hipoteza:

Czy można własnoręcznie zbudować prosty mechanizm działający na parę?

Cel pracy: zaprojektowanie mechanizmu zdolnego poruszać się na parze.

Cel badawczy:

1. Studiuj literaturę naukową.

2. Zaprojektuj i zbuduj prosty mechanizm działający na parę.

3. Rozważ możliwości zwiększenia wydajności w przyszłości.

Ta praca naukowa będzie służyć jako przewodnik na lekcjach fizyki dla szkół średnich i dla tych, którzy są zainteresowani tym tematem.

1. TeoRmiczęść tikowa

Silnik parowy to termiczny silnik tłokowy, w którym energia potencjalna pary wodnej pochodzącej z kotła parowego zamieniana jest na pracę mechaniczną poprzez ruch posuwisto-zwrotny tłoka lub ruch obrotowy wału.

Para jest jednym z powszechnych czynników chłodzących w układach termicznych z podgrzaną cieczą lub gazowym płynem roboczym, wraz z wodą i olejami termicznymi. Para wodna ma szereg zalet, do których można zaliczyć łatwość i elastyczność stosowania, niską toksyczność oraz możliwość dostarczenia znacznej ilości energii do procesu technologicznego. Można go stosować w różnorodnych układach wymagających bezpośredniego kontaktu chłodziwa z różnymi elementami wyposażenia, skutecznie pomagając obniżyć koszty energii, zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych i szybko się zwrócić.

Prawo zachowania energii jest podstawowym prawem natury, ustalonym empirycznie, które stwierdza, że ​​energia izolowanego (zamkniętego) układu fizycznego jest zachowywana w czasie. Innymi słowy, energia nie może powstać z niczego i nie może zniknąć w nicości, może jedynie przechodzić z jednej formy do drugiej. Z fundamentalnego punktu widzenia, zgodnie z twierdzeniem Noether, prawo zachowania energii jest konsekwencją jednorodności czasu i w tym sensie jest uniwersalne, to znaczy właściwe dla układów o bardzo różnych naturach fizycznych.

1.1 Łańcuch czasowy

4000 lat p.n.e mi. - człowiek wynalazł koło.

3000 pne mi. - Pierwsze drogi pojawiły się w starożytnym Rzymie.

2000 p.n.e mi. - koło nabrało dla nas bardziej znajomego wyglądu. Ma teraz piastę, obręcz i łączące je szprychy.

1700 p.n.e mi. - pojawiły się pierwsze drogi wyłożone drewnianymi klockami.

312 p.n.e mi. - Pierwsze kamienne drogi powstały w starożytnym Rzymie. Grubość kamieniarki sięgała jednego metra.

1405 – pojawiły się pierwsze wiosenne powozy konne.

1510 - powóz konny zyskał nadwozie ze ścianami i dachem. Pasażerowie mogli podczas podróży zabezpieczyć się przed złą pogodą.

1526 - Niemiecki naukowiec i artysta Albrecht Durer opracował ciekawy projekt „powozu bez konia” napędzanego siłą mięśni ludzi. Osoby idące z boku powozu obracały specjalne uchwyty. Obrót ten przenoszony był na koła wózka za pomocą mechanizmu ślimakowego. Niestety wózek nie został wykonany.

1600 - Simon Stevin zbudował jacht na kołach, który poruszał się pod wpływem wiatru. Stał się pierwszym projektem bezkonnego powozu.

1610 - wagony przeszły dwie istotne ulepszenia. Po pierwsze, zawodne i zbyt miękkie pasy, które kołyszą pasażerów podczas podróży, zastąpiono stalowymi sprężynami. Po drugie, ulepszono uprzęże dla koni. Teraz koń ciągnął powóz nie szyją, ale klatką piersiową.

1649 - przeprowadzono pierwsze próby wykorzystania jako siły napędowej sprężyny wcześniej skręconej przez człowieka. Powóz napędzany sprężyną został zbudowany przez Johanna Hautscha w Norymberdze. Historycy kwestionują jednak tę informację, gdyż istnieje wersja mówiąca, że ​​zamiast dużej sprężyny w powozie siedział człowiek, który wprawił mechanizm w ruch.

1680 – w dużych miastach pojawiły się pierwsze przykłady komunikacji miejskiej konnej.

1690 - Stefan Farffler z Norymbergi stworzył trójkołowy wózek, który poruszał się za pomocą dwóch obracanych ręcznie uchwytów. Dzięki temu napędowi projektant wózka mógł przemieszczać się z miejsca na miejsce bez użycia nóg.

1698 - Anglik Thomas Savery zbudował pierwszy kocioł parowy.

1741 - Rosyjski mechanik samouk Leonty Łukjanowicz Szamszurenkow wysłał „raport” z opisem „samobieżnego wózka” do urzędu prowincji w Niżnym Nowogrodzie.

1769 – Francuski wynalazca Cugnot zbudował pierwszy na świecie samochód parowy.

1784 – James Watt stworzył pierwszą maszynę parową.

1791 - Iwan Kulibin zaprojektował trójkołowy pojazd z własnym napędem, mogący pomieścić dwóch pasażerów. Napęd odbywał się za pomocą mechanizmu pedałowego.

1794 - Przekazano maszynę parową Cugnota do „składnicy maszyn, narzędzi, modeli, rysunków i opisów wszelkiego rodzaju rzemiosła artystycznego” jako kolejną ciekawostkę mechaniczną.

1800 - istnieje opinia, że ​​​​to właśnie w Rosji zbudowano pierwszy na świecie rower. Jego autorem był poddany Efim Artamonow.

1808 - na ulicach Paryża pojawił się pierwszy francuski rower. Wykonany był z drewna i składał się z poprzeczki łączącej dwa koła. W odróżnieniu od współczesnego roweru nie posiadał on kierownicy ani pedałów.

1810 - W Ameryce i krajach europejskich zaczął pojawiać się przemysł powozowy. W dużych miastach całe ulice, a nawet dzielnice były zamieszkane przez producentów powozów.

1816 – Niemiecki wynalazca Karl Friedrich Dries zbudował maszynę przypominającą nowoczesny rower. Gdy tylko pojawiła się na ulicach miasta, otrzymała miano „działającej maszyny”, gdyż jej właściciel, odpychając się nogami, w rzeczywistości biegał po ziemi.

1834 - w Paryżu przeprowadzono próby załogi żaglowej zaprojektowanej przez M. Hakueta. Załoga ta posiadała maszt o wysokości 12 m.

1868 – uważa się, że w tym roku Francuz Erne Michaud stworzył prototyp nowoczesnego motocykla.

1871 – Francuski wynalazca Louis Perrault opracował silnik parowy do roweru.

1874 - w Rosji zbudowano parowy ciągnik kołowy. Jako prototyp wykorzystano angielski samochód „Evelyn Porter”.

1875 - W Paryżu odbyła się demonstracja pierwszej maszyny parowej Amadeus Bdlli.

1884 - Amerykanin Louis Copland zbudował motocykl z silnikiem parowym zamontowanym nad przednim kołem. Konstrukcja ta mogła przyspieszyć do 18 km/h.

1901 - parowóz pasażerski został zbudowany w Rosji przez moskiewską fabrykę rowerów „Dux”.

1902 - Leon Serpollet w jednym ze swoich wagonów parowych ustanowił światowy rekord prędkości 120 km/h.

Rok później ustanowił kolejny rekord – 144 km/h.

1905 - Amerykanin F. Marriott przekroczył w wagonie parowym prędkość 200 km

1.2 Parowasilnik

Silnik napędzany siłą pary. Do napędu wykorzystywana jest para powstająca podczas podgrzewania wody. W niektórych silnikach siła pary powoduje ruch tłoków znajdujących się w cylindrach. Tworzy to ruch posuwisto-zwrotny. Podłączony mechanizm zwykle przekształca go w ruch obrotowy. Lokomotywy parowe wykorzystują silniki tłokowe. Jako silniki wykorzystuje się także turbiny parowe, które zapewniają bezpośredni ruch obrotowy poprzez obrót szeregu kół z łopatkami. Turbiny parowe napędzają generatory elektrowni i śruby napędowe statków. W każdym silniku parowym ciepło powstające podczas podgrzewania wody w kotle parowym (kotle) ​​zamieniane jest na energię ruchu. Ciepło może pochodzić ze spalania paliwa w piecu lub z reaktora jądrowego. Pierwszą maszyną parową w historii był rodzaj pompy używanej do wypompowywania wody zalewającej kopalnie. Został wynaleziony w 1689 roku przez Thomasa Savery’ego. W tej maszynie, bardzo prostej w konstrukcji, para wodna skraplała się do niewielkiej ilości wody, w wyniku czego wytworzyła się częściowa próżnia, dzięki której woda była odsysana z szybu kopalnianego. W 1712 roku Thomas Newcomen wynalazł pompę tłokową napędzaną parą. W latach 60. XVIII w. James Watt ulepszył konstrukcję Newcomena i stworzył znacznie wydajniejsze silniki parowe. Wkrótce zaczęto je wykorzystywać w fabrykach do napędzania maszyn. W 1884 roku angielski inżynier Charles Parson (1854-1931) wynalazł pierwszą praktyczną turbinę parową. Jego konstrukcje okazały się tak skuteczne, że wkrótce zaczęto je zastępować w elektrowniach tłokowe silniki parowe. Najbardziej niesamowitym osiągnięciem w dziedzinie silników parowych było stworzenie całkowicie zamkniętego, mikroskopijnego silnika parowego. Japońscy naukowcy stworzyli go, korzystając z metod stosowanych przy budowie układów scalonych. Mały prąd przepływający przez elektryczny element grzejny zamienia kroplę wody w parę, która porusza tłok. Teraz naukowcy muszą odkryć, w jakich obszarach to urządzenie może znaleźć praktyczne zastosowanie.

Wynalezienie silników parowych było punktem zwrotnym w historii ludzkości. Gdzieś na przełomie XVII i XVIII w. rozpoczęła się wymiana nieefektywnej pracy ręcznej, kół wodnych i zupełnie nowych, unikalnych mechanizmów - maszyn parowych. To dzięki nim możliwe stały się rewolucje techniczne i przemysłowe, a w zasadzie cały postęp ludzkości.

Ale kto wynalazł maszynę parową? Komu ludzkość to zawdzięcza? A kiedy to było? Postaramy się znaleźć odpowiedzi na wszystkie te pytania.

Jeszcze przed naszą erą

Historia powstania silnika parowego rozpoczyna się w pierwszych wiekach p.n.e. Czapla z Aleksandrii opisał mechanizm, który zaczął działać dopiero po wystawieniu go na działanie pary. Urządzeniem była kula, do której przymocowano dysze. Para wydobywała się z dysz stycznie, powodując w ten sposób obrót silnika. Było to pierwsze urządzenie napędzane parą.

Twórcą silnika parowego (a raczej turbiny) jest Taghi al-Dinome (arabski filozof, inżynier i astronom). Jego wynalazek stał się szeroko znany w Egipcie w XVI wieku. Mechanizm zaprojektowano w następujący sposób: strumienie pary kierowano bezpośrednio na mechanizm z łopatkami, a gdy wydobywał się dym, łopatki obracały się. Włoski inżynier Giovanni Branca zaproponował coś podobnego w 1629 roku. Główną wadą wszystkich tych wynalazków było zbyt duże zużycie pary, co z kolei wymagało ogromnych ilości energii i było niepraktyczne. Rozwój został wstrzymany, ponieważ wiedza naukowa i techniczna ludzkości w tamtym czasie nie była wystarczająca. Poza tym nie było w ogóle potrzeby stosowania takich wynalazków.

Rozwój

Do XVII wieku stworzenie maszyny parowej było niemożliwe. Ale gdy tylko poziom rozwoju człowieka wzrósł, natychmiast pojawiły się pierwsze kopie i wynalazki. Chociaż nikt wtedy nie traktował ich poważnie. Na przykład w 1663 roku angielski naukowiec opublikował w prasie projekt swojego wynalazku, który zainstalował w zamku Raglan. Jego urządzenie służyło do podnoszenia wody na ściany wież. Jednak, jak wszystko nowe i nieznane, projekt ten przyjęto z wątpliwościami i nie było sponsorów dla jego dalszego rozwoju.

Historia powstania silnika parowego rozpoczyna się od wynalezienia silnika parowo-atmosferycznego. W 1681 roku francuski naukowiec wynalazł urządzenie pompujące wodę z kopalń. Początkowo jako siłę napędową wykorzystywano proch strzelniczy, później zastąpiono go parą wodną. Tak pojawiła się maszyna parowo-atmosferyczna. Ogromny wkład w jego udoskonalenie wnieśli naukowcy z Anglii Thomas Newcomen i Thomas Severen. Nieocenionej pomocy udzielił także rosyjski wynalazca samouk Iwan Połzunow.

Nieudana próba Papena

Maszyna parowo-atmosferyczna, wówczas daleka od doskonałości, wzbudziła szczególne zainteresowanie w dziedzinie przemysłu stoczniowego. Ostatnie oszczędności D. Papen wydał na zakup małego statku, na którym rozpoczął montaż własnej produkcji parowo-atmosferycznej maszyny do podnoszenia wody. Mechanizm działania polegał na tym, że woda spadając z wysokości, zaczęła obracać koła.

Wynalazca przeprowadził swoje badania w 1707 roku na rzece Fuldzie. Wiele osób zebrało się, aby popatrzeć na cud: statek poruszający się po rzece bez żagli i wioseł. Jednak podczas testów doszło do katastrofy: silnik eksplodował, a kilka osób zginęło. Władze rozgniewały się na nieudanego wynalazcę i zakazały mu wszelkich prac i projektów. Statek został skonfiskowany i zniszczony, a kilka lat później sam Papen zmarł.

Błąd

Parowiec Papen miał następującą zasadę działania. Na dno cylindra trzeba było wlać niewielką ilość wody. Pod samym cylindrem znajdował się kocioł, który służył do podgrzewania cieczy. Kiedy woda zaczęła się gotować, powstająca para rozprężyła się i uniosła tłok. Powietrze wypychane było z przestrzeni nad tłokiem poprzez specjalnie wyposażony zawór. Gdy woda się zagotowała i zaczęła wydobywać się para, należało wyjąć frytownicę, zamknąć zawór w celu usunięcia powietrza i ochłodzić ścianki cylindra zimną wodą. Dzięki takim działaniom para w cylindrze uległa skropleniu, pod tłokiem utworzyła się próżnia, a pod wpływem siły ciśnienia atmosferycznego tłok powrócił na swoje pierwotne miejsce. Podczas ruchu w dół wykonano pożyteczną pracę. Jednak wydajność silnika parowego Papena była ujemna. Silnik statku był wyjątkowo nieekonomiczny. A co najważniejsze, był zbyt skomplikowany i niewygodny w użyciu. Dlatego wynalazek Papina od samego początku nie miał przyszłości.

Obserwujący

Na tym jednak historia powstania maszyny parowej się nie zakończyła. Następnym, znacznie większym sukcesem niż Papen, był angielski naukowiec Thomas Newcomen. Długo studiował twórczość swoich poprzedników, skupiając się na słabych punktach. Czerpiąc z ich najlepszej pracy, w 1712 roku stworzył własny aparat. Nowy silnik parowy (pokazany na zdjęciu) został zaprojektowany w następujący sposób: zastosowano cylinder ustawiony pionowo oraz tłok. Newcomen wziął to z pracy Papina. Jednak para utworzyła się już w innym kotle. Wokół tłoka zabezpieczono solidną powłokę, co znacznie zwiększyło szczelność wewnątrz cylindra parowego. Maszyna ta była również parowo-atmosferyczna (woda wypływała z kopalni pod ciśnieniem atmosferycznym). Głównymi wadami wynalazku były jego nieporęczność i nieefektywność: maszyna „zjadła” ogromną ilość węgla. Przyniósł jednak znacznie więcej korzyści niż wynalazek Papena. Dlatego używano go przez prawie pięćdziesiąt lat w lochach i kopalniach. Służył do wypompowywania wód gruntowych, a także do osuszania statków. Próbowałem przekształcić mój samochód, aby nadawał się do użytku w ruchu ulicznym. Jednak wszystkie jego próby zakończyły się niepowodzeniem.

Kolejnym naukowcem, który się ogłosił, był D. Hull z Anglii. W 1736 roku zaprezentował światu swój wynalazek: maszynę parowo-atmosferyczną, która jako napęd posiadała koła łopatkowe. Jego rozwój był bardziej udany niż Papina. Natychmiast wypuszczono kilka takich statków. Używano ich głównie do holowania barek, statków i innych jednostek pływających. Jednak niezawodność silnika parowo-atmosferycznego nie budziła zaufania, a statki były wyposażone w żagle jako główne urządzenie napędowe.

I chociaż Hull miał więcej szczęścia niż Papin, jego wynalazki stopniowo traciły na znaczeniu i zostały porzucone. Jednak ówczesne maszyny parowo-atmosferyczne miały wiele specyficznych wad.

Historia powstania silnika parowego w Rosji

Kolejny przełom nastąpił w Imperium Rosyjskim. W 1766 roku w zakładach metalurgicznych w Barnauł powstała pierwsza maszyna parowa, która za pomocą specjalnych dmuchaw dostarczała powietrze do pieców hutniczych. Jego twórcą był Iwan Iwanowicz Połzunow, który za zasługi dla ojczyzny otrzymał nawet stopień oficerski. Wynalazca przedstawił swoim przełożonym rysunki i plany „wozu strażackiego” zdolnego napędzać miechy dmuchawy.

Jednak los spłatał Połzunowowi okrutny żart: siedem lat po zaakceptowaniu jego projektu i złożeniu samochodu zachorował i zmarł na suchoty – zaledwie tydzień przed rozpoczęciem testów jego silnika. Jednak jego instrukcje wystarczyły, aby uruchomić silnik.

Tak więc 7 sierpnia 1766 r. Uruchomiono i obciążono maszynę parową Połzunowa. Jednak już w listopadzie tego samego roku doszło do jego załamania. Przyczyną okazały się zbyt cienkie ścianki kotła, który nie był przeznaczony do obciążenia. Co więcej, wynalazca napisał w swoich instrukcjach, że kocioł ten może być używany tylko podczas testów. Produkcja nowego kotła z łatwością by się opłaciła, bo sprawność silnika parowego Połzunowa była dodatnia. W ciągu 1023 godzin pracy wytopiono przy jego pomocy ponad 14 funtów srebra!

Ale mimo to nikt nie zaczął naprawiać mechanizmu. Maszyna parowa Polzunowa gromadziła kurz w magazynie przez ponad 15 lat, aż świat przemysłu się zatrzymał i rozwinął. A następnie został całkowicie rozebrany na części. Najwyraźniej w tamtym momencie Rosja nie była jeszcze na tyle dojrzała, aby używać silników parowych.

Wymagania czasu

Tymczasem życie nie stało w miejscu. A ludzkość nieustannie myślała o stworzeniu mechanizmu, który pozwoliłby nam nie polegać na kapryśnej naturze, ale kontrolować własny los. Każdy chciał jak najszybciej porzucić żagiel. Dlatego kwestia stworzenia mechanizmu parowego stale wisiała w powietrzu. W 1753 r. ogłoszono w Paryżu konkurs wśród rzemieślników, naukowców i wynalazców. Akademia Nauk ogłosiła nagrodę dla każdego, kto stworzy mechanizm zastępujący siłę wiatru. Ale pomimo tego, że w konkursie wzięły udział takie umysły jak L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i inni, nikt nie wpadł na realną propozycję.

Minęły lata. A rewolucja przemysłowa objęła coraz więcej krajów. Prymat i przywództwo wśród innych potęg niezmiennie przypadły Anglii. Pod koniec XVIII wieku to Wielka Brytania stała się twórcą wielkiego przemysłu, dzięki czemu zdobyła tytuł światowego monopolisty w tym przemyśle. Kwestia silnika mechanicznego z każdym dniem stawała się coraz bardziej paląca. I taki silnik powstał.

Pierwsza maszyna parowa na świecie

Rok 1784 był dla Anglii i świata punktem zwrotnym w rewolucji przemysłowej. Odpowiedzialnym za to człowiekiem był angielski mechanik James Watt. Stworzony przez niego silnik parowy stał się najsłynniejszym odkryciem stulecia.

Przez kilka lat studiowałem rysunki, budowę i zasadę działania maszyn parowo-atmosferycznych. Na tej podstawie doszedł do wniosku, że aby silnik działał wydajnie, konieczne jest wyrównanie temperatur wody w cylindrze i pary wchodzącej do mechanizmu. Główną wadą maszyn parowo-atmosferycznych była ciągła potrzeba chłodzenia cylindra wodą. To było drogie i niewygodne.

Nowy silnik parowy został zaprojektowany inaczej. Tak więc cylinder został zamknięty w specjalnym płaszczu parowym. W ten sposób Watt osiągnął swój stały stan nagrzania. Wynalazca stworzył specjalne naczynie zanurzone w zimnej wodzie (skraplacz). Cylinder był z nim połączony rurą. Kiedy para została wyczerpana w cylindrze, przeszła rurą do skraplacza i tam ponownie zamieniła się w wodę. Pracując nad udoskonaleniem swojej maszyny, Watt wytworzył próżnię w skraplaczu. W ten sposób cała para wydobywająca się z cylindra została w nim skroplona. Dzięki tej innowacji znacznie przyspieszono proces rozprężania pary, co z kolei umożliwiło wydobycie znacznie większej ilości energii z tej samej ilości pary. Było to ukoronowanie osiągnięcia.

Twórca maszyny parowej zmienił także zasadę dopływu powietrza. Teraz para najpierw spadła pod tłok, podnosząc go, a następnie zebrała się nad tłokiem, obniżając go. Tym samym oba skoki tłoka w mechanizmie stały się sprawne, co wcześniej nie było nawet możliwe. A zużycie węgla na moc było czterokrotnie mniejsze niż odpowiednio w silnikach parowo-atmosferycznych, czego szukał James Watt. Maszyna parowa bardzo szybko podbiła najpierw Wielką Brytanię, a potem cały świat.

„Charlotte Dundas”

Po tym, jak cały świat był zdumiony wynalazkiem Jamesa Watta, rozpoczęło się powszechne stosowanie silników parowych. Tak więc w 1802 roku w Anglii pojawił się pierwszy statek o napędzie parowym - Charlotte Dundas. Za jego twórcę uważa się Williama Symingtona. Łódź służyła do holowania barek po kanale. Rolę napędu na statku pełniło koło łopatkowe zamontowane na rufie. Łódź pomyślnie przeszła testy za pierwszym razem: w ciągu sześciu godzin przeholowała dwie ogromne barki na odległość 28 mil. Jednocześnie był bardzo utrudniany przez przeciwny wiatr. Ale udało mu się.

A jednak odłożono go, bo obawiano się, że przez silne fale, które utworzyły się pod kołem łopatkowym, brzegi kanału zostaną podmyte. Swoją drogą, na testach Charlotte był obecny człowiek, którego cały świat uważa dziś za twórcę pierwszego parowca.

na świecie

Angielski stoczniowiec od młodości marzył o statku z silnikiem parowym. I teraz jego marzenie stało się możliwe do zrealizowania. W końcu wynalezienie silników parowych było nowym impulsem w przemyśle stoczniowym. Wraz z amerykańskim wysłannikiem R. Livingstonem, który przejął materialną stronę zagadnienia, Fulton podjął się projektu statku z silnikiem parowym. Był to złożony wynalazek oparty na idei śmigła wiosłowego. Wzdłuż burt statku ułożono rzędem płytki imitujące wiele wioseł. Jednocześnie płytki ciągle kolidowały ze sobą i pękały. Dziś śmiało możemy powiedzieć, że ten sam efekt można było osiągnąć przy pomocy zaledwie trzech, czterech paneli. Jednak z punktu widzenia ówczesnej nauki i technologii było to nierealne. Dlatego stoczniowcy mieli znacznie trudniejsze zadanie.

W 1803 roku wynalazek Fultona został zaprezentowany całemu światu. Parowiec płynął powoli i równomiernie wzdłuż Sekwany, uderzając w umysły i wyobraźnię wielu naukowców i postaci w Paryżu. Jednak rząd Napoleona odrzucił ten projekt, a niezadowoleni stoczniowcy zmuszeni byli szukać szczęścia w Ameryce.

I tak w sierpniu 1807 roku pierwszy na świecie parowiec o nazwie Claremont, napędzany potężną maszyną parową (na zdjęciu), przepłynął wzdłuż Zatoki Hudsona. Wielu wówczas po prostu nie wierzyło w sukces.

Claremont wyruszył w swój dziewiczy rejs bez ładunku i pasażerów. Nikt nie chciał podróżować na pokładzie ziejącego ogniem statku. Jednak już w drodze powrotnej pojawił się pierwszy pasażer – miejscowy rolnik, który zapłacił za bilet sześć dolarów. Został pierwszym pasażerem w historii firmy spedycyjnej. Fulton był tak poruszony, że dał śmiałkowi dożywotnią przejażdżkę wszystkimi swoimi wynalazkami.

W swojej historii silnik parowy miał wiele odmian wykonania z metalu. Jednym z takich wcieleń był parowy silnik obrotowy inżyniera mechanika N.N. Twerskoj. Ten parowy silnik obrotowy (silnik parowy) był aktywnie wykorzystywany w różnych dziedzinach techniki i transportu. W rosyjskiej tradycji technicznej XIX wieku taki silnik rotacyjny nazywano maszyną rotacyjną. Silnik charakteryzował się trwałością, wydajnością i wysokim momentem obrotowym. Ale wraz z pojawieniem się turbin parowych zapomniano o tym. Poniżej znajdują się materiały archiwalne zebrane przez autora tej strony. Materiały są bardzo obszerne, dlatego na razie zaprezentowano tu tylko część z nich.

Przetestuj obroty parowego silnika rotacyjnego za pomocą sprężonego powietrza (3,5 atm).
Model został zaprojektowany na moc 10 kW przy 1500 obr./min przy ciśnieniu pary 28-30 atm.

Pod koniec XIX wieku zapomniano o silnikach parowych - „silnikach obrotowych N. Tverskoya”, ponieważ tłokowe silniki parowe okazały się prostsze i bardziej zaawansowane technologicznie w produkcji (dla ówczesnego przemysłu), a turbiny parowe zapewniały większą moc. .
Ale uwaga dotycząca turbin parowych jest prawdziwa tylko w odniesieniu do ich dużej masy i gabarytów. Rzeczywiście, przy mocy ponad 1,5-2 tys. kW, wielocylindrowe turbiny parowe przewyższają parowe silniki obrotowe pod każdym względem, nawet przy wysokim koszcie turbin. A na początku XX wieku, kiedy elektrownie okrętowe i bloki energetyczne elektrowni zaczęły mieć moc kilkudziesięciu tysięcy kilowatów, takie możliwości mogły zapewnić tylko turbiny.

ALE - turbiny parowe mają jeszcze jedną wadę. Zmniejszając ich parametry masowo-wymiarowe, właściwości użytkowe turbin parowych gwałtownie się pogarszają. Moc właściwa jest znacznie zmniejszona, wydajność spada, podczas gdy wysokie koszty produkcji i duże prędkości wału głównego (konieczność stosowania skrzyni biegów) pozostają. Dlatego – w obszarze mocy poniżej 1,5 tys. kW (1,5 MW) znalezienie wydajnej pod każdym względem turbiny parowej, nawet za niemałe pieniądze, jest prawie niemożliwe…

Dlatego w tej gamie mocy pojawił się cały „bukiet” egzotycznych i mało znanych konstrukcji. Ale najczęściej są też drogie i nieefektywne... Turbiny śrubowe, turbiny Tesli, turbiny osiowe itp.
Ale z jakiegoś powodu wszyscy zapomnieli o parowych „maszynach rotacyjnych” - obrotowych silnikach parowych. Tymczasem owe silniki parowe są wielokrotnie tańsze od jakichkolwiek mechanizmów łopatkowo-śrubowych (mówię to ze znajomością rzeczy, jako osoba, która za własne pieniądze zbudowała już kilkanaście takich maszyn). Jednocześnie parowe „obrotowe maszyny obrotowe” N. Tverskoya mają mocny moment obrotowy przy bardzo niskich prędkościach i mają średnią prędkość obrotową wału głównego przy pełnej prędkości od 1000 do 3000 obr./min. Te. Maszyny takie, czy to generator elektryczny, czy samochód parowy (ciężarówka, traktor, traktor), nie będą wymagały skrzyni biegów, sprzęgła itp., ale będą bezpośrednio połączone swoim wałem z dynamem, kołami wagonu parowego itp. .
I tak w postaci parowego silnika rotacyjnego - systemu „Maszyna rotacyjna N. Tverskoya” mamy uniwersalny silnik parowy, który doskonale wygeneruje prąd zasilany kotłem na paliwo stałe w odległej wiosce leśnej lub tajdze, na obozie polowym lub wytwarzać energię elektryczną w kotłowni na wsi lub „przędzić” na odpadach ciepła technologicznego (gorące powietrze) w cegielni, cementowni, odlewni itp.
Wszystkie tego typu źródła ciepła mają moc mniejszą niż 1 mW, dlatego konwencjonalne turbiny nie mają tu większego zastosowania. Jednak ogólna praktyka techniczna nie zna jeszcze innych maszyn do recyklingu ciepła poprzez zamianę ciśnienia powstałej pary na pracę. Ciepło to więc nie jest w żaden sposób wykorzystywane - jest po prostu tracone głupio i bezpowrotnie.
Stworzyłem już „parową maszynę rotacyjną” do napędzania generatora elektrycznego o mocy 3,5 - 5 kW (w zależności od ciśnienia pary), jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, wkrótce pojawi się maszyna o mocy 25 i 40 kW. Właśnie tyle, ile potrzeba, aby zapewnić tanią energię elektryczną z kotła na paliwo stałe lub ciepło z procesu technologicznego do osiedla wiejskiego, małego gospodarstwa rolnego, obozu polowego itp. itp.
W zasadzie silniki rotacyjne dobrze skalują się w górę, dlatego umieszczając wiele sekcji wirnika na jednym wale, łatwo jest wielokrotnie zwiększać moc takich maszyn, po prostu zwiększając liczbę standardowych modułów wirnika. Oznacza to, że całkiem możliwe jest stworzenie parowych maszyn rotacyjnych o mocy 80-160-240-320 kW lub większej...

Ale oprócz średnich i stosunkowo dużych elektrowni parowych, zapotrzebowanie na obwody parowe z małymi parowymi silnikami rotacyjnymi będzie również w małych elektrowniach.
Przykładowo jednym z moich wynalazków jest „Kempingowy i turystyczny generator elektryczny wykorzystujący lokalne paliwo stałe”.
Poniżej film, na którym testowany jest uproszczony prototyp takiego urządzenia.
Ale mały silnik parowy już wesoło i energicznie kręci swoim generatorem elektrycznym i wytwarza energię elektryczną przy użyciu drewna i innego paliwa pochodzącego z pastwisk.

Głównym kierunkiem komercyjnego i technicznego zastosowania parowych silników obrotowych (rotacyjnych silników parowych) jest wytwarzanie taniej energii elektrycznej przy wykorzystaniu taniego paliwa stałego i odpadów palnych. Te. energetyka na małą skalę - rozproszone wytwarzanie energii z wykorzystaniem parowych silników rotacyjnych. Wyobraź sobie, jak obrotowy silnik parowy idealnie wpasowałby się w schemat pracy tartaku, gdzieś na północy Rosji lub na Syberii (Daleki Wschód), gdzie nie ma centralnego zasilania, prąd dostarczany jest po drogiej cenie przez generator diesla napędzany olejem napędowym paliwo importowane z daleka. Ale sam tartak produkuje dziennie co najmniej pół tony trocin – płyty, której nie ma gdzie odłożyć…

Takie odpady drzewne mają bezpośrednią drogę do paleniska kotła, kocioł wytwarza parę pod wysokim ciśnieniem, para napędza obrotowy silnik parowy i wiruje generator elektryczny.

W ten sam sposób można spalić nieograniczoną liczbę milionów ton odpadów pożniwnych itp. Jest też tani torf, tani węgiel energetyczny i tak dalej. Autor strony obliczył, że koszty paliwa przy wytwarzaniu energii elektrycznej przez małą elektrownię parową (silnik parowy) z silnikiem parowym rotacyjnym o mocy 500 kW wyniosą od 0,8 do 1.

2 ruble za kilowat.

Inną ciekawą opcją wykorzystania parowego silnika rotacyjnego jest zainstalowanie takiego silnika parowego w wagonie parowym. Ciężarówka to pojazd traktorowo-parowy, dysponujący dużym momentem obrotowym i korzystający z taniego paliwa stałego – silnika parowego bardzo potrzebnego w rolnictwie i leśnictwie. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii i materiałów oraz wykorzystaniu „organicznego cyklu Rankine’a” w obiegu termodynamicznym, możliwe będzie zwiększenie efektywności efektywnej do 26-28% przy zastosowaniu taniego paliwa stałego (lub niedrogiego paliwa ciekłego, takie jak „paliwo opałowe” lub zużyty olej silnikowy). Te. ciężarówka - ciągnik z silnikiem parowym

i rotacyjna maszyna parowa o mocy około 100 kW, zużyją około 25-28 kg węgla energetycznego na 100 km (koszt 5-6 rubli za kg) lub około 40-45 kg zrębków trocinowych (których cena w Północ jest wolna)...

Istnieje wiele innych interesujących i obiecujących obszarów zastosowań obrotowej maszyny parowej, ale objętość tej strony nie pozwala nam na szczegółowe rozważenie ich wszystkich. Dzięki temu maszyna parowa może nadal zajmować bardzo poczesne miejsce w wielu obszarach nowoczesnej technologii i wielu sektorach gospodarki narodowej.

WPROWADZENIE EKSPERYMENTALNEGO MODELU AGREGATU PAROWEGO Z MASZYNĄ PAROWĄ

Maj -2018 Po długich eksperymentach i prototypach powstał mały kocioł wysokociśnieniowy. Kocioł jest pod ciśnieniem 80 atm, więc bez problemu utrzyma ciśnienie robocze 40-60 atm. Oddano do użytku prototypowy model parowego silnika tłokowego osiowego mojego autorstwa. Działa świetnie – obejrzyj wideo. W ciągu 12-14 minut od zapłonu drewno jest gotowe do wytworzenia pary pod wysokim ciśnieniem.

Teraz zaczynam przygotowywać się do jednostkowej produkcji takich zespołów - kotła wysokociśnieniowego, silnika parowego (tłokowego lub osiowego) i skraplacza. Instalacje będą pracować w obiegu zamkniętym z obiegiem woda-para-kondensat.

Zapotrzebowanie na takie generatory jest bardzo duże, ponieważ 60% terytorium Rosji nie posiada centralnego zasilania i opiera się na wytwarzaniu oleju napędowego. A cena oleju napędowego cały czas rośnie i osiągnęła już 41-42 rubli za litr. A nawet tam, gdzie jest prąd, przedsiębiorstwa energetyczne podnoszą taryfy i żądają ogromnych pieniędzy za przyłączenie nowych mocy.

Proces wynalezienia maszyny parowej, jak to często bywa w technologii, trwał prawie sto lat, dlatego wybór daty tego wydarzenia jest dość dowolny. Nikt jednak nie zaprzecza, że ​​przełomu, który doprowadził do rewolucji technologicznej dokonał Szkot James Watt.

Już w starożytności ludzie myśleli o wykorzystaniu pary jako płynu roboczego. Jednak dopiero na przełomie XVII–XVIII w. udało się znaleźć sposób na wykonanie użytecznej pracy przy użyciu pary. Jedna z pierwszych prób wykorzystania pary na użytek człowieka miała miejsce w Anglii w 1698 roku: maszyna wynalazcy Savery'ego była przeznaczona do odwadniania kopalń i pompowania wody. To prawda, że ​​wynalazek Savery’ego nie był jeszcze silnikiem w pełnym tego słowa znaczeniu, ponieważ poza kilkoma zaworami otwieranymi i zamykanymi ręcznie nie miał żadnych ruchomych części. Maszyna Savery'ego działała w następujący sposób: najpierw napełniono szczelny zbiornik parą, następnie zewnętrzną powierzchnię zbiornika ochłodzono zimną wodą, co spowodowało skroplenie pary i wytworzenie w zbiorniku częściowej próżni. Następnie przez rurę dolotową zasysano wodę np. z dna szybu do zbiornika i po wprowadzeniu kolejnej porcji pary wyrzucono ją na zewnątrz.

Pierwszą maszynę parową z tłokiem zbudował Francuz Denis Papin w 1698 roku. Wewnątrz pionowego cylindra z tłokiem podgrzewano wodę, a powstająca para wypychała tłok do góry. Gdy para schładzała się i skraplała, tłok przesuwał się w dół pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Poprzez system bloków silnik parowy Papena mógł napędzać różne mechanizmy, takie jak pompy.

Bardziej zaawansowaną maszynę zbudował w 1712 roku angielski kowal Thomas Newcomen. Podobnie jak w maszynie Papina, tłok poruszał się w pionowym cylindrze. Para z kotła dostała się do podstawy cylindra i uniosła tłok do góry. Po wtryśnięciu zimnej wody do cylindra doszło do skroplenia pary, w cylindrze wytworzyła się próżnia i pod wpływem ciśnienia atmosferycznego tłok opadał. Ten ruch odwrotny usunął wodę z cylindra i za pośrednictwem łańcucha połączonego z wahaczem, który poruszał się jak huśtawka, uniósł tłoczysko pompy do góry. Gdy tłok osiągnął najniższy poziom, para ponownie dostała się do cylindra i za pomocą przeciwwagi przymocowanej do tłoczyska pompy lub wahacza tłok uniósł się do pierwotnego położenia. Następnie cykl się powtarzał.

Maszyna Newcomen była szeroko stosowana w Europie od ponad 50 lat. W latach czterdziestych XVIII w. maszyna z cylindrem o długości 2,74 m i średnicy 76 cm wykonała w ciągu jednego dnia pracę, którą pracująca na zmiany załoga złożona z 25 ludzi i 10 koni wykonywała w ciągu tygodnia. A mimo to jego skuteczność była niezwykle niska.

Rewolucja przemysłowa najwyraźniej objawiła się w Anglii, przede wszystkim w przemyśle tekstylnym. Rozbieżność pomiędzy podażą tkanin a szybko rosnącym popytem przyciągała najlepsze umysły projektantów do rozwoju maszyn przędzalniczych i tkackich. Nazwiska Cartwrighta, Kaya, Cromptona i Hargreavesa na zawsze zapiszą się w historii angielskiej technologii. Jednak stworzone przez nich maszyny przędzalnicze i tkackie potrzebowały jakościowo nowego, uniwersalnego silnika, który w sposób ciągły i równomierny (tego właśnie nie mogło zapewnić koło wodne) wprawiał maszyny w jednokierunkowy ruch obrotowy. To tu w całej okazałości objawił się talent słynnego inżyniera, „czarodzieja z Greenock” Jamesa Watta.

Watt urodził się w szkockim mieście Greenock w rodzinie stoczniowca. Pracując jako praktykant w warsztatach w Glasgow, James przez pierwsze dwa lata zdobył kwalifikacje rytownika, mistrza w wytwarzaniu przyrządów matematycznych, geodezyjnych, optycznych i różnych przyrządów nawigacyjnych. Za radą wuja profesora James wstąpił na miejscowy uniwersytet jako mechanik. To tutaj Watt rozpoczął pracę nad silnikami parowymi.

James Watt próbował ulepszyć parowo-atmosferyczny silnik Newcomena, który ogólnie nadawał się tylko do pompowania wody. Było dla niego jasne, że główną wadą maszyny Newcomena było naprzemienne ogrzewanie i chłodzenie cylindra. W 1765 roku Watt wpadł na pomysł, że cylinder może pozostać stale gorący, jeśli przed kondensacją para zostanie skierowana do oddzielnego zbiornika rurociągiem z zaworem. Ponadto Watt wprowadził kilka innych ulepszeń, które ostatecznie przekształciły silnik parowo-atmosferyczny w silnik parowy. Na przykład wynalazł mechanizm zawiasowy - „równoległobok Watta” (tak zwany, ponieważ część ogniw - dźwignie zawarte w jego składzie - tworzy równoległobok), który przekształcał ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy wału głównego. Teraz krosna mogły pracować w sposób ciągły.

W 1776 roku przetestowano maszynę Watta. Jego wydajność była dwukrotnie większa niż w maszynie Newcomena. W 1782 roku Watt stworzył pierwszy uniwersalny silnik parowy dwustronnego działania. Para wchodziła do cylindra na przemian z jednej strony tłoka, to z drugiej. Tłok wykonywał zatem zarówno skok roboczy, jak i powrotny za pomocą pary, co nie miało miejsca w poprzednich maszynach. Ponieważ w silniku parowym dwustronnego działania tłoczysko pełniło funkcję ciągnącą i pchającą, dotychczasowy układ napędowy składający się z łańcuchów i wahaczy, który reagował jedynie na przyczepność, musiał zostać przeprojektowany. Watt opracował system połączonych prętów i wykorzystał mechanizm planetarny do przekształcenia ruchu posuwisto-zwrotnego tłoczyska w ruch obrotowy, zastosował ciężkie koło zamachowe, odśrodkowy regulator prędkości, zawór talerzowy i manometr do pomiaru ciśnienia pary. Opatentowany przez Watta „obrotowy silnik parowy” był najpierw szeroko stosowany w przędzalniach i tkalniach, a później w innych przedsiębiorstwach przemysłowych. Silnik Watta nadawał się do każdej maszyny, a wynalazcy mechanizmów samobieżnych szybko to wykorzystali.

Maszyna parowa Watta była prawdziwym wynalazkiem stulecia, wyznaczającym początek rewolucji przemysłowej. Ale wynalazca na tym nie poprzestał. Sąsiedzi nie raz ze zdumieniem obserwowali, jak Watt ścigał się konno po łące, ciągnąc specjalnie dobrane ciężarki. Tak pojawiła się jednostka mocy - moc, która później zyskała powszechne uznanie.

Niestety trudności finansowe zmusiły Watta już w dorosłym życiu do prowadzenia badań geodezyjnych, pracy przy budowie kanałów, budowy portów i przystani, a w końcu do zawarcia zniewalającego ekonomicznie sojuszu z przedsiębiorcą Johnem Rebeckiem, który wkrótce popadł w całkowity krach finansowy.