Где используется паровой двигатель: Паровой двигатель без станков и инструментов.

Содержание

Паровая машина - применение | Технологии

Паровая машина применяется как приводной двигатель в различных насосных станциях,  на паровых судах, локомотивах, паровых автомобилях, тягачах, других транспортных средствах. Паровая машина способствовала обширному распространению коммерческого использования машин на различных предприятиях и считается энергетической базой промышленной революции XVIII века. Позднее агрегат была вытеснен различными двигателями внутреннего сгорания, турбинами и электромоторами, у которых КПД выше. Подобные турбины формально являются разновидностью паровых машин, они до сих пор достаточно широко применяются как приводы генераторов электроэнергии. Около 86% все производимой в мире электроэнергии вырабатывается с помощью  турбин. Нужно знать, что для привода машины необходим паровой котел. Пар, который расширяется, давит на лопатки турбины или на поршень, их движение передается другим механическим частям. Одно из достоинств двигателей внешнего сгорания состоит в том, что, так как котел отделяется от винтовой машины, здесь можно использовать практически любой вид топлива. Стационарные паровые машины бывают двух типов по режиму использования: с переменным режимом и силовые установки.

К первым можно отнести машины металлопрокатных станов, паровые лебедки и аналогичные устройства, которые часто останавливаются и меняют направление вращения. Силовые машины останавливаются редко и не меняют направление вращения. С их помощью включаются энергетические двигатели на электростанциях, промышленные двигатели, которые используют на заводах, фабриках, кабельных железных дорогах до распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности применяются в специальных устройствах и на судовых моделях. Лебедка – это стационарный двигатель, но установленный на опорной раме, чтобы можно было перемещать. Она может быть закреплена за якорь тросом. Паровая винтовая машина – это новый тип двигателя. ПВМ была разработана в России, на ее конструкцию, узлы и системы получено около 25 патентов за рубежом и в России. ПВМ практически по всем показателям существенно превосходит классическую лопаточную паровую турбину в диапазоне мощностью 200-1500 кВт. ПВМ считается наиболее перспективной базой для создания мини-тэц. В мини-тэц должны применяться только местные топливные ресурсы, такие как уголь, отходы лесопереработки, торф.


Наш завод производит теплообменники, а на сайте вы найдете отзывы на охладитель воздуха нашего производства.

4.1.1. Паровые машины - Энергетика: история, настоящее и будущее

4.1.1. Паровые машины

Накопление новых практических знаний в XVI–XVII веках привело к неслыханным взлетам человеческой мысли. Водяные и ветряные колеса вращают станки, приводят в движение кузнечные меха, помогают металлургам поднимать руду из шахт, т. е. там, где руки человека не могут справиться с тяжелой работой, на помощь им приходит энергия воды и ветра. Основные достижения техники того времени обязаны не столько ученым и науке, сколько кропотливому труду искусных изобретателей. Достижения в технике горного дела, в добыче разнообразных руд и полезных ископаемых были особенно велики. Нужно было поднять добытую руду или уголь из шахты, все время откачивать заливавшие разработку грунтовые воды, постоянно подавать в шахту воздух и ещё множество самых разнообразных трудоемких работ требовалось для того, чтобы не остановилась добыча. Таким образом, развивающаяся промышленность властно требовала все больше и больше энергии, а её могли предоставить в те времена в основном водяные колеса. Их уже научились строить достаточно мощными. В связи с ростом мощности колес все шире стал применяться металл для валов и некоторых других деталей. Во Франции па реке Сене в 1682 г. мастером Р. Салемом под руководством А. де Виля была сооружена крупнейшая для того времени установка, состоящая из 13 колес диаметром по 8 м, служившая для привода более 200 насосов, подававших воду на высоту свыше 160 м, и обеспечивавшая водой фонтаны в Версале и Марли. На первых хлопчатобумажных фабриках применялся гидравлический двигатель. Машины прядильни Аркрайта с самого начала приводились в движение водой. Однако водяные колеса возможно было устанавливать лишь на реке, желательно полноводной и быстрой. И если текстильную или металлообрабатывающую фабрику ещё можно было построить на берегу реки, то залежи руды или угольные пласты нужно было разрабатывать только в местах залегания. А для откачки заливавших шахту подземных вод и подъема добытой руды или угля на поверхность тоже необходима была энергия. Поэтому на шахтах, удаленных от рек, приходилось использовать только силу животных.

Владелец одной английской шахты в 1702 году для приведения в действие насосов, откачивающих воду из шахты, вынужден был держать 500 лошадей, что было очень невыгодно.

Угольные шахты в Англии с устройствами на паровой тяге (ок. 1790 г.)

Развивающейся промышленности требовались мощные двигатели нового типа, которые позволяли бы создавать производство в любом месте. Первым толчком к созданию новых двигателей, способных работать в любом месте независимо от того, есть рядом река или нет, послужила именно нужда в насосах и подъемниках в металлургии и горном деле.

Способность пара производить механическую работу давно была известна человеку. Первые следы действительного разумного применения пара в механике упоминаются в 1545 г. в Испании, когда флотский капитан

Бласко де Гарай сконструировал машину, с помощью которой приводил в движение боковые гребные колеса корабля и которая по приказу Карла V впервые была испытана в барселонской гавани при перевозке 4000 центнеров груза кораблем на три морских мили за два часа. Изобретатель был вознагражден, но сама машина осталась без применения и была предана забвению.

В конце XVII века в странах с наиболее развитым мануфактурным производством зарождаются элементы новой машинной техники с использованием свойств и силы водяного пара.

Ранние попытки создания теплового двигателя были связаны с необходимостью откачивания воды из шахт, где добывалось топливо. В 1698 году англичанин Томас Севери, бывший рудокоп, а затем капитан торгового флота, впервые предложил откачивать воду с помощью парового водоподъемника. Патент, полученный Севери, гласил:«Это новое изобретение по подъему воды и получению движения для всех видов производства при помощи движущей силы огня имеет большое значение для осушки рудников, водоснабжения городов и производства движущей силы для фабрик всех видов, которые не могут использовать водяную силу или постоянную работу ветра».Водоподъемник Севери работал по принципу засасывания воды за счет атмосферного давления в камеру, где создавалось разрежение при конденсации пара холодной водой. Паровые машины Севери были крайне неэкономичны и неудобны в эксплуатации, их нельзя было приспособить для приведения в действие станков, они потребляли огромное количество томлива, коэффициент полезного действия их был не выше 0,3%. Однако потребность в откачке воды из шахт была настолько велика, что даже эти громоздкие паровые машины типа насоса получили некоторое распространение.

Томас Ньюкомен (1663–1729) – английский изобретатель, кузнец по профессии. Совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой насос, опыты по совершенствованию которого продолжались около 10 лет, пока он не начал исправно работать. Паровая машина Ньюкомена не была универсальным двигателем. Заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его имя носит Общество историков техники Великобритании. В 1711 году Ньюкомен, Коули и Севери создали «Компанию обладателей правами на изобретение установки для подъема воды посредством огня». Пока эти изобретатели являлись обладателями патента на «использование силы огня», вся их работа по изготовлению паровых машин проводилась в строжайшем секрете. Швед Тривальд, занимавшийся наладкой машин Ньюкомена, писал: «…изобретатели Ньюкомен и Коули были весьма подозрительны и осторожны в том, чтобы сохранить за собой и своими детьми тайну постройки и применения своего изобретения. Испанский посланник при английском дворе, который приехал из Лондона с большой свитой иностранцев посмотреть на новое изобретение, не был даже допущен в помещение, в котором находились машины». Но в 20-е годы XVIII века действие патента окончилось и изготовлением водоподъемных установок занялись многие инженеры. Появилась литература, в которой описывались эти установки.

Процесс распространения универсальных паровых машин в Англии к началу XIX в. подтверждает громадное значение нового изобретения. Если за десятилетие с 1775 по 1785 гг. было построено 66 машин двойного действия общей мощностью в 1288 л.с., то с 1785 по 1795 гг. было создано уже 144 машины двойного действия общей мощностью в 2009 л.с., а в следующее пятилетие – с 1795 по 1800 гг. – 79 машин общей мощностью в 1296 л.с.

Рис. 4.1. Паровая водоподъемная установка Ньюкомена – Коули

Фактически применение в промышленности паровой машины началось с 1710 года, когда английские рабочие Ньюкомен и Коули впервые построили паровую машину, которая приводила в действие насос, установленный в шахте для выкачивания из нее воды.

Однако машина Ньюкомена не являлась паровой машиной в современном понимании этого слова, так как движущей силой в ней попрежнему был не водяной пар, а атмосферное давление воздуха. Поэтому эту машину называли «атмосферной». Хотя в машине водяной пар служил, как и в машине Севери, в основном для создания разрежения в цилиндре, здесь уже был предложен подвижный поршень – главная деталь современной паровой машины.

На рис. 4.1 показан паровой водоподъемник Ньюкомена–Коули. При опускании насосной штанги 1 и груза 2 поршень 4 поднимался и в цилиндр 5 через открытый кран 7 из котла 8 поступал пар, давление которого слегка превышало атмосферное. Пар служил для частичного подъема поршня в цилиндре, открытом сверху, но главная его роль заключалась в создании в нём разрежения. Для этой цели, когда поршень машины достигал своего верхнего положения, кран 7 закрывался, и из емкости 3 через кран6в цилиндр впрыскивалась холодная вода. Водяной пар быстро конденсировался, и атмосферное давление возвращало поршень в низ цилиндра, производя подъем насосной штанги. Из цилиндра выпускался конденсат трубкой9, поршень снова поднимался за счёт подачи пара, и описанный выше процесс повторялся. Машина Ньюкомена – это двигатель периодического действия.

Паровая машина Ньюкомена была совершенней машины Севери, более простой в эксплуатации, более экономичной и производительной. Однако машины первых выпусков работали очень неэкономично, для создания мощности в одну лошадиную силу в час сжигалось до 25 кг каменного угля, то есть коэффициент полезного действия составлял около 0,5%. Введение автоматического распределения потоков пара и воды упростило обслуживание машины, время хода поршня снизилось до 12–16 минут, что уменьшило габариты машины и удешевило конструкцию. Несмотря на высокий расход топлива, такого вида машины быстро получили широкое распространение. Уже в двадцатые годы XVIII века эти машины работали не только в Англии, но и во многих странах Европы – в Австрии, Бельгии, Франции, Венгрии, Швеции, применялись почти столетие в каменноугольной промышленности и для подачи воды в города. В России первая пароатмосферная машина Ньюкомена была установлена в 1772 г. в Кронштадте для откачки воды из дока. О распространенности машин Ньюкомена свидетельствует тот факт, что последняя в Англии машина такого типа была демонтирована только в 1934 году.

Иван Иванович Ползунов (1728–1766) – талантливый русский изобретатель, родившийся в семье солдата. В 1742 г. механику Екатеринбургского завода Никите Бахареву потребовались сметливые ученики. Выбор пал на четырнадцатилетних И. Ползунова и С. Черемисинова, ещё учившихся в Арифметической школе. Теоретическое обучение в школе уступило место практическому ознакомлению с работой самых современных тогда в России машин и установок Екатеринбургского завода. В 1748 г. Ползунов был переведен в Барнаул для работы на Колывано-Воскресенских заводах. После самостоятельного изучения книг по металлургии и минералогии в апреле 1763 года Ползуновым был предложен проект совершенно оригинальной паровой машины, которая отличалась от всех известных в то время машин тем, что была предназначена для приведения в действие воздуходувных мехов и являлась агрегатом непрерывного действия. В своей докладной записке об «огнедействующей машине» от 26 апреля 1763 г. Ползунов, по собственным его словам, хотел «...сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять». И далее он писал: «Дабы сей славы (если силы допустят) Отечеству достигнуть и чтоб то во всенародную пользу, по причине большого познания о употреблении вещей, поныне не весьма знакомых (по примеру наук прочих), в обычай ввести». В дальнейшем изобретатель мечтал приспособить машину и для других нужд. Проект И.И. Ползунова был представлен в царскую канцелярию в Петербург. Решение Екатерины II было следующим: «Её Императорское Величество не токмо им, Ползуновым, всемилостивейше довольна быть, но для вящего поощрения повелеть соизволила: пожаловать ево, Ползунова, в механикусы с чином и жалованьем капитана-поручика, и выдать ему в награждение 400 руб».

Машины Ньюкомена, прекрасно работавшие в качестве водоподъемных устройств, никак не могли удовлетворить возникшую настоятельную потребность в универсальном двигателе. Они только подготовили почву для создания универсальных паровых двигателей непрерывного действия.

На начальном этапе развития паровых машин необходимо выделить «огненную машину» русского горного мастера Ползунова. Двигатель предназначался для приведения в действие механизмов одной из плавильных печей Барнаульского завода.

По проекту Ползунова (рис. 4.2) пар из котла (1) подавался в один, скажем, левый цилиндр (2), где поднимал поршень (3) до крайнего верхнего положения. Затем из резервуара в цилиндр впрыскивалась струя холодной воды (4), что приводило к конденсации пара. В результате давления атмосферы на поршень он опускался, в то время как в правом цилиндре в результате давления пара поршень поднимался. Водопарораспределение в машине Ползунова осуществлялось специальным автоматическим устройством (5). Непрерывное рабочее усилие от поршней машины передавалось на шкив (6), насаженный на вал, с которого движение передавалось водопарораспределительному устройству, питательному насосу, а также рабочему валу, от которого приводились в движение воздуходувные меха.

Рис. 4.2. Схема теплового двигателя И.И. Ползунова (по проекту 1763 г.)

Двигатель Ползунова относился к типу «атмосферных», но в нем изобретатель впервые ввел суммирование работы двух цилиндров с поршнями на один общий вал, чем обеспечил более равномерный ход двигателя. Когда один из цилиндров находился на холостом ходу, у другого был ход рабочий. Двигатель имел автоматическое парораспределение и впервые не был непосредственно связан с рабочей машиной. И.И. Ползунов создавал свою машину в чрезвычайно трудных условиях, своими руками, не имея необходимых средств и специальных станков. В его распоряжении не было искусных мастеров: руководство завода прикомандировало к Ползунову четырех учеников и выделило двух отставных рабочих. Топор и другие нехитрые инструменты, применявшиеся при изготовлении обычных тогда машин, здесь были мало пригодны. Ползунову пришлось самостоятельно конструировать и сооружать новое оборудование для своего изобретения. Строительство большой машины, высотой около 11 метров, сразу с листа, не опробованной даже на модели, без специалистов, потребовало огромного напряжения сил. Машина была построена, но 27 мая 1766 года И.И. Ползунов умер от скоротечной чахотки, не дожив неделю до испытаний «большой машины». Сама же машина, испытанная учениками Ползунова, не только окупившая себя, но и принесшая прибыль, проработала 2 месяца, дальнейшего усовершенствования не получила и после поломки была заброшена и забыта. После двигателя Ползунова прошло полстолетия, прежде чем в России стали применять паровые машины.

Джеймс Уатт (1736–1819) (с картины художника Карла фон Бреда, 1792)Джеймс Уатт – английский изобретатель, создатель универсальной паровой машины, член Лондонского королевского общества – родился в городе Гринок в Шотландии. С 1757 года работал механиком в университете в Глазго, где познакомился со свойствами водяного пара и провёл исследования зависимости температуры насыщенного пара от давления. В 1763–1764 гг., налаживая модель паровой машины Ньюкомена, предложил сократить расход пара отделением конденсатора пара от цилиндра. С этого времени начинаются его работы по усовершенствованию паровых машин, исследованию свойств пара, постройке новых машин и т.д., которые продолжались всю его жизнь. На памятнике Уатту в Вестминстерском аббатстве высечена надпись: «… применив к усовершенствованию паровой машины силу творческого гения, расширил производительность своей страны, увеличил власть человека над природой и занял выдающееся место среди наиболее прославившихся людей науки и истинных благодетелей человечества». В поисках средств для сооружения своего двигателя Уатт стал мечтать о выгодной работе за пределами Англии. В начале 70-х годов он заявил друзьям, что «ему надоело отечество», и серьезно повел разговоры о переезде в Россию. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Отъезду Уатта в Россию помешал контракт, который он заключил в 1772 г. с капиталистом Болтоном, владельцем машиностроительного предприятия в г. Сохо близ Бирмингема. Болтон давно знал об изобретении новой, «огненной», машины, но колебался субсидировать ее постройку, сомневаясь в практической ценности машины. Заключить договор с Уаттом он поторопился лишь тогда, когда возникла реальная угроза отъезда изобретателя в Россию. Договор, связавший Уатта с Болтоном, оказался весьма действенным. Болтон показал себя умным и дальновидным человеком. Он не поскупился на расходы по сооружению машины. Болтон понял, что гений Уатта, освобожденный от мелочной, изнурительной заботы о куске хлеба, развернется в полную мощь и обогатит предприимчивого капиталиста. Кроме того, сам Болтон был крупным инженером-механиком. Технические идеи Уатта увлекли и его. Завод в Сохо славился первоклассным по тем временам оборудованием, имел квалифицированные рабочие кадры. Поэтому Уатт с восторгом принял предложение Болтона наладить на заводе производство паровых машин новой конструкции. С начала 70-х годов и до конца своей жизни Уатт оставался главным механиком завода. На заводе в Сохо в конце 1774 г. была построена первая машина двойного действия.

Машина Ньюкомена была сильно усовершенствована за столетие своего существования, но оставалась «атмосферной» и не отвечала нуждам быстрорастущей техники мануфактурного производства, которая требовала организации вращательного движения с большой скоростью.

Поиски многих изобретателей были направлены на достижение поставленной цели. Только в одной Англии за последнюю четверть ХVIII века было выдано свыше десятка патентов на универсальные двигатели самых разных систем. Однако только Джеймсу Уатту удалось предложить промышленности универсальную паровую машину.

Уатт начал свою работу над паровой машиной почти одновременно с Ползуновым, но в разных условиях. В Англии в это время бурно развивалась промышленность. Уатт активно был поддержан Болтоном, хозяином нескольких заводов в Англии, ставшим впоследствии его компаньоном, парламентом, имел возможность использовать высококвалифицированные инженерные кадры. В 1769 году Уатт запатентовал паровой двигатель с отдельным конденсатором, а затем – применение в двигателе избыточного давления пара, что значительно снижало расход топлива. Уатт стал по справедливости творцом паровой поршневой машины.

На рис. 4.3, приведена схема одной из первых паровых машин Уатта. Паровой котел1с поршневым цилиндром3связан паропроводом2, по которому пар периодически впускается в верхнюю над поршнем4и в нижнюю под поршнем полости цилиндра. Эти полости соединены с конденсатором трубой5, где отработанный пар конденсируется холодной водой и создается разряжение. Машина имеет балансир6, связывающий при помощи шатуна7поршень с мотылем вала, на конце которого насажен маховик8.

В машине впервые применен принцип двойного действия пара, который заключается в том, что свежий пар впускается в цилиндр машины поочередно в камеры по обеим сторонам поршня. Введение Уаттом принципа расширения пара состояло в том, что свежий пар впускался в цилиндр только на части хода поршня, затем пар отсекался, а дальнейшее движение поршня осуществлялось за счет расширения пара и падения его давления.

Рис. 4.3. Универсальная паровая машина Уатта

Таким образом, в машине Уатта решающей движущей силой стало не атмосферное давление, а упругость пара повышенного давления, приводящего в движение поршень. Новый принцип работы пара потребовал полного изменения в устройстве машины, особенно цилиндра и парораспределения. Для устранения конденсации пара в цилиндре Уатт впервые ввел паровую рубашку цилиндра, при помощи которой он стал обогревать его рабочие стенки паром, а наружную сторону паровой рубашки заизолировал. Поскольку Уатт для создания равномерного вращательного движения не мог в своей машине применить шатунно-кривошипный механизм (на такую передачу был взят охранный патент французским изобретателем Пикаром), то в 1781 г. он взял патент на пять способов преобразования качательного движения в непрерывно-вращательное. Вна

HydroMuseum – Паровая машина

Паровая машина

Паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Рис. 1. Паровая машина

Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Конец XIX в.Экспонат Музея Индустриальной Культуры.Нюрнберг

Значение паровых машин

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами, КПД которых выше.

Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86% электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Принцип действия

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.

Изобретение и развитие

Рис. 2.

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Диноме. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце XVII столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т.Сейвери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в XIX столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таги-аль-Дина и Сейвери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году. На своё устройство Сейвери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Сейвери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм, или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 миль в час. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Вакуумные машины

Рис. 3.

Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными» или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов, во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом, создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, вращающегося вокруг своей середины. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла, которое под действием насоса возвращает поршень к верхней части цилиндра силой гравитации. Так происходит обратный ход. Давление пара низкое и не может противодействовать движению поршня.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В 1774 году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помпа (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить.

Рис. 4. Версия паровой машины, созданная Уаттом

В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра.

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века. Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими.

Приблизительно в 1811 году Ричарду Тревитику потребовалось усовершенствовать машину Уатта, для того чтобы приспособить её к новым котлам Корниша. Давление пара над поршнем достигло 275 кПа (2,8 атмосферы), и именно оно давало основную мощность для совершения рабочего хода; кроме того, был существенно усовершенствован конденсатор. Такие машины получили название машин Корниша и строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано до этого уровня. Некоторые машины Корниша имели весьма большой размер.

Паровые машины высокого давления

В паровых машинах пар поступает из котла в рабочую камеру цилиндра, где расширяется, оказывая давление на поршень и совершая полезную работу. После этого расширенный пар может выпускаться в атмосферу или поступать в конденсатор. Важное отличие машин высокого давления от вакуумных состоит в том, что давление отработанного пара превышает атмосферное или равно ему, то есть вакуум не создаётся. Отработанный пар обычно имел давление выше атмосферного и часто выбрасывался в дымовую трубу, что позволяло увеличить тягу котла.

Важность увеличения давления пара состоит в том, что при этом он приобретает более высокую температуру. Таким образом, паровая машина высокого давления работает при большей разнице температур чем та, которую можно достичь в вакуумных машинах. После того, как машины высокого давления заменили вакуумные, они стали основой для дальнейшего развития и совершенствования всех возвратно-поступательных паровых машин. Однако то давление, которое считалось в 1800 году высоким (275—345 кПа), сейчас рассматривается как очень низкое — давление в современных паровых котлах в десятки раз выше.

Дополнительное преимущество машин высокого давления состоит в том, что они намного меньше при заданном уровне мощности и соответственно, существенно менее дорогие. Кроме того, такая паровая машина может быть достаточно лёгкой и компактной, чтобы использоваться на транспортных средствах. Возникший в результате паровой транспорт (паровозы, пароходы) революционизировал коммерческие и пассажирские перевозки, военную стратегию, и вообще затронул практически каждый аспект общественной жизни.

Рис. 5. Схема горизонтальной одноцилиндровой паровой машины высокого давления двойного действия. Отбор мощности осуществляется приводным ремнем: 1 — Поршень; 2 — Шток поршня; 3 — Ползун; 4 — Шатун; 5 — Коленчатый вал; 6 — Эксцентрик для привода клапана; 7 — Маховик; 8 — Золотник; 9 — Центробежный регулятор.

Паровые машины двойного действия

Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало появление машин двойного действия. В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, но обратно он возвращался или под действием гравитации, или за счёт момента инерции вращающегося маховика, соединённого с паровой машиной.

В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения. Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода.

Поршень такой паровой машины соединён со скользящим штоком, выходящим из цилиндра. К этому штоку крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип маховика. Система парораспределения приводится в действие другим кривошипным механизмом. Механизм парораспределения может иметь функцию реверса для того, чтобы можно было менять направление вращения маховика машины.

Паровая машина двойного действия примерно вдвое мощнее обычной паровой машины, и кроме того, может работать с намного более легким маховиком. Это уменьшает вес и стоимость машин.

Большинство возвратно-поступательных паровых машин использует именно этот принцип работы, что хорошо видно на примере паровозов. Когда такая машина имеет два или более цилиндров, кривошипы устанавливаются со сдвигом в 90 градусов для того, чтобы гарантировать возможность запуска машины при любом положении поршней в цилиндрах. Некоторые колёсные пароходы имели одноцилиндровую паровую машину двойного действия, и на них приходилось следить, чтобы колесо не останавливалось в мёртвой точке, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.

Парораспределение

Рис. 6. Индикаторная диаграмма, показывающая четырёхфазный цикл поршневой паровой машины двойного действия

В большинстве возвратно-поступательных паровых машин пар изменяет направление движения в каждом такте рабочего цикла, поступая в цилиндр и выходя из него через один и тот же коллектор. Полный цикл двигателя занимает один полный оборот кривошипа и состоит из четырёх фаз: впуска, расширения (рабочая фаза), выпуска и сжатия. Эти фазы контролируются клапанами в «паровой коробке», смежной с цилиндром. Клапаны управляют потоком пара, последовательно соединяя коллекторы каждой стороны рабочего цилиндра с впускным и выпускным коллектором паровой машины. Клапаны приводятся в движение клапанным механизмом какого-либо типа. Простейший клапанный механизм дает фиксированную продолжительность рабочих фаз и обычно не имеет возможности изменять направление вращения вала машины. Большинство клапанных механизмов более совершенны, имеют механизм реверса, а также позволяют регулировать мощность и крутящий момент машины путём изменения «отсечки пара», то есть, изменяя соотношение фаз впуска и расширения. Так как обычно один и тот же скользящий клапан управляет и входным и выходным потоком пара, изменение этих фаз также симметрично влияет на соотношения фаз выпуска и сжатия. И здесь существует проблема, поскольку соотношение этих фаз в идеале не должно меняться: если фаза выпуска станет слишком короткой, то большая часть отработанного пара не успеет покинуть цилиндр, и создаст существенное противодавление на фазе сжатия. В 1840-х и 1850-х годах было совершено множество попыток обойти это ограничение, в основном путём создания схем с дополнительным клапаном отсечки, установленным на основном распределительном клапане, но такие механизмы не показывали удовлетворительной работы, к тому же, получались слишком дорогими и сложными. С тех пор обычным компромиссным решением стало удлинение скользящих поверхностей золотниковых клапанов с тем, чтобы впускное окно было перекрыто дольше, чем выпускное. Позже были разработаны схемы с отдельными впускными и выпускными клапанами, которые могли обеспечить практически идеальный цикл работы, но эти схемы редко применялись на практике, особенно на транспорте, из-за своей сложности и возникающих эксплуатационных проблем

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку», замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объем цилиндра.

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа. В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нем пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

  • Перекрёстный компаунд  – Цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
  • Тандемный компаунд – Цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
  • Угловой компаунд – Цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте. Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.

Множественное расширение

Рис. 7. Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением.
Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).

Рис. 8.

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четырёхкратного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объем которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Рисунок 7 показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на цилиндры высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности. Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остается более или менее постоянным. Прямоточные машины одиночного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одиночного, так и двойного действия.

Паровые турбины

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии. Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Основной сферой применения паровых турбин является выработка электроэнергии (около 86% мирового производства электроэнергии производится паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и подводных лодках). Было также построено некоторое количество паротурбовозов, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены тепловозами и электровозами.

Другие типы паровых двигателей

Кроме поршневых паровых машин, в XIX веке активно использовались роторные паровые машины. В России, во второй половине XIX века они назывались «коловратные машины» (т. е. «вращающие колесо» от слова «коло» – «колесо»). Их было несколько типов, но наиболее успешной и эффективной была «коловратная машина» петербургского инженера-механика Н.Н. Тверского. Паровой двигатель Н.Н. Тверского. Машина представляла собой цилиндрический корпус, в котором вращался ротор-крыльчатка, а запирали камеры расширения особые запорные барабанчики. «Коловратная машина» Н.Н. Тверского не имела ни одной детали, которая бы совершала возвратно-поступательные движения и была идеально уравновешена. Двигатель Тверского создавался и эксплуатировался преимущественно на энтузиазме его автора, однако он использовался во многих экземплярах на малых судах, на фабриках и для привода динамо-машин. Один из двигателей даже установили на императорской яхте «Штандарт», а в качестве расширительной машины – с приводом от баллона со сжатым газом аммиаком, этот двигатель приводил в движение в подводном положении одну из первых экспериментальных подводных лодок – «подводную миноноску», которая испытывалась Н.Н. Тверским в 80-х годах XIX столетия в водах Финского залива. Однако со временем, когда паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания и электромоторами, «коловратная машина» Н.Н. Тверского была практически забыта. Однако эти «коловратные машины» можно считать прообразами сегодняшних роторных двигателей внутреннего сгорания.

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Рис. 9 Паровой молот

Рис. 10. Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

  • Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов, паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
  • Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

Транспортные машины

Рис. 11. Паровоз

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:

  • Пароход;
  • Сухопутные транспортные средства:
    • Паровой автомобиль;
    • Паровоз;
    • Локомобиль;
    • Паровой трактор;
    • Паровой экскаватор, и даже;
  • Паровой самолёт.

В России первый действующий паровоз был построен Е.А. и М.Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т.д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.При этом паровая машина паровоза продолжает развивать тяговое усилие даже в случае остановки колёс (упор в стену), чем отличается от всех других видов двигателей, используемых на транспорте.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. КПД тепловой машины равен

ηth=Wout/Qin,

где Wout — механическая работа, Дж; Qin — затраченное количество теплоты, Дж.

Тепловой двигатель не может иметь КПД больший, чем у цикла Карно, в котором количество теплоты передается от нагревателя с высокой температурой к холодильнику с низкой температурой. КПД идеальной тепловой машины Карно зависит исключительно от разности температур, причём в расчётах используется абсолютная термодинамическая температура. Следовательно, для паровых двигателей необходимы максимально высокая температура T1 в начале цикла (достигаемая, например, с помощью пароперегрева) и как можно более низкая температура T2 в конце цикла (например, с помощью конденсатора): ηth≤1-T2/T1

Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30–42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать коэффициента полезного действия 50–60 %. На ТЭЦ эффективность повышается за счёт использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.

Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.

Одна из причин снижения КПД в том, что средняя температура пара в конденсаторе несколько выше, чем температура окружающей среды (образуется т.н. температурный напор). Средний температурный напор может быть уменьшен за счёт применения многоходовых конденсаторов. Повышает КПД также применение экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей и других средств оптимизации парового цикла.

У паровых машин очень важным свойством является то, что изотермическое расширение и сжатие происходят при постоянном давлении. Поэтому теплообменник может иметь любой размер, а перепад температур между рабочим телом и охладителем или нагревателем составляют чуть ли не 1 градус. В результате тепловые потери могут быть сведены к минимуму. Для сравнения, перепады температур между нагревателем или охладителем и рабочим телом в стирлингах может достигать 100° C.

Паровой двигатель своими руками в домашних. Современный паровой двигатель.

Какова должна быть идеальная машина (паровая, стиральная, неважно) с точки зрения пользователя? Очевидно в первую очередь простая, с одной единственной кнопкой Старт/Стоп. К этому всё и идёт, автоматизация шагает по планете, автомобили сами паркуются, сами поддерживают температуру в салоне, дистанцию и так далее...
К чему это я? Это я к тому, что и паровые машины можно и нужно оборудовать автоматикой, тогда эксплуатация станет безопаснее и проще.
Паровая машина. Дж. Уатта была оборудована центробежным регулятором оборотов (на картинке в красном кружочке)

Принцип действия нехитрый: если обороты превышают определённую величину, центробежная сила поднимает грузики, грузики через систему рычагов воздействуют на вентиль перекрывающий подачу пара, и обороты падают. И наоборот, если обороты упали ниже заданных, грузики опускаются, вентиль приоткрывается, обороты растут. Называется это ООС - Отрицательная Обратная Связь, без неё автоматизация невозможна...
Вот и я захотел попробовать автоматизировать паровой двигатель, построил маленькую модельку из того что под руку попалось, я работаю мотористом, и все детали беру из кучи металлолома, чем богаты как говориться...
Пара цилиндр / поршень - гидронатяжитель цепи Опеля, в качестве маховика - поликлиновой шкив генератора.


Диаметр цилиндра 10,75мм, ход поршня уже и не помню какой вышел, миллиметров 15 помоему


Описывать подробно изготовление двигателя нет смысла, вот что вышло:


датчик оборотов решил делать прямо на валу, так проще. Он представляет из себя два Г- образных рычажка с грузиками из болтов и гаек, которые входят одним концом в паз на полом валу, и толкают шток расположенный внутри вала. На конце штока высверлено отверстие и туда запрессован шарик от подшипника


Шарик служит подшипником, он передает усилие со вращающегося штока на регулирующий рычаг, рычаг тягой соединён с краном на паропроводе


Вот как эта система работает на сжатом воздухе:

Далее был сделан котёл из автомобильного амортизатора


На котёл приварены рёбра для лучшего отъёма тепла из топки, и сверху приделан кожух с дымоходом.
Затем изготовил регулируемый топливный насос высокого давления по типу дизельного (хотел организовать ещё и автоматический регулятор подачи топлива) Плунжерную пару сделал из штока клапана и направляющей клапана ВАЗ 2112


Регулирование подачи топлива производится поворотом плунжера, как на дизелях. Насос зверский, рвёт резиновые трубочки армированные тканью как тузик грелку Шариковый клапан к насосу взял из гидрокомпенсатора


Горелку сделал испарительную, из тормозной трубки "Жигулей", жиклёр выточил с отверстием 0,3мм (сначала было 0,5мм, но пламя было слишком мощным)


Питается эта хрень ке

Паровой двигатель « Интереcно о науке

Паровые двигатели были первыми двигателями массового применения. Они были изобретены в 1705 году Томасом Ньюкоменом. В 1769 году паровой двигатель был значительно модернизирован Джеймсом Ваттом, тем самым ученым, именем которого названа единица мощности. Паровые двигатели были источником движущей силы для первых локомотивов и паровых кораблей, а также применялись на многочисленных фабриках и заводов, что было одним из толчков промышленной революции.

Рассмотрим принцип действия парового двигателя на примере паровоза. Сердцем парового двигателя является топка (1). Именно она генерирует пар для его работы. Обычна топка представляет собой толстостенный чугунный цилиндр или прямоугольник с отверстиями для добавления топлива, а также отведения дыма и удаления золы. Классическим топливом для парового двигателя служит уголь, реже используются дрова.

Главная задача топки заключается в нагреве воды (2) в котле. Как известно, разогретая вода превращается в пар. При этом ее объем увеличивается. Так как паровой котел герметичен, то давление в нем растет. С помощью специальных клапанов (3) разогретый пар под большим давлением подается в расширительную камеру за цилиндром (4). Создаваемая поступательная энергия передается с помощью системы рычагов и шарниров (5) на ведущие колеса локомотива. В результате вращения колес, паровоз приводится в движение (6). С помощью клапанов, под действием возвратного движения поршня, из-за инерции вращения колес, пар выпускается через вертикальную трубу (7). После этого цикл повторяется, и пар снова впускается в расширительную камеру за цилиндром.

Паровой двигатель также широко применялся на пароходах, где он вращал гребные винты. Также существовали четырехколесные трактора приводимые силой пара. Кроме транспортных средств, паровой двигатель применялся на мельницах для вращения жерновов, на водокачках в водяных насосах, на мануфактурах в ткацких станках и многих других производствах.

Главным недостатком парового двигателя является его очень низкий КПД – до 10%. Это происходит из-за того, что большая часть энергии топлива улетает в трубу в буквальном смысле в виде тепла. Кроме того, паровые двигатели очень громоздкие и требуют частого трудоемкого обслуживания. Поэтому в начале ХХ века паровые двигатели были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, работающие на дизельном топливе и бензине.

Янв
1

Джеймс Ватт, отец современного парового двигателя

Джеймс Ватт был шотландским изобретателем, инженером-механиком и химиком, наиболее известным своей работой над первым в мире современным паровым двигателем. Он будет модифицировать паровой двигатель Ньюкомена, чтобы повысить его эффективность благодаря своему творческому мышлению и научным знаниям в области проектирования инструментов. Работа Джеймса над паровым двигателем окажется существенным вкладом в мир и в немалой степени поможет привести в действие промышленную революцию как дома, в Великобритании, так и в остальном мире.

Джеймс сначала возьмется за рабочие инструменты в Университете Глазго. Там он заинтересовался паровыми двигателями. Он быстро понял, что существующие паровые двигатели тратят энергию на многократное охлаждение и повторный нагрев цилиндра. Чтобы решить эту проблему, он внес простое, но значительное улучшение конструкции. Отдельный конденсатор. Это избавило от необходимости тратить энергию и радикально повысило мощность, эффективность и рентабельность паровых двигателей.

Джеймс Ватт постепенно улучшал конструкцию двигателя на протяжении многих лет. Он добавил вращательное движение и расширил область применения двигателей, не ограничиваясь просто перекачкой воды. Ватт пытался коммерциализировать свое изобретение, но столкнулся со многими финансовыми неудачами. Так было до тех пор, пока он не вступил в партнерство с Мэтью Бултоном в 1775 . Пара создаст новую компанию Boulton and Watt, которая в конечном итоге станет очень успешной. Ватт со временем стал очень богатым человеком.

На пенсии Ватт продолжал возиться. Он разработал несколько новых изобретений, но ни одно из них не было столь значительным, как паровая машина. Позже он умер в преклонном возрасте 83 лет.

Источник: Dcoetzee / Wikimedia Commons

Ранние годы

Джеймс Уотт родился 19 января 1736 года в Гриноке, Ренфрушир, Шотландия. Его отец был казначеем и магистратом Гринока. Он также вел успешный бизнес по строительству судов и домов.

Его мать, Агнес Мюрхед, происходила из знатной семьи и имела хорошее образование. Оба его родителя были пресвитерианами и сильными заветниками. Дед Ватта, Томас Ватт, на самом деле был учителем математики и замком барона Картсберна. Интересно, что, учитывая тот факт, что его воспитывали религиозные родители, позже он стал деистом.

Детство Джеймса мучили зубные боли и мигрени. Из-за этого заболевания он не мог регулярно посещать школу.Благодаря этому, Джеймс изначально учился дома у своих родителей. Его мать учила Джеймса читать, а отец учил его арифметике и письму. Позже он посещал гимназию, где изучал латынь, греческий язык и математику.

Джеймс Ватт показал бы высокий уровень ловкости рук, инженерных навыков и способности к математике. Другие предметы, такие как латынь и греческий, его не очень интересовали.

Важной частью образования Джеймса были мастерские его отца.Здесь Джеймс работал со своими инструментами, верстаком и даже кузницей. Он проводил время в мастерских, делая модели, такие как подъемные краны и шарнирные органы. Он быстро освоился и с корабельными приборами.

Время, проведенное в мастерских отца, помогло ему быстро решить, чем он хочет заниматься в своей жизни, по крайней мере, сначала. Когда Джеймс был подростком, его отец потерял наследство из-за коммерческих катастроф и смерти матери.

Джеймс выбирает свою судьбу

В 17 лет Джеймс решил заняться изготовлением математических инструментов.Джеймс Ватт сначала переехал в Глазго, где одна из родственников его матери читала лекции в университете. Джеймс также встретится с Робертом Диком в Глазго. Дик призвал Ватта овладеть навыками изготовления инструментов, переехав в Лондон и работая подмастерьем. Джеймс последовал этому совету и в 1755 годах переехал в Лондон, найдя учителя, готового обучать его.

Этим добровольным хозяином был некто Джон Морган. Он был производителем инструментов, который согласился нанять его, но с небольшой оплатой.Джеймс в конечном итоге будет работать долгие часы без перерыва в холодной мастерской. Из-за этого его здоровье ухудшилось.

Источник: Dcoetzee / Wikimedia Commons

Его способности превосходили способности других учеников Джона, и он смог завершить свое пребывание в должности за один год, который обычно продлевался до семи лет. Здоровье Джеймса ухудшилось в течение года, но он выучил достаточно, чтобы «работать наравне с большинством подмастерьев». По прошествии этого времени Джеймс снова вернулся в Глазго.

Поскольку Джеймс не прошел официального семилетнего ученичества, Гильдия Хаммермана в Глазго (организация, которая имела юрисдикцию над ремесленником, использующим молоток) заблокировала его заявку, несмотря на то, что в то время в Шотландии не было производителей математических инструментов.

Джеймс Ватт и паровой двигатель Джеймса Лаудера, 1855 г. Источник : DcoetzeeBot / Wikimedia Commons

Ситуации Ватта помогло прибытие с Ямайки астрономических инструментов, которые были завещаны Университету Глазго. Эти инструменты требовали внимания специалистов. Ватт сумел привести их в рабочее состояние и получил соответствующее вознаграждение. Эти инструменты в конечном итоге были установлены в обсерватории Макфарлейн. Благодаря его отличной работе с инструментами три профессора предложили ему создать небольшую мастерскую в университете.

Создание магазина

Это было начато в 1757 . Здесь он делал и продавал математические инструменты, такие как квадранты, компасы и весы. Он также помогал с демонстрациями. Находясь в университетском городке, Джеймс познакомился со многими учеными и, в частности, подружился с британским химиком и физиком Джозефом Блэком.

Позже Джозеф разработал концепцию скрытого тепла. Джеймс также подружился со знаменитым Адамом Смитом.

В 1758 Джеймс познакомился с Джоном Крейгом, местным бизнесменом и архитектором.Они создали партнерство, которое позволило Джеймсу открыть еще один магазин в Глазго по продаже музыкальных инструментов и игрушек. Это партнерство длилось шесть лет, и в итоге пара наняла до шестнадцати рабочих. Крейг, к сожалению, умер в 1765 . Один из их сотрудников, Алекс Гарднер, в конце концов взял на себя дело, которое продолжалось и в ХХ веке.

В 1764 он женился на своей кузине Маргарет Миллер, которая, прежде чем она умерла девять лет спустя при родах, родила ему шестерых детей.

Двигатель Джеймса

В 1764 Джеймс обнаружил, что ремонтирует модель парового двигателя Ньюкомена. Ватт быстро понял, насколько неэффективной была эта конструкция, на которую тратилось много пара. Джеймс решил побороться с дизайном, чтобы повысить его эффективность. В 1765 он наконец нашел решение.

Двигатель Newcomen использовался почти 50 лет для откачки воды из шахт. Его дизайн за это время практически не изменился.

Идея Джеймса заключалась в том, чтобы снабдить двигатель отдельным конденсатором. Это должно было стать его первым и величайшим изобретением. Ватт заметил, что проблема парового двигателя Ньюкомена заключалась в потере скрытого тепла. В то время понимание паровой машины находилось в очень примитивном состоянии. Наука термодинамика не будет формализована еще как минимум 100 лет.

Первый конденсатор Ватта. Источник: DrJunge / Wikimedia Commons

Джеймсу удалось отремонтировать модель, но она почти не работала.Он продолжил экспериментировать с ним и обнаружил, что около трех четвертей тепловой энергии двигателя расходуется на нагрев цилиндра двигателя в каждом цикле. Эта энергия была потрачена впустую, потому что позже в цикле в цилиндр вводилась холодная вода для конденсации пара и снижения его давления. Таким образом, при многократном нагревании и охлаждении цилиндра двигатель тратил большую часть своей тепловой энергии, а не преобразовывал ее в механическую энергию.

По мнению Джеймса, потеря скрытого тепла была серьезным недостатком двигателя Ньюкомена.В решении Ватта конденсация должна происходить в камере, отличной от главного цилиндра, но связанной с ним.

Newcomen Engine. Источник: Энди Дингли / Wikimedia Commons

Джеймс натолкнулся на идею

В 1765 Ватт был вдохновлен. Он понял, что пар должен конденсироваться в отдельном цилиндре, кроме поршня. Джеймс также понял, что двигателю необходимо поддерживать температуру цилиндра на том же уровне, что и нагнетаемый пар, окружая его «паровой рубашкой»."

Это будет означать, что очень мало энергии поглощается цилиндром каждый раз, когда он работает. Это значительно увеличивает доступность энергии для выполнения полезной работы.

Позже Джеймс встретится с британским врачом, химиком и изобретателем. Джон Робак. Джон был основателем Carron Works, и именно он вдохновил Джеймса на создание собственного двигателя. Джеймс Ватт и Джон вместе вступили в партнерство после того, как он сделал небольшой испытательный двигатель. Его прототип стал возможным благодаря некоторым займы от Джозефа Блэка.

Робак в то время жил в Kinneil House, Bo'ness, и Ватт работал над усовершенствованием двигателя в небольшом коттедже, примыкающем к дому. Оболочка коттеджа и большая часть одного из его экспериментов существуют и сегодня.

Возможно, место зарождения промышленной революции. Небольшой коттедж, где Ватт работал над своим революционным паровым двигателем. Источник: Ким Трейнор / Wikimedia Commons

Разработка двигателя остановилась из-за трудностей с обработкой поршня и цилиндра для его двигателя.Металлургы в то время были больше похожи на кузнецов, чем на современных машинистов. Поэтому они не могли производить компоненты с достаточно высокой точностью.

В следующем году Ватт получил знаменитый патент на «Изобретенный новый метод уменьшения расхода пара и топлива в пожарных машинах». Это было достигнуто за счет больших затрат капитала.

Джеймс получает работу

Джеймс Ватт испытывает нехватку денег. Это заставило его искать работу. В 1766 году Ватт стал землемером.Следующие восемь лет его жизни были потрачены на разметку маршрутов каналов в Шотландии. Эта работа сильно отнимала его время, и его работа над новым паровым двигателем была серьезно задержана.

Его партнер Робак, к сожалению, обанкротится в 1772 . Английский производитель и инженер Мэтью Бултон, который также был производителем Soho Works в Бирмингеме, приобрел доли Roebuck в патенте Watt. После восьми лет землеустройства Джеймс был бы измучен этой задачей. Частично благодаря новому партнерству с Бултоном, Джеймс переехал в Бирмингем в 1774 .

Его партнерство с Боултоном предоставило Джеймсу доступ к одним из лучших металлургов мира. Это очень помогло в производстве деталей с достаточной точностью, необходимой для его двигателя.

Мэтью Бултон. Источник: VileGecko / Wikimedia Commons

Двигатель Джеймса Ватта сразу стал хитом

Патент Джеймса Ватта был продлен британским парламентом в 1775 . В том же году Болтон и Ватт образуют более официальное партнерство, которое продлится более 25 лет.Финансовая поддержка, которую оказал Бултон, позволила быстро разработать двигатель Ватта. Настолько быстро, что к 1776 два двигателя были установлены и полностью исправны.

Один двигатель был доставлен и установлен для перекачки воды на Стаффордширской шахте. Другой использовался для нагнетания воздуха в печи кузниц Джона Уилкинсона. В 1776 Джеймс снова женится на своей новой жене Энн МакГрегор. Она родила ему еще двоих детей.

В течение следующих пяти лет, вплоть до 1781, Джеймс Ватт будет проводить длительные периоды времени в Корнуолле.Здесь он установил и контролировал многочисленные насосные двигатели для прибыльных медных и оловянных рудников этого района. Двигатель Джеймса стал очень востребованным, так как руководители шахт искали способы снизить затраты, включая затраты на топливо.

Производство по франчайзингу

Ранние двигатели Джеймса Ватта не производились непосредственно компанией Boulton and Watt. Скорее, они получили лицензию на изготовление другими по чертежам и планам, сделанным Ваттом. Джеймс часто требовался в качестве инженера-консультанта для их производства.Сборка и разборка двигателя первоначально контролировались Ваттом лично. Позже другими мужчинами, работающими в их фирме.

Эти ранние машины были довольно большими. Один из первых, например, имел цилиндр диаметром 127 см и высотой 7 метров . Их требовалось собрать в специально отведенном для этого здании. Бултон и Ватт взимали ежегодную плату за машины. Это было установлено как 1/3 от стоимости сэкономленного угля по сравнению с существующим двигателем Ньюкомена, выполняющим ту же работу.

Ватт при всей своей научной и инженерной хватке не был бизнесменом. Ему пришлось вести переговоры, чтобы получить адекватные гонорары за свои двигатели. Несмотря на это, к 1780 Джеймс был в довольно хорошем финансовом положении. Однако его партнеру Боултону было трудно привлечь капитал. В следующем году Boulton увидел, что новый рынок открылся в кукурузной, солодовой и хлопковой промышленности.

Паровой двигатель Бултона и Ватта Источник : Ariadacapo / Wikimedia Commons

Бултон видит новые возможности

Болтон убедил Джеймса Ватта изобрести некоторую форму вращательного движения для своих паровых двигателей.Идея заключалась в замене возвратно-поступательного действия оригинала. В 1781 он именно это и сделал. Его так называемая солнечно-планетарная передача обеспечивала движение, с помощью которого вал производил два оборота за каждый цикл двигателя.

Солнце и планетарная передача на лучевом двигателе Boulton & Watt, 1788 г. Источник: geni / Wikimedia Commons

В 1782 Джеймс был на ударе. Он изобрел и запатентовал двигатель двойного действия. У этого двигателя был поршень, который толкал, а не тянул.Двигатель потребовал нового способа жесткого соединения поршня с балкой.

Его решение было разработано в 1784 , когда он изобрел параллельное движение. Это расположение шатунов, которые направляли шток поршня в перпендикулярное движение, которое он описал как «один из самых гениальных и простых механизмов, которые я придумал». Позднее Боултон предположил необходимость центробежного регулятора для автоматического управления скоростью двигателя. Ватт учел его предложения и успешно применял их в 1788 1790 он также изобрел и добавил манометр. Это практически завершило то, что мы сегодня знаем как Watt Engine.

Более поздние годы

На его двигатель быстро хлынули заказы от бумажных фабрик, мукомольных заводов, хлопчатобумажных фабрик, металлургических заводов, винокурен, каналов и гидротехнических сооружений. На самом деле так много, что к 1790 годам Ватт стал богатым человеком. На сегодняшний день он получил около фунтов стерлингов 76000 гонораров за свои патенты за предшествующие 11 лет .Однако его более поздние годы не были полностью поглощены его паровыми двигателями.

Джеймс Ватт был членом Лунного общества в Бирмингеме. Это была группа писателей и ученых, желавших продвинуть науку и искусство. Ватт также проводил время, экспериментируя с прочностью материалов. Джеймс также часто участвовал в судебных разбирательствах по защите своих патентов.

В 1785 Ватт и Бултон были избраны членами Лондонского королевского общества.Он также начал проводить время в отпуске. Он даже купил имение в Долдовлоде, Рэдноршир. К 1795 годам Ватт начали постепенно уходить из бизнеса. К 1880 годам Джеймс быстро приближался к пенсионному возрасту. 1880 также оказался годом, когда его патенты и партнерство начали истекать.

Ватт основал новую фирму в 1794 , Боултон и Ватт. Это предприятие построило Soho Foundry, чтобы производить паровые двигатели более конкурентоспособно.Примерно в это же время у сына Ватта от первого брака, Джеймса, начались проблемы.

Семейные проблемы

Джеймс Ватт-младший был молодым сторонником Французской революции. Он подвергался открытой критике в парламенте за то, что в 1792, годах он представил обращение Манчестерского конституционного общества к Société des Amis de la конституции (Якобинский клуб) в Париже.

Долгая пенсия Ватта была позже опечалена внезапной смертью другого сына от второго брака, Грегори.Он также переживет многих своих старых и самых близких друзей. Несмотря на это, Джеймс побывал в Шотландии, Франции и Германии, когда в г., 1802 г. и г. был подписан Амьенский договор.

Джеймс Ватт продолжил свою работу на чердаке своего дома. Здесь он построил и оборудовал ее как небольшую мастерскую. Джеймс продолжал возиться и изобретать и фактически разработал скульптурную машину, с помощью которой он воспроизводил оригинальные бюсты и фигуры для друзей.

Джеймс также работал консультантом в компании Glasgow Water Company.Достижения Ватта получили широкое признание при его жизни. Он стал доктором права Университета Глазго в 1806 и иностранным сотрудником Французской академии наук в 1814 и получил титул баронета, от которого он отказался.

Смерть и наследство

Джеймс Ватт умер 25 августа 1819 года. Ему было 83 года.

Паровая машина Джеймса Ватта была поистине революционной разработкой и, возможно, ключом к промышленной революции.Его машина стала невероятно популярной и была установлена ​​на многих предприятиях по всей Великобритании. Его вклад в науку и технику был настолько велик, что в его честь была названа единица мощности - Ватт.

Ватт, если вы не знаете, - это единица СИ, равная одному Джоуля работы, выполняемой в секунду. Это равняется примерно 1/746 лошадиных сил (для механических и электрических лошадиных сил). Некоторые ученые также утверждают, что изобретение его параллельного движения (или двигателя двойного действия) в 1784 должно означать начало неоднозначной эпохи антропоцена.Это пока неофициальный интервал геологического времени.

Банкнота номиналом 50 фунтов стерлингов Банка Англии 2011 года с изображениями Джеймса Ватта и Мэтью Бултона. Источник: worldbanknotescoins

В мае 2009 года Банк Англии объявил, что Болтон и Ватт появятся на новой банкноте £ 50 . Этот дизайн является первым изображением двойного портрета на любой банкноте Банка Англии. На этом изображении изображены двое мужчин, стоящих рядом, рядом с изображениями парового двигателя Ватта и работ Бултона в Сохо.Цитаты, приписываемые каждому из мужчин, написаны на записке: «Я продаю здесь, сэр, то, что весь мир желает иметь - СИЛУ» (Бултон) и «Я не могу думать ни о чем другом, кроме этой машины» (Ватт).

В период 2011 Джеймс Ватт был также одним из семи инаугурационных членов Зала славы инженеров Шотландии.

Паровой двигатель - определение парового двигателя по The Free Dictionary

Мне хотелось, чтобы зверь измотал себя и не терял чувствительность к усталости, как паровой двигатель.Но это было бесполезно. С тех пор я видел много лошадей, сильно встревоженных и беспокойных при виде или звуке паровой машины; но благодаря заботе моего доброго хозяина я так же бесстрашен на вокзалах, как и в своей конюшне. Я начал сравнивать эти вещи с человеческими машинами, впервые в жизни задавать себе вопрос, как бронированный или паровой двигатель Для разумного низшего животного я был бы лучшим электриком со знанием паровых машин. Как масленщик в большом машинном отделении я был уверен, что от меня ускользнет мало вещей, связанных с паром.Он задавался вопросом, сможет ли он когда-нибудь привыкнуть к работе в таком месте, как это, где воздух содрогается от оглушительного грома, а свистки предупреждают обо всех его сторонах одновременно; где миниатюрные паровые машины неслись на него, и шипящие, дрожащие, раскаленные добела массы металла проносились мимо него, а взрывы огня и пылающие искры ослепляли его и обжигали ему лицо. А как насчет пончика или паровой машины? Хотя отдельному человеку или небольшой группе сотрудников может быть присвоено почти любое изобретение, кто может сказать, что эта заслуга является хорошей? Ее часто смывают.«Это потому, что Cyclone представляет собой двигатель цикла Ренкина, что означает, что он связан с паровым двигателем и использует непрерывный цикл испарения и конденсации жидкости в герметичном контейнере для создания энергии». В 16 веке Джеймс Уоттс, инженер и изобретатель, который участвовал в разработке парового двигателя, заметил, что лошадь может перемещать 14850 кг (33000 фунтов) материи на 30,5 сантиметра (один фут) за одну минуту. * В средних школах преподают историю промышленной революции - изобретение паровой машины, прядильной машины Дженни, ткацких станков с водным приводом и т. д.Полный набор включает «Компьютер: паспорт в цифровую эпоху» (032396492), «Печатный станок: информационная революция» (023564884), «Радио: мир настраивается» (082396-4914), «Паровой двигатель: подпитка промышленной революции» (0823964906). ), «Телескоп: взгляд в космос» (082396-4892) и «Телевидение: окно в мир» (023964930. Имя Джеймса Ватта стало широко известно как изобретателя лампочки; но именно паровой двигатель принес ему пользу. славы - и которая возникла не из-за его гениальности.«В настоящее время информация соответствует тому моменту, когда произошла промышленная революция в начале 1820-х годов, примерно через сорок лет после того, как усовершенствованная паровая машина Джеймса Ватта (впервые установленная в 1776 году) была впервые применена в 1785 году в промышленной операции - прядении хлопок.

№ 69: Паровые двигатели в Англии

Сегодня давайте посмотрим на паровые машины в Англия восемнадцатого века. Университет Инженерный колледж Хьюстона представляет это сериал о машинах, которые делают наши цивилизация бежит, а люди, чья изобретательность создал их.

Паровые двигатели были английскими подарок миру в восемнадцатом веке. Томас Савери начал все это со своего парового насоса в 1698 году. последовала первая настоящая пара Томаса Ньюкомена двигатель в 1711 году. Когда Джеймс Ватт продал свой первый двигатель в 1769 году, паровые двигатели существовали около семьдесят лет. Их было построено почти 600.

Что сделал Ватт, так это внесение улучшений, которые оставили паровые машины в четыре раза эффективнее. Его первый двигатели выдают всего около шести лошадиных сил - не намного больше, чем первые двигатели Newcomen - но они были меньше и ели гораздо меньше угля. И менее чем за 20 лет он увеличил объем производства до целых 190 лошадиных сил.

В те времена 190 лошадиных сил никоим образом не подходили под капотом авто. Эти ранние двигатели были огромный. Цилиндры старых двигателей Newcomen были от двух до десяти футов в диаметре. Ньюкомен Двигатель был двухэтажной конструкции. Двигатели Ватта были компактнее, но их цилиндры все еще оставались от полутора до пяти футов в диаметре.

Историки Канефски и Роби говорят нам, что как они были, двигатели Ватта не преобладали производство. К концу века более 2000 паровые машины были построены в Англии, и меньше более 500 из них были двигателями Ватта.

Собственно, паровые машины так и не стали основным источник энергии в восемнадцатом веке.Большинство энергия по-прежнему исходила от водяных колес и ветряные мельницы. Паровые заводы никогда не производили более нескольких сотен лошадиных сил в год. Но происходили две вещи: выбрана мощность пара. до тех специализированных задач, которые были абсолютно необходим для промышленной революции - как откачивание воды из шахт, чтобы мы могли уголь и металлы нам были нужны.И паровая сила была основа для тяжелой энергетики, которая так изменил жизнь девятнадцатого века.

К 1800 г. суммарная мощность всех паровых когда-либо построенные двигатели были примерно такими же, как у одного из наших большие дизельные двигатели сегодня. Они не изменили Английская деревня в ночное время. Но они были преследует лошадь величайшей революции в мире когда-либо видел - агентов изменений, которые так далеко превзошли все, о чем думали их создатели оф.

Я Джон Линхард, из Хьюстонского университета, где нас интересуют изобретательные умы Работа.

(Музыкальная тема)

Канефски Дж., Роби Дж. Паровые двигатели в Британия XVIII века: количественная оценка, Технологии и культура , Vol.21, No. 2, апрель, г. 1980, стр. 161-186.

Этот эпизод был сильно переработан как эпизод 1440.


из паровые двигатели знакомо Разъяснил , 1836

Паровой насос Savery's 1698


Из 1832 г. Эдинбург энциклопедия , 1836 г.

Атмосферный паровой двигатель Ньюкомена

Паровоз

Паровой двигатель - великое изобретение 426 лет назад, когда Джеймс Ватт запустил свой первый локомотив с паровым двигателем, он изменил весь мир.

Мы думаем, что многие люди не знают, в каких сферах мы используем паровые двигатели и какое значение паровые двигатели имеют в нашей реальной жизни!

На этой странице мы хотели бы показать некоторые действительно важные вещи, чтобы наши посетители могли получить четкое представление об этой ситуации.

Краткое описание парового двигателя

большое спасибо Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_engine

Паровая машина - это тепловая машина, которая выполняет механическую работу, используя пар в качестве рабочего тела.

Использование кипящей воды для создания механического движения насчитывает более 2000 лет, но первые устройства были непрактичными. Испанский изобретатель Херонимо де Аянц-и-Бомонт запатентовал в 1606 году первую паровую машину. В 1698 году Томас Савери запатентовал паровой насос, который использовал пар в прямом контакте с перекачиваемой водой. Паровой насос Savery использовал конденсирующийся пар для создания вакуума и втягивания воды в камеру, а затем подавал пар под давлением для дальнейшей откачки воды.Атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена был первым коммерческим настоящим паровым двигателем, использующим поршень, и использовался в 1712 году для закачки в шахту.

В 1781 году Джеймс Ватт запатентовал паровую машину, которая производила непрерывное вращательное движение. Двигатели Ватта мощностью десять лошадиных сил позволяли приводить в действие широкий спектр производственного оборудования. Двигатели можно было разместить везде, где можно было получить воду, уголь или древесное топливо. К 1883 году стали возможны двигатели мощностью 10 000 л.с. Паровые двигатели также могут применяться для таких транспортных средств, как тяговые двигатели и железнодорожные локомотивы.Стационарный паровой двигатель был ключевым компонентом промышленной революции, позволив фабрикам располагаться там, где гидроэнергетика была недоступна.

Паровые двигатели - это двигатели внешнего сгорания, в которых рабочая жидкость отделена от продуктов сгорания.

Могут использоваться источники тепла, не связанные с сжиганием, такие как солнечная энергия, ядерная энергия или геотермальная энергия.

Идеальный термодинамический цикл, используемый для анализа этого процесса, называется циклом Ренкина.

В цикле:

  1. вода нагревается и превращается в пар в котле, работающем под высоким давлением.
  2. При расширении через поршни или турбины выполняется механическая работа.
  3. Затем пар пониженного давления конденсируется и закачивается обратно в котел.

В общем случае термин паровой двигатель может относиться либо к интегрированным паровым установкам (включая котлы и т. Д.), Таким как железнодорожные паровозы и переносные двигатели, либо может относиться только к поршневому или турбинному оборудованию, как в балочном двигателе и стационарный паровой двигатель. Специализированные устройства, такие как паровые молоты и паровые копры, зависят от пара, подаваемого от отдельного котла.Паровые двигатели поршневого типа оставались доминирующим источником энергии до начала 20 века, когда успехи в конструкции электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания постепенно привели к замене поршневых паровых двигателей на коммерческое использование и преобладанию пара. турбины в электроэнергетике. [4] Учитывая, что подавляющее большинство электроэнергии в мире вырабатывается паровыми двигателями турбинного типа, «паровой век» продолжается с уровнями энергии, намного превышающими уровни начала XIX века.

Назовем некоторые интересные промышленные инструменты, которые работают на основе «технологии парового двигателя»:

  • Угольные электростанции
  • Nuclear Plants,
  • Атомные подводные лодки,
  • Атомный корабль-носитель авианосца!
  • паровые тракторы,
  • Паровозы,

И еще более интересно то, что некоторые предприятия по производству зеленой или возобновляемой энергии также используют эту старомодную операцию под названием «паровой двигатель»!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *