Паровой двигатель изобрел: ПАРОВАЯ МАШИНА • Большая российская энциклопедия

Современный паровой двигатель

Я живу только на угле и воде и все еще обладаю достаточной энергией, чтобы разогнаться до 100 миль в час! Это именно то, что может сделать паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли на большей части мировых железных дорог, паровые технологии живут в сердцах людей, и локомотивы, подобные этому, до сих пор служат туристическими достопримечательностями на многих исторических железных дорогах.

Первое современные паровые машины были изобретены в Англии в начале 18 века и ознаменовали начало Промышленной Революции.

Товары для изобретателей. 🔥 Перейти в магазин. Ссылка.

Сегодня мы вновь возвращаемся к энергии пара. Из-за особенностей конструкции в процессе сгорания топлива паровой двигатель дает меньше загрязнений, чем двигатель внутреннего сгорания. В данной публикации на видео посмотрите, как он работает.

Конструкция и механизм действия паровой машины

Паровой двигатель сжигает топливо во внешней камере сгорания.

В результате тепло превращает воду в сжатый пар, который поступает в цилиндры и поршнем вращает коленчатый вал. Последний приводит в действие зубчатую передачу двигателя. Поскольку мотор не сжигает топливо внутри цилиндра, как это делает обычный двигатель, он может работать на любом топливе с меньшим количеством выхлопов.

Цилиндрический корпус современного парового двигателя сделан из алюминия. Рабочие устанавливают стержни для крепления 6 цилиндров из нержавеющей стали. Так как происходит постоянный контакт с паром, все детали сделаны из нержавеющих материалов.

Рабочий вставляет в каждый цилиндр поршень. Он алюминиевый, а головка и уплотнение, не дающие ему соприкасаться со стенками цилиндра, сделаны из жаростойкого углеродного волокна.  Стойки поршней соединены с коленвалом в центре кожуха с помощью особой детали – крестовины. Она нужна, чтобы скорректировать ход поршня, создавая более ровное вращение вала и сообщая двигателю больше энергии.

В отличие от обычного автомобильного мотора, где цилиндры расположены в ряд, эти цилиндры имеют идеальную конфигурацию и потому равноудалены от центра. Это предотвращает деформацию мотора под действием высокой температуры.

Над крестовиной для еще более ровного хода коленчатого вала помещен противовес. Теперь над каждым поршнем устанавливаются толкатели, которые воздействуют на клапан, позволяющий входить в цилиндр и двигать поршень. Основание каждого толкателя вставляют в направляющее кольцо. Затем закрепляют головки цилиндров. В каждой из них находится паровой клапан. Толкатель вставляют в клапан и в завершение сборки устанавливают эксцентрик, который двигает толкатели при вращении вала.

Собранные на заводе двигатели подвергаются нескольким эксплуатационным испытаниям. Первый пробный пуск с применением сжатого воздуха для поиска утечек и проверки, все ли детали работают как нужно. Если все в порядке, то уже процесс повторяют уже с паром.

Такой паровой двигатель может давать энергию разным механизмам. От автомобилей и кораблей до электрогенераторов. В автомобиле ему не нужна трансмиссия. Он производит большое количество энергии вращения.

Теперь теплообменник – компонент, превращающий воду в пар, который и создает энергию. При помощи колеса стальную трубку превращают в спираль. Спираль скрепляют стальной проволокой, оставляя зазоры. Когда топливо сгорает, жар распространяется с внешней стороны витков и между ними, нагревая воду внутри трубки быстрее и эффективнее, чем при контакте только с верхней и нижней поверхностями. Результат – перегретый пар всего за 5 секунд.

Нужны 6 таких спиралей, каждая для питания одного цилиндра. Стопка спиралей образует первичный теплообменник двигателя. Для проверки используют любые виды топлива. Даже отходы, такие как отработанное моторное масло и использованное растительное масло из фритюрниц в ресторанах. Подойдет практически все, что горит. Топливо сгорает при низком давлении, а не высоком, как в бензиновом или дизельном двигателе. Это означает, что горение идет на производство пара, создавая гораздо меньше парниковых газов. Большинство углеводородов полностью и не нужно доливать воду, потому что конденсатор снова превращает пар в воду, реализуя повторное использование.

Вода также действует в качестве смазки для двигателя. Паровой машине не нужно моторное масло. Помимо сгорания топлива она способна работать на других источниках тепла, таких как солнечный жар и выбросы тепла из топок и двигателей. Круто или нет? Решайте сами.

Можно сделать из простой банки двигатель, об этом в отдельной статье. Готовые китайские генераторы и другие изобретения в этом китайском магазине.

Что питало старинный паровой двигатель?

Требуется энергия, чтобы делать абсолютно все, о чем вы только можете подумать: кататься на скейтборде, летать на самолете , ходить в магазины или водить машину по улице. Большая часть энергии, которую мы используем для транспортировки сегодня, поступает из нефти, но это было не всегда так. До начала 20-го века уголь был любимым топливом в мире, и он приводил в движение все: от поездов и кораблей до злополучных паровых самолетов, изобретенных американским ученым Сэмюэлем П. Лэнгли, ранним конкурентом братьев Райт. Что такого особенного в угле? Внутри Земли его много, поэтому он был относительно недорогим и широко доступным.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает, что он основан на элементе углерода. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки мертвых растений закапывают под камнями, сжимают под давлением и варят под действием внутреннего тепла Земли . Вот почему это называется ископаемое топливо . Комки угля – это действительно комки энергии. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислорода соединениями, называемыми химическими связями. Когда мы сжигаем уголь на огне, связи распадаются, и энергия выделяется в форме тепла.

Уголь содержит примерно вдвое меньше энергии на килограмм, чем более чистое ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и керосин – и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать так много.

Готовы ли паровые машины к эпическому возвращению?

Когда-то давно господствовал паровой двигатель – сначала в поездах и тяжелых тракторах, как вы знаете, но в конечном итоге и в автомобилях. Сегодня это трудно понять, но на рубеже 20-го века более половины автомобилей в США работали на парах. Паровой двигатель был настолько усовершенствован, что в 1906 году паровая машина под названием «Ракета Стэнли» даже имела рекорд скорости на земле – опрометчивая скорость 127 миль в час!

Теперь вы можете подумать, что паровая машина имела успех только потому, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) еще не существовали, но на самом деле паровые машины и автомобили ДВС были разработаны одновременно. Поскольку у инженеров уже был 100-летний опыт работы с паровыми двигателями, у паровой машины был довольно большой старт. В то время как ручные коленчатые двигатели ломали руки несчастных операторов, к 1900 году паровые машины были уже полностью автоматизированы – и без сцепления или коробки передач (пар обеспечивает постоянное давление, в отличие от хода поршня ДВС), очень легким в управлении.  Единственное предостережение, что вы должны были подождать несколько минут, чтобы котел нагрелся.

Однако через несколько коротких лет Генри Форд придет и все изменит. Хотя паровой двигатель технически превосходил ДВС, он не мог сравниться с ценой серийных Фордов. Производители паровых автомобилей пытались переключать передачи и продавать свои автомобили как премиальные, роскошные продукты, но к 1918 году Ford Model T был в шесть раз дешевле, чем Steanley Steamer (самая популярная паровая машина в то время). С появлением электродвигателя стартера в 1912 году и постоянным повышением эффективности ДВС прошло совсем немного времени, пока паровая машина исчезла с наших дорог.

Под давлением

В течение последних 90 лет паровые машины оставались на грани исчезновения, а гигантские звери выкатывались на показы старинных автомобилей, но не намного. Спокойно, однако, на заднем плане исследования незаметно продвигались вперед – отчасти из-за нашей зависимости от паровых турбин в производстве электроэнергии, а также потому, что некоторые люди считают, что паровые двигатели действительно могут превосходить двигатели внутреннего сгорания.

ДВС имеют внутренние недостатки: им требуется ископаемое топливо, они производят много загрязнений, и они шумные. Паровые двигатели, напротив, очень тихие, очень чистые и могут использовать практически любое топливо. Паровые двигатели благодаря постоянному давлению не требуют зацепления – вы получаете максимальный крутящий момент и ускорение мгновенно, в состоянии покоя. Для городского вождения, где остановка и запуск потребляют огромное количество ископаемого топлива, непрерывная мощность паровых двигателей может быть очень интересной.

Технологии прошли долгий путь и с 1920-х годов – в первую очередь, мы теперь мастера материалов . Оригинальным паровым машинам требовались огромные, тяжелые котлы, чтобы выдерживать жару и давление, и в результате даже небольшие паровые машины весили пару тонн. С современными материалами паровые машины могут быть такими же легкими, как их двоюродные братья. Добавьте современный конденсатор и какой-нибудь котел-испаритель, и вы сможете построить паровую машину с приличной эффективностью и временем прогрева, которое измеряется секундами, а не минутами.

Цикл Ранкина, на котором основан паровой двигатель Cyclone Technologies

В последние годы эти достижения объединились в некоторые захватывающие события. В 2009 году британская команда установила новый рекорд скорости ветра на паровой тяге в 148 миль в час, наконец, побив рекорд ракеты Стэнли, который стоял более 100 лет. В 1990-х годах подразделение Volkswagen R & D под названием Enginion заявило, что оно построило паровой двигатель, который был сопоставим по эффективности с ДВС, но с меньшими выбросами. В последние годы Cyclone Technologies утверждает, что она разработала паровой двигатель, который в два раза эффективнее, чем ДВС. На сегодняшний день, однако, ни один двигатель не нашел свой путь в коммерческом автомобиле.

Двигаясь вперед, маловероятно, что паровые машины когда-либо сядут с двигателя внутреннего сгорания, хотя бы из-за огромного импульса Big Oil. Однако однажды, когда мы наконец решим серьезно взглянуть на будущее личного транспорта, возможно, тихая, зеленая, скользящая грация энергии пара получит второй шанс.

Паровые двигатели нашего времени

Технология.

Инновационная энергия. В настоящее время nanoFlowcell® является самой инновационной и самой мощной системой накопления энергии для мобильных и стационарных приложений. В отличие от обычных батарей, nanoFlowcell® снабжается энергией в виде жидких электролитов (bi-ION), которая может храниться вдали от самой ячейки. Выхлоп автомобиля с этой технологией – водяной пар.

Как и обычная проточная ячейка, положительно и отрицательно заряженные электролитические жидкости хранятся отдельно в двух резервуарах и, как и обычная проточная ячейка или топливный элемент, прокачиваются через преобразователь (действительный элемент системы nanoFlowcell) в отдельных контурах.

Здесь две цепи электролита разделены только проницаемой мембраной. Обмен ионов происходит, как только растворы положительного и отрицательного электролитов проходят друг с другом по обе стороны мембраны конвертера. Это преобразует химическую энергию, связанную в би-ион, в электричество, которое затем напрямую доступно для потребителей электроэнергии.

Подобно водородным транспортным средствам, «выхлоп», производимый электромобилями nanoFlowcell, представляет собой водяной пар. Но являются ли выбросы водяного пара от будущих электромобилей экологически чистыми?

Критики электрической мобильности все чаще ставят под сомнение экологическую совместимость и устойчивость альтернативных источников энергии. Для многих автомобильные электроприводы являются посредственным компромиссом вождения с нулевым уровнем выбросов и экологически вредных технологий. Обычные литий-ионные или металлогидридные батареи не являются ни устойчивыми, ни экологически совместимыми – ни в производстве, ни в использовании, ни в переработке, даже если реклама предполагает чистую «электронную мобильность».

nanoFlowcell Holdings также часто задают вопрос об устойчивости и экологической совместимости технологии nanoFlowcell и би-ионных электролитов. И сам nanoFlowcell, и растворы электролитов bi-ION, необходимые для его питания, производятся экологически безопасным способом из экологически чистого сырья.  В процессе эксплуатации технология nanoFlowcell полностью нетоксична и никоим образом не наносит вреда здоровью. Би-ИОН, который состоит из слабосолевого водного раствора (органические и минеральные соли, растворенные в воде) и фактических энергоносителей (электролитов), также безопасен для окружающей среды при использовании и переработке.

Как работает привод nanoFlowcell в электромобиле? Подобно бензиновому автомобилю, раствор электролита потребляется в электрическом транспортном средстве с нанофлоуцеллом. Внутри наноотвода (фактической проточной ячейки) один положительно и один отрицательно заряженный раствор электролита прокачивается через клеточную мембрану. Реакция – ионный обмен – имеет место между положительно и отрицательно заряженными растворами электролита. Таким образом, химическая энергия, содержащаяся в би-ионах, выделяется в виде электричества, которое затем используется для привода электродвигателей. Это происходит до тех пор, пока электролиты прокачиваются через мембрану и реагируют.  В случае привода QUANTiNO с нанофлоуцеллом одного резервуара с электролитной жидкостью достаточно для более чем 1000 километров. После опустошения бак должен быть пополнен.

Какие “отходы” образуются электрическим транспортным средством с нанофлоуцеллом? В обычном транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания при сжигании ископаемого топлива (бензина или дизельного топлива) образуются опасные выхлопные газы – главным образом, диоксид углерода, оксиды азота и диоксид серы – накопление которых было определено многими исследователями как причина изменения климата. менять. Тем не менее, единственные выбросы, выделяемые транспортным средством nanoFlowcell во время вождения, состоят – почти как транспортное средство, работающее на водороде – почти полностью из воды.

После того, как ионный обмен произошел в наноячейке, химический состав раствора электролита bi-ION практически не изменился. Он больше не является реактивным и, таким образом, считается «потраченным», поскольку его невозможно перезарядить.  Поэтому для мобильных применений технологии nanoFlowcell, таких как электромобили, было принято решение микроскопически испарять и высвобождать растворенный электролит во время движения автомобиля. При скорости свыше 80 км / ч емкость для отработанной электролитической жидкости опорожняется через чрезвычайно мелкие распылительные форсунки с использованием генератора, приводимого в движение энергией привода. Электролиты и соли предварительно механически отфильтровываются. Выпуск очищенной в настоящее время воды в виде паров холодной воды (микротонкодисперсный туман) полностью совместим с окружающей средой. Фильтр меняется примерно на 10 г.

Преимущество этого технического решения состоит в том, что бак транспортного средства опустошается при движении в обычном режиме и может быть легко и быстро пополнен без необходимости откачки.

Альтернативное решение, которое является несколько более сложным, состоит в том, чтобы собрать раствор отработанного электролита в отдельном резервуаре и отправить его на переработку.  Это решение предназначено для подобных стационарных приложений nanoFlowcell.

Однако сейчас многие критики предполагают, что водяной пар такого типа, который выделяется при конверсии водорода в топливных элементах или в результате испарения электролитической жидкости в случае наноотвода, теоретически является парниковым газом, который может оказать влияние на изменение климата. Как возникают такие слухи?

Мы рассматриваем выбросы водяного пара с точки зрения их экологической значимости и задаем вопрос о том, сколько еще водяного пара можно ожидать в результате широкого использования транспортных средств с нанофлоуцелл по сравнению с традиционными технологиями привода и могут ли эти выбросы H ₂ O иметь негативное воздействие на окружающую среду.

Наиболее важные природные парниковые газы – наряду с CH ₄ , O ₃ и N ₂ O – водяной пар и CO ₂, Углекислый газ и водяной пар невероятно важны для поддержания глобального климата.  Солнечное излучение, которое достигает земли, поглощается и нагревает землю, которая в свою очередь излучает тепло в атмосферу. Однако большая часть этого излучаемого тепла уходит обратно в космос из земной атмосферы. Углекислый газ и водяной пар обладают свойствами парниковых газов, образуя «защитный слой», который предотвращает утечку всего излучаемого тепла обратно в космос. В естественном контексте этот парниковый эффект имеет решающее значение для нашего выживания на Земле – без углекислого газа и водяного пара атмосфера Земли была бы враждебна для жизни.

Парниковый эффект становится проблематичным только тогда, когда непредсказуемое вмешательство человека нарушает естественный цикл. Когда в дополнение к естественным парниковым газам люди вызывают более высокую концентрацию парниковых газов в атмосфере, сжигая ископаемое топливо, это увеличивает нагрев земной атмосферы.

Являясь частью биосферы, люди неизбежно влияют на окружающую среду и, следовательно, на климатическую систему, самим своим существованием. Постоянный рост численности населения Земли после каменного века и создания поселений несколько тысяч лет назад, связанный с переходом от кочевой жизни к сельскому хозяйству и животноводству, уже повлиял на климат. Почти половина оригинальных лесов и лесов в мире была очищена для сельскохозяйственных целей. Леса – наряду с океанами – главный производитель водяного пара.

Водяной пар является основным поглотителем теплового излучения в атмосфере. Водяной пар составляет в среднем 0,3% по массе атмосферы, углекислый газ – только 0,038%, что означает, что водяной пар составляет 80% массы парниковых газов в атмосфере (около 90% по объему) и, с учетом от 36 до 66% – самый важный парниковый газ, обеспечивающий наше существование на земле.

Таблица 3: Атмосферная доля наиболее важных парниковых газов, а также абсолютная и относительная доля повышения температуры (Циттель)
* Источник: РКИК ООН/

Наряду с естественным водяным паром, самые большие антропогенные – антропогенные – выбросы водяного пара образуются в результате искусственного орошения (МГЭИК). Тем не менее, широко распространенная вырубка лесов значительно снижает выброс водяного пара, который будет иметь эффект во много раз больше.

Антропогенный вклад водяного пара не учитывается в расчетах климатической модели, поскольку по сравнению с естественными выбросами в результате испарения эта доля составляет всего 0,005%, что делает его неактуальным. Это контрастирует с антропогенными выбросами углекислого газа, доля которых составляет 4%, и они оказывают значительное влияние на природный цикл.

Следует также сказать, что доля CO _2, создаваемая дорожным движением во всем мире, составляет в среднем около 11%. Что изменилось бы, если бы больше автомобилей испускало водяной пар, чем CO ₂ ?

Следующие оценки были сделаны в отношении абсолютного количества выбросов водяного пара в Германии:

На основании среднегодового количества осадков около 780 мм и площади поверхности ок. 360 000 км ² , объем осадков составляет около 280 млрд. Тонн. Природные выбросы водяного пара на км ² и год составляют около 0,35 x 10 ⁶ тонн. Исходя из общей площади поверхности, это составляет около 125 000 x 10 ⁶ тонн водяного пара в год. Это было рассчитано в предположении, что ок. 50% общего количества осадков испаряется, а оставшиеся 50% поступают в море через грунтовые и поверхностные воды.

Если бы все 45,1 миллиона легковых автомобилей, зарегистрированных в Германии, были переведены на привод nanoFlowcell, средний пробег составил бы около 1000 литров электролита на испаряемое транспортное средство каждый год, выделяя примерно 0,01% водяного пара, возникающего естественным образом в Германии. С глобальной точки зрения, огромное количество естественного испарения – особенно из океанов и лесов – делает общую антропогенную долю водяного пара абсолютно незначительной (менее 0,005%).

Кроме того, парниковый эффект водяного пара зависит прежде всего от его концентрации в различных слоях атмосферы. Чем дальше удаляется от поверхности земли, тем сильнее эффект парниковых газов. Ученые согласны с тем, что потенциал парниковых газов антропогенного водяного пара вблизи земли следует считать незначительным. Водяной пар в стратосфере, с другой стороны, где он испускается самолетами, представляет скрытый дополнительный потенциал парниковых газов.

Мы утверждаем, что QUANTiNO и QUANT FE не свободны от выбросов – они по-прежнему образуют воду в качестве «отходов» (а также небольшое количество перерабатываемого электролита и солей), но даже если все транспортные средства в мире были переведены на привод nanoFlowcell, в результате выбросы водяного пара не будут влиять на изменение климата. Они будут производить меньше водяного пара, чем количество вырубленных лесов из года в год.

Являясь экологически совместимым и устойчивым источником энергии, nanoFlowcell внесет позитивный вклад в глобальный климат. Каждое электрическое транспортное средство, приводимое в действие нанофлоуцеллом, которое заменяет обычное транспортное средство двигателем внутреннего сгорания, способствует снижению роста концентрации оксидов углерода, оксидов азота и диоксида серы.

Доклад по физике для 8 класса на тему: «История изобретения паровой машины»

Считается, что Великая индустриальная революция 18 века произошла после изобретения паровой машины. Доклад об истории создания этого устройства включает в себя биографии ученых разных стран и эпох, которые занимались исследованием энергии пара, а также обзор сконструированных ими механизмов.

История изобретения

Краткое содержание сообщения о создании первых паровых машин следует начать с упоминания Герона Александрийского. Еще в первом веке нашей эры этот удивительный древний ученый кратко описал устройство, которое приводил в движение пар. Он назвал его «эолипил» — управляемый ветром. Выходящие из клапанов потоки горячего пара приводили конструкцию в действие. Греки не знали, что такое пар, и считали, что вода при нагревании переходит в горячий воздух. Поэтому Герон был уверен, что из сопла его машины вырывается горячий ветер.

Также Герон был первым, кто употребил паровой двигатель в качестве водяного насоса. Кстати, многие исследователи полагают, что открытие Герона могло уже в те времена спровоцировать начало промышленной революции, однако практического применения эти машины в древнем мире не нашли. Почему? Скорее всего, за отсутствием необходимости, так как труд рабов и животных был гораздо дешевле, чем изготовление каких-либо машин, к которым относились не более, как к игрушкам.

Многие ученые пытались обратить мощную энергию кипящей воду на службу человечеству. Вот имена некоторых первопроходцев, работавших над созданием и усовершенствованием паровых механизмов:

• Архимед — увлеченный грек придумал паровую пушку однократного действия. Он назвал ее «супергром» — архитронито. Эскизы похожего устройства также были найдены в рукописях Леонардо да Винчи, который был в первую очередь придворным изобретателем, и только во вторую — гениальным живописцем.
• Таги-аль-Диноме — арабский физик, философ, астроном, инженер. В шестнадцатом веке создал машину, напоминающую паровую турбину. Лопасти вращались посредством направленных на них потоков пара.
• Архитектор Дж. Бранка в 1629 году опубликовал книгу «Различные машины». В ней описан аналог двигателя Герона, который использовался, как паровая ступа: к турбине был подсоединен привод для дробления руды.
• Дени Папен — доктор, физик, в семнадцатом веке сконструировал первый в мире паровой двигатель.
• Оливер Эванс — усовершенствовал двигатель, использовав вместо вакуума пар высокого давления
• Джеймс Уатт — изобретатель, инженер. В конце восемнадцатого века изобрёл тепловой двигатель, улучшенную паровую машину. Именно он мог бы стать создателем первого в мире транспортного средства на базе парового двигателя, но проект показался ему слишком опасным и рискованным, вследствие чего не был реализован.
• Никола Жозеф Кюнью — французский военный инженер, в 1769 году создал прародительницу всех безлошадных средств передвижения. Вес этой деревянной повозки составлял порядка 2800 кг. Конструкция имела два поршня, пара хватало на 15 минут. История с грузовиком Кюньо закончилась не очень удачно — он врезался в стену, так как тормозов не было.

История изобретения паровых машин знала многих неевропейских ученых. Первый похожий на современную турбину, приводимую в движение паром, механизм был изобретен в Египте в середине 1500-х годов физиком Таги-аль-Диноме. Немного позже в Италии было представлено похожее решение.

Недостатком таких двигателей был довольно низкий коэффициент полезного действия (КПД), так как большая часть тепла рассеивалась в воздухе. По этой причине дальнейшее изобретение подобных устройств временно приостановилось. Ещё одной причиной было отсутствие необходимости в таких вещах.

Попытки практического использования

Эдвард Сомерсет показал паровое устройство для подъёма воды на высокие строения, но проект не получил финансирования и был отложен. Француз Дени Папен проводил опыты по отводу воздуха из цилиндра посредством взрыва пороха и сделал вывод, что вакуум создается в процессе парообразования. Для автоматизации процесса он использовал постоянно нагреваемый котел с водой. Это стало его изобретением. Также ученый создал предохранительный клапан.

Научный прогресс неизбежно следует за осознанием необходимости перемен. В Англии такая срочная нужда как раз назревала, так как угледобывающая промышленность страны оказывалась невыгодной из-за огромной стоимости откачки воды из рудников. Просто необходимо было придумать способ решить эту проблему, заменив силу лошадей на более рациональное решение.

Военный инженер Томас Севери создал первый паровой агрегат, откачивающий воду из рудников. Он получил патент на свою так называемую «огненную машину» в 1698 году. В машине Севери, как и у Герона, использовались избыточное давление пара и вакуум, возникающий при конденсации. Также он сконструировал устройство для пожаротушения, но и оно продержалось недолго — его признали опасным. Главным минусом было то, что от высокого давления резервуар с жидкостью мог взорваться, именно это отпугивало людей от нововведений.

Однако настоящий переворот произвели поршневые паровые механизмы. Томас Ньюкомен, выходец из народа, кузнец по профессии, инженер-самоучка, изучил достоинства и недостатки машин Севери, когда устанавливал их на рудниках. В 1712 году он изобрел приспособление на базе двигателя Севери для откачки воды из глубоких шахт, которое можно назвать поршневым атмосферным двигателем. Оно было популярно и пользовалось успехом, так как проблема с затоплением шахт требовала решения. Недостаток таких машин заключался в их громадных размерах и ничтожном КПД.

Оливер Эванс и Ричард Тревитик в своих конструкциях использовали пар, который подавался с повышенным давлением — это значительно увеличило мощность и эффективность, но повысило число случаев взрыва котла. В связи с этим было принято решение об использовании предохранительного клапана Дени Папена, чтобы понижать чрезмерно высокое давление пара.

Появление конденсатора

В конце 17 века Джеймс Уатт создал тепловой двигатель — улучшенную версию паровой машины. В такой конструкции внутренняя энергия топлива превращалась в механическую энергию поршня.

Уатт провёл ряд опытов над уже существующими моделями паровых двигателей и убедился в их неэффективности. Он доказал, что в них три четверти пара расходуются без пользы: во время каждого цикла пар должен согревать цилиндр, потому что перед ним там находилась холодная вода, так как от разницы температур создавалось большое давление, из-за этого большая часть энергии тратилась на обогрев, вместо того, чтобы быть преобразованной в механическую энергию. Он изобрел конденсатор — устройство, понижающее давление в цилиндре путем конденсации части пара, камера сгорания была такой же температуры, как и входящий в неё пар.

Первый автомобиль

В докладе на тему изобретения паровой машины в 8 классе нельзя не упомянуть самоходную «телегу». В 1769 французским военным инженером и изобретателем Никола Жозефом Кюнью был представлен этот первый в мире «автомобиль». Он имел три деревянных колеса — одно переднее и два задних, ведущим было переднее колесо, на котором были зацепы для повышения сцепления с грунтом. Спереди был размещен котел для нагрева воды, рядом с ним находился цилиндр, расположенный в вертикальном положении.

Машина оказалась практически неуправляемой. Также в конструкции не было тормозов, вследствие чего во время испытаний она врезалась в стену. В то же время эту машину можно считать предшественником паровозов и локомобилей (двигателей с локально расположенными узлами).

Принцип работы и применение

Для действия паровой машины обязательно нужен паровой котёл. Он представляет собой двигатель внешнего сгорания, так как топливо для нагрева котла сгорает в топке, то есть вне основного механизма (в двигателе внутреннего сгорания процесс горения происходит внутри цилиндра). Пар, который расширяется в котле, давит на поршень (в паровом двигателе) или на лопасти (в паровой турбине), а их движение передаётся механическим путём к остальным деталям.

Существует несколько видов паровых машин:

Локомобиль — установка, в которой парообразующий агрегат, поршень и другие элементы смонтированы вместе, как один механизм. Отсюда и название (локальный — расположенный в одном месте).

Тип компаунд — машина одиночного действия. Поршень перемещается в одну сторону под давлением пара, а обратно возвращается за счет инерционного вращения маховика, который присоединяется к двигателю.

Тип тандем — машина двойного действия. Была изобретена в 1782 году Джеймсом Уаттом. Здесь пар по очереди подается в каждую сторону, толкая поршень. В связи с этим тут более сложная система парораспределения. По сравнению с компаунд версией, эта имеет более высокую скорость работы и большую плавность движения.

До середины 20 века, когда уже достигли расцвета сложнейшие области физики, паровые двигатели все еще применялись там, где были необходимы их положительные свойства (высокий показатель надёжности, возможность долговременных перегрузок, неприхотливость, невысокие расходы на эксплуатацию, отсутствие специальных навыков для ремонта), и их использование было выгодным. Они активно внедрялись на теплозатратных промышленных предприятиях: заводах по производству сахара, бумажных заводах, в железнодорожном и водном транспорте.

Предыдущая

ФизикаИсточники электрического тока — таблица по видам

Следующая

ФизикаДелимость электрического заряда электрона — модели, принципы и опыты

Мы всё забыли. У древних людей были паровые машины, батарейки и нанотехнологии

Паровой двигатель — идея Герона Александрийского, а в телескоп люди смотрели ещё три тысячи лет назад. Не знали?

Нанотехнологии при царе Ликурге

Этот царь жил так давно, что сложно сказать, жил он вообще или древние греки его придумали. В общем, в мифах упоминается, что был такой правитель во Фракии, на северо-востоке Балкан. И он был убеждённым трезвенником и всячески порицал Диониса: оскорблял, гонял, нападал на его войска (представьте, у бога вина была своя армия — алкоголиков, наверное). Есть много версий того, как страшна была «мстя» главного идеолога возлияний. Древним художникам и ремесленникам больше всего понравился вариант, что бедный Ликург запутался в виноградных лозах и они его задушили. Поучительную сцену и решили изобразить создатели удивительного кубка, который в XIX веке заметили Ротшильды. Благодаря их утончённому вкусу мы теперь имеем счастье любоваться кубком в Британском музее.

Так вот что интересно: чаша эта меняет цвет! Это зависит от того, с какой стороны смотреть. Если свет падает сзади — она ярко-красная, если со стороны наблюдателя — зелёная. Сорок лет учёные безутешно ходили вокруг экспоната, пока наконец не разглядели под микроскопом частицы серебра и золота. А теперь внимание: их размер — от 50 нанометров. Это волшебное слово означает примерно следующее: надо открыть солонку, взять щепотку и всячески постараться отделить один-единственный кристаллик. Вот, а теперь нужно посмотреть на него и мысленно разделить на тысячу частей. Ну как? А эти частицы, между прочим, ещё несколько меньше. Они настолько малы, что под воздействием света в их атомах начинают колебаться электроны — это и даёт нужный эффект.

Спрашивается, откуда? Откуда вот это вот всё могли знать и уметь в IV веке (которым датируют чашу), если мы только в конце XIX века узнали о существовании электронов и в середине XX века озадачились вопросом: а не научиться ли нам передвигать атомы поодиночке так, как нам надо?

Батарейка в древнем Багдаде

Что такое самая простая батарейка? Цинковый стаканчик, внутри диоксид марганца и прочие электролиты, посередине графитовый стержень. И мы уже как-то привыкли к мысли, что эту полезную конструкцию современному человечеству подарил итальянский физик Алессандро Вольта в XIX веке.

И тут в 1936 году недалеко от Багдада археологи находят глиняный горшок. Внутри медный цилиндр. В цилиндре строго по центру — железный стержень. Всё это друг с другом не соприкасается, а держится на битумной пробке. А главное, что всё это пролежало среди руин древнего поселения примерно две тысячи лет. Историки просто уверены, что находка относится к Парфянской эпохе (от 250 года до нашей эры по 224 год нашей эры). В 1947 году американский физик и сотрудник компании General Electric Уиллард Грей решил устроить эксперимент. Сделал точную копию этой штуки и налил туда электролит. Эврика! Напряжение два вольта! Негусто, но ведь это же всё-таки древний Багдад.

Гибкое стекло для императора Тиберия

В древних летописях есть такая история. Один стеклодув принёс римскому правителю Тиберию стеклянный сосуд. Вообще, много чудес, похоже, повидал этот Тиберий. Согласно Библии, это ведь при нём Христа распяли. Так вот, мастер взял этот сосуд и бросил на пол на глазах у царя. По другой версии, сделать это он предложил самому царю. В любом случае император удивился так же, как при виде покрасневшего яйца, принесённого Марией Магдалиной, — чаша не разбилась. Она помялась, а потом постепенно восстановила прежнюю форму. Более поздние историки сначала сказали, что всё это выдумки, потом — что мастер был колдуном. Причём именно в таком порядке.

И лишь в 2012 году стекольщики из американской компании Corning наконец добились нужной формулы и теперь делают гибкое стекло для смартфонов.

М-да. Кстати, Тиберий тогда на всякий случай казнил мастера-то. Боялся, что новый материал обесценит золото и серебро.

Паровой двигатель Герона Александрийского

Берём шар. Нет, лучше по-гречески: берём сферу. Закрепляем её так, чтобы она могла крутиться вокруг своей оси, как глобус. Теперь нужен котёл. Хорошо, кипятильник. Он будет кипятить воду. И трубки понадобятся, две штуки. По ним должен идти пар прямо на шарик. С противоположных сторон. При этом одна трубка смотрит, например, вверх, а другая — вниз. Вот посмотрите:

Что получается? Получается, что пар двигает шар. Ну, сферу, сферу. Трудно представить, что до понимания этого принципа две тысячи лет назад один человек своим умом дошёл. Это был, само собой, математик и механик. Звали его Героном, он был грек, жил в Александрии. В I веке! Кстати, он изобрёл ещё автоматические двери, автомат для продажи воды, самозаряжающийся арбалет и вообще много всего автоматического. Полторы тысячи лет потребовалось после этого, чтобы наконец сделать паровую турбину. За это спасибо турецкому астроному и инженеру с труднопроизносимым для нас именем Такиюддин аш-Шами. Но полторы тысячи лет!

Телескоп ассирийцев

Фото © Wikimedia Commons / Geni

Все знают Галилео Галилея, но почти никто не знает Ханса Липперсгея. Был такой очковых дел мастер в Голландии в XVI–XVII веках. Большинство историков склоняется к тому, что это именно он телескоп придумал. Но даже если это и так, то весьма вероятно, что он его не изобрёл, а «вспомнил» заново. В пользу такой версии говорит важная улика — кусок горного хрусталя, который более 150 лет назад нашли на территории со

Паровые машины Википедия

Паровая машина

Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Конец XIX в. Музей индустриальной культуры. Нюрнберг

Медиафайлы на Викискладе

Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного 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 преобразует энергию пара в механическую работу.

Паровая машина вместе с рядом подсобных машин и устройств называется паросиловой станцией.^[1]

История

Первая паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном и представляла собой цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

В России первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году. Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически. Но увидеть своё изобретение в работе И. И. Ползунову не пришлось: он умер 27 мая 1766 года, а его машина пущена в эксплуатацию на Барнаульском заводе только летом^[2]. Через пару месяцев из-за поломки она перестала действовать и впоследствии была демонтирована.

Принцип действия

Схема паровой машины тандем: 1 — поршень, 2 — поршневой шток, 3 — ползун, 4 — шатун, 5 — кривошип, 6 — вал, 7 — маховик, 8 — скользящий клапан, 9 — центробежный регулятор Схема работы паровой машины двойного действия

Для работы паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям.

Принцип действия поршневой паровой машины показан на иллюстрации. Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик, сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются центробежным регулятором 9, автоматически изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное регулирование, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное регулирование).

Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения, что показано кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей. Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p₁ и p₂, а также объёмами V₁ и V₂. Первичный поршневой двигатель предназначен для преобразования потенциальной тепловой энергии (давления) водяного пара в механическую работу. Рабочий процесс паровой машины обусловлен периодическими изменениями упругости пара в полостях её цилиндра, объём которых изменяется в процессе возвратно-поступательного движения поршня. Пар, поступающий в цилиндр паровой машины расширяется и перемещает поршень. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращательное движение вала. Впуск и выпуск пара осуществляются системой парораспределения. Для снижения тепловых потерь цилиндры паровой машины окружаются паровой рубашкой.

Моменты начала и конца процессов расширения и сжатия пара дают четыре основные точки реального цикла паровой машины: объём V_e, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца расширения V_a, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия V_c, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы фиксируются парораспределительными органами.

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=WoutQin{\displaystyle \eta _{th}={\frac {W_{out}}{Q_{in}}}},

где W_out — механическая работа, Дж; Q_in — затраченное количество теплоты, Дж.

Тепловой двигатель не может иметь КПД больший, чем у цикла Карно, в котором количество теплоты передаётся 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−T2T1{\displaystyle \eta _{th}\leq 1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}}

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 в 30—42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать КПД в 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, конкретно — при давлении поступающего из котла пара. Поэтому теплообменник может иметь любой размер, а перепад температур между рабочим телом и охладителем или нагревателем составляют около 1 °C. 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.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла) — от кизяка до цепной реакции деления урана.

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, а, наоборот, возрастает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки и Китая, 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^{[уточнить]}. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными тепловозами и электровозами^{[уточнить]}.

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.

Важным преимуществом поршневых паровых двигателей является сохранение максимального крутящего момента на любых оборотах, вплоть до самых минимальных. Это даёт паровым транспортным средствам динамику, недостижимую для нормальных средств с ДВС — преодоление уклонов на любой скорости, чрезвычайно медленный ход, плавный ход без рывков и т. д., а безрельсовым обеспечивает исключительную проходимость по бездорожью, несклонность к пробуксовке.

Благодаря высокому крутящему моменту поршневые паровые двигатели так же не нуждаются в коробке скоростей и понижающем редукторе, передавая усилие непосредственно на колёса или на дифференциал ведущего моста.

Простота устройства, щадящий температурный режим и низкие обороты, характерные для поршневых паровых двигателей, значительно повышают их ресурс, что обеспечивает им высокую надёжность и долговечность.

Поршневая паровая машина способна длительно выдерживать высокие перегрузки (до 100 %), на что ДВС неспособны.

Поршневая паровая машина не требует поддержания оборотов на холостом ходу и расходует пар строго пропорционально нагрузке, что значительно улучшает её экономичность. В современных автоматизированных котлах высокого давления подача топлива может отключаться сколь угодно часто, как только расход пара прекращается, а повторный пуск происходит практически мгновенно.

Поршневая паровая машина почти бесшумна.

Сжигание топлива в специальной камере при нормальном давлении позволяет провести полное окисление без образования токсичных продуктов. Использование геотермальной энергии, энергии солнца или других естественных источников может сделать паровую машину полностью экологически чистой. В результате экологический потенциал паровых машин гораздо выше, чем у двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение и развитие

Паровая машина Папена

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, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колёса.

Подобную машину предложил в 1629 году 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.

Паровая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент англичанина Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин были описаны также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом; в 1663 году 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 веке). 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-х годов 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 году 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 только как демонстрационная модель: 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 Таки ад-Дина и Севери; 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 Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в том же году получил патент. Это был паровой насос без поршня, 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 насоса 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».

В 1712 году английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный (вакуумный) двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен применил цилиндр с поршнем и 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 насос Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение.

Паровой двигатель Якоба Лёйпольда, 1720

В 1720 году немецкий физик Якоб Лейпольд изобрёл двухцилиндровый паровой двигатель высокого давления, в котором рабочий ход совершается не низким давлением вакуума, образующимся после впрыска воды в цилиндр с горячим водяным паром, как в вакуумных двигателях, а высоким давлением горячего водяного пара. Отработанный пар сбрасывается в атмос

Паровая машина — Википедия. Что такое Паровая машина

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

Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного 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 преобразует энергию пара в механическую работу.

Первая паровая машина построена в XVII в. Папеном и представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

Принцип действия

Рис. 4. Схема паровой машины тандем: 1 – поршень, 2 – поршневой шток, 3 – подшипник, 4 – шатун, 5 – кривошип, 6 – движение эксцентрикового клапана, 7 – маховик, 8 – скользящий клапан, 9 – центробежный регулятор Схема работы паровой машины двойного действия

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям.

Принцип действия паровой машины показан на илл. Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик, сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются центробежным регулятором 9, автоматически изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное регулирование, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное регулирование).

Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения, что показано на рис. кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей.

Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p₁ и p₂, а также объёмами V₁ и V₂. Первичный поршневой двигатель предназначен для преобразования потенциальной тепловой энергии (давления) водяного пара в механическую работу. Рабочий процесс П. м. обусловлен периодическими изменениями упругости пара в полостях её цилиндра, объём которых изменяется в процессе возвратно-поступательного движения поршня. Пар, поступающий в цилиндр паровой машины расширяется и перемещает поршень. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращательное движение вала. Впуск и выпуск пара осуществляются системой парораспределения. Для снижения тепловых потерь цилиндры паровой машины окружаются паровой рубашкой.

Моменты начала и конца процессов расширения и сжатия пара дают четыре основные точки реального цикла паровой машины: объём V_e, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца расширения V_a, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия V_c, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы фиксируются парораспределительными органами.

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=WoutQin{\displaystyle \eta _{th}={\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} ,

где

W_out — механическая работа, Дж;

Q_in — 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−T2T1{\displaystyle \eta _{th}\leq 1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}}

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 в 30—42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать КПД в 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, конкретно — при давлении поступающего из котла пара. 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.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла) — от кизяка до урана. 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, а, наоборот, возрастает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки и Китая, 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^{[уточнить]}. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными тепловозами и электровозами^{[уточнить]}.

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.

Изобретение и развитие

Первая паровая машина Папена (1690) Паровая машина Папена

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, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса.

Подобную машину предложил в 1629 году 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.

Паровая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин были описаны также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году 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 19-м 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-х 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 году 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 только как демонстрационная модель: 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 Таки ад-Дина и Севери; 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 Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был паровой насос без поршня, 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 насоса 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».

В 1712 году английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный (вакуумный) двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен применил цилиндр с поршнем и 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 насос Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение.

В 1720 г. немецкий физик Якоб Лёйпольд^[en] изобрёл двухцилиндровый паровой двигатель высокого давления, в котором рабочий ход совершается не низким давлением вакуума, образующимся после впрыска воды в цилиндр с горячим водяным паром, как в вакуумных двигателях, а высоким давлением горячего водяного пара. Отработанный пар сбрасывается в атмосферу. Но машины высокого давления были построены только через 80 лет, в начале XIX века, американцем Оливером Эвансом и англичанином Ричардом Тревитиком.

В 1763 году механиком И. И. Ползуновым была спроектирована первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах, которая была построена в 1764 году.

В 1765 г. Джеймс Уатт, для повышения КПД вакуумного двигателя Ньюкомена, сделал отдельный конденсатор. Двигатель всё ещё оставался вакуумным.

В 1781 году Джеймс Уатт запатентовал вакуумную паровую машину с кривошипношатунным механизмом, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от поступательного движения в вакуумном двигателе водоподъёмного насоса Ньюкомена). Двигатель всё ещё оставался вакуумным, но вакуумный двигатель Уатта с кривошипно-шатунным механизмом, мощностью десять лошадиных сил, стало возможным, при наличии каменного угля и воды, устанавливать и использовать в любом месте для любой цели. С вакуумным двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Дальнейшим повышением эффективности парового двигателя было применение пара высокого давления американцем Оливером Эвансом и англичанином Ричардом Тревитиком.

В 1786 году Эванс попытался было запатентовать обычный паровой автомобиль, в котором приводом служила паровая машина высокого давления, но патентное управление отказало Эвансу, посчитав его идею нелепой фантазией. Позже Эванс изготовил в общей сложности около полусотни подобных машин, большая часть которых использовалась для привода насосных установок.

Ричард Тревитик, инициатор создания и применения стационарных машин, работающих при высоких давлениях (получил патент на «машину высокого давления» в 1800), освоил на практике цилиндрические паровые (так называемые «корнваллийские») котлы (1815). С 1797 строил модели паровых повозок, а в 1801 начал строить оригиналы повозок, последняя из которых прошла успешные испытания в Корнуэлле и Лондоне (1802—1803).

В 1801 году Ричард Тревитик построил первый в истории паровоз «Puffing Devil», затем в 1802 году паровоз «Coalbrookdale» для одноимённой угольной компании.

Тревитик успешно строил 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. Множество вакуумных двигателей, построенных ранее по схеме Джеймса Уатта, после изобретения Эванса и Тревитика были перестроены по схеме «корнуэльского двигателя» высокого давления.

В 1769 году французский изобретатель Николя-Жозеф Кюньо 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 Делавэр между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 узлов. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в городе Мертир-Тидвил в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

В 1824 году французский учёный и инженер Сади Карно в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» впервые описал цикл работы термодинамической системы, позже названный его именем^[1][2].

Следует отметить, что распространение парового двигателя шло постепенно: механизмы, использующие водную и ветряную энергию, ещё долго конкурировали с паровыми машинами. В частности, до 1870 года в Соединённых Штатах большинство фабрик использовали энергию водяных турбин, а не паровых двигателей^[3].

Классификация

Паровые машины разделяются:

• по способу действия пара на машины с расширением и без него, причем первые считаются наиболее экономичными
• по используемому пару
  • низкого давления (до 12 кг/см²)
  • среднего давления (до 60 кг/см²)
  • высокого давления (свыше 60 кг/см²)
• по числу оборотов вала
  • тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных пароходах)
  • быстроходные.
• по давлению выпускаемого пара
  • на конденсационные (давление в конденсаторе 0,1—0,2 ата)
  • выхлопные (с давлением 1,1—1,2 ата)
  • теплофикационные с отбором пара на нагревательные цели или для паровых турбин давлением от 1,2 ата до 60 ата в зависимости от назначения отбора (отопление, регенерация, технологические процессы, срабатывание высоких перепадов в предвключённых паровых турбинах).
• По расположению цилиндров
  • горизонтальные
  • наклонные
  • вертикальные
• по числу цилиндров
  • одноцилиндровые
  • многоцилиндровые
    • сдвоенные, строенные и т. д., в которых каждый цилиндр питается свежим паром
    • паровые машины многократного расширения, в которых пар последовательно расширяется в 2, 3, 4 цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр через т. н. ресиверы (коллекторы).

По типу передаточного механизма паровые машины многократного расширения делятся на тандем-машины (рис. 4) и компаунд-машины (рис. 5). Особую группу составляют прямоточные паровые машины, в которых выпуск пара из полости цилиндра осуществляется кромкой поршня.

По их применению: на стационарные машины и нестационарные (в том числе передвижные), устанавливаемые на различные типы транспортных средств.
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.

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

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.^[4]

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.

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.[1]

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничения 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.

История открытий и изобретений: Первые поршневые машины

Первую паровую машину построил в 90-х годах XVII в. французский изобретатель Дени Папен. Она была весьма несовершенна. В цилиндрическом сосуде с поршнем кипятили воду о образующийся пар поднимал поршень. Затем сосуд снимали с огня и обливали холодной водой, чтобы пар конденсировался и образовался вакуум, под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Это был рабочий ход поршня.

Для следующего хода поршня вверх надо было снова кипятить воду в цилиндре. КПД этой машины был очень низок, а работала она медленно. Однако большая заслуга Д. Папена состоит в том, что он впервые (в 1690 г.) правильно описал, в какой последовательности должен идти процесс работы поршневой паровой машины.

В дальнейших ранних попытках создания паровой машины паровой котел уже был отдален от рабочего цилиндра.

Наиболее удачной была машина, построенная англичанами Т. Ньюкоменом и его помощником Коули. Их машина начала работать в 1711 г. Она приводила в движение насос. Пар получали в котле. Когда под действием силы тяжести опускались штанга насоса и груз, то поднимался поршень, подвешенный на другом конце балансира, а пар из парового котла поступал в цилиндр.

Когда поршень достигал своего высшего положения, кран закрывался, из сосуда через кран в цилиндр вспрыскивалась холодная вода, пар конденсировался и образовывался вакуум. Атмосферное давление заставляло поршень опускаться, а груз подниматься. Затем снова в цилиндр впускался пар.

Машина Ньюкомена — Коули использовалась свыше 90 лет, однако она имела серьезные недостатки:

• КПД ее был низок, а рабочие ходы-поршня машины разделялись длительными промежутками;

• она могла приводить в действие только насос.

Русский техник Иван Иванович Ползунов значительно усовершенствовал паровую машину. Постройку своей машины Ползунов завершил в 1765 г., а пущена она была в 1766 г. после смерти изобретателя.

Машина Ползу нова имела два цилиндра. Когда один из цилиндров сообщался с паровым котлом, в другой впускалась охлаждающая вода. Поршни опускались под действием атмосферного давления. В то время, как один из них опускался, под другой поступал пар, и он поднимался. Движение поршней передавалось на шкив, поэтому шкив непрерывно поворачивался то в одну, то в другую сторону.

Возвратно-поступательное движение шкива могло быть преобразовано во вращение рабочего вала. Это давало возможность приводить в движение станки и другие механизмы. Таким образом, машина Ползунова была первым в мире универсальным паровым двигателем.

Паровая машина стала использоваться широко после усовершенствований, внесенных в ее конструкцию англичанином Джемсом Уаттом. Он стремился снизить затраты топлива и решил разделить цилиндр машины на два: в одном — горячем — осуществлять впуск пара и рабочий ход, в другом — холодном — конденсацию пара.

Так паровая машина приобрела конденсатор. Это сразу значительно повысило ее экономичность. Уатт внес в конструкцию паровой машины целый ряд других усовершенствований. Важнейшее из них заключалось в том, что в машине Уатта движущей силой было уже не атмосферное давление, а давление самого пара, которое могло быть сделано значительно большим атмосферного. Поршень перемещался под давлением пара как в одну, так и в другую сторону. Первые паровые машины Уатта имели мощность около 35 кВт и КПД менее 3%.

Трудами Уатта и других изобретателей паровая машина постепенно совершенствовалась и завоевывала все новые, и новые отрасли промышленности и транспорт.

К концу XIX века мощность паровой машины достигла 15 МВт, КПД 15%, давление используемого пара 12 МПа, а его температура 400 ^оС. Но поршневая паровая машина с ее невысоким КПД постепенно была заменена более совершенными тепловыми двигателями.

Кто изобрел паровой двигатель?

История паровых машин указывает на Томаса Савери (1650-1715) как на изобретателя. Он создал двигатель в 1698 году, но основные принципы были известны уже много лет назад.

Эволюция парового двигателя

В первом веке нашей эры Герой Александрии подробно описал фундаментальные принципы парового двигателя. Паровые турбины, которые сделали Таки аль Дин и Джованни Бранка (в 1551 и 1629 годах), в основном предназначались для оценки свойств пара.На самом деле они не нашли практического применения.

Изобретение Савери в 1698 году стало первым практическим применением пара. Это был водяной насос, который использовался на некоторых насосных станциях. История паровых двигателей утверждает, что ранние модели иногда не работали.

В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел атмосферный двигатель. Конструкция Ньюкомена на самом деле была улучшением по сравнению с машиной Савери. Он также в основном использовался для откачки воды, но его также можно было использовать для слива.

Двигатель Джеймса Ватта

Хотя работа Ньюкомена помогает открыть индустриальную эру, именно инновации Джеймса Ватта помогли сделать паровой двигатель более практичным.Его насосный двигатель требовал на 78% меньше угля, чем устройство Ньюкомена.

Ватт также включает вращательное движение. Это позволило использовать устройство для перемещения заводского оборудования. Это означало, что фабрики больше не нужно было строить возле рек или источников воды.

Изобретением Ватта по-прежнему был атмосферный двигатель. Это означало, что энергия производилась за счет вакуума из конденсированного пара. История паровых двигателей изменилась с появлением новых двигателей Ричарда Тревитика.

Двигатели Тревитика

В двигателях Тревитика использовалось высокое давление.По сравнению с двигателем Ватта он был намного мощнее. Небольшой размер также сделал его идеальным для использования на транспорте. Двигатель был признан источником энергии.

В 1801 году Тревитик создал дорожный паровозик Camborne. Три года спустя Тревитик построил 1-цилиндровый локомотив с маховиком. За этим последовал Тревитик, выпустив в 1808 году пассажирскую железную дорогу.

Другие инновации в паровых двигателях

Успех Тревитика привел к новым улучшениям.В истории паровых двигателей 1800-х годов Томас Уотерс создал новые версии локомотива Тревитика. В 1812 году Бленкинсоп создал зубчатую железнодорожную систему.

Следующее важное событие произошло в 1815 году, когда Джордж Стефенсон построил «Блюхер», первый паровоз. Десять лет спустя его сын Роберт Стивенсон создал Locomotion для Stockton and Darlington Railway.

В 1827 году Тимоти Хакворт создал «Ройял Джордж» с дымовой трубой посреди трубы.В 1849 году Джордж Корлисс создал паровую машину с четырехклапанным противотоком. Дизайн был настолько эффективным, что быстро стал стандартом.

В 1865 году Огюст Мушу использовал устройство для преобразования солнечной энергии в пар. Два года спустя Стивен Уилкокс и Джордж Бэбкок выпустили котлы. В 1897 году Чарльз Парсонс запатентовал свою паровую турбину.

В 1902 году компания Stanley Motor Carriage Company начала производство парохода Stanley. Это станет одним из самых известных паровых автомобилей, когда-либо созданных.

В 1899 году начали производить паровые автомобили, и вскоре последовали другие улучшения. С тех пор история паровых двигателей состояла из множества изобретений, что сделало их центральным источником энергии в 19 веке.

Паровой двигатель — Wikiquote

Модель балочного двигателя с параллельным рычажным механизмом двойного действия Джеймса Ватта.

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

СОДЕРЖАНИЕ : A — F, G — L, M — R, S — Z, см. Также, Внешние ссылки

Цитаты расположены в алфавитном порядке по авторам

A — F [править]

• Некоторые авторы утверждают, что современная промышленность возникла в 1738 году, когда Джон Вятт представил прядильную машину.Другие помещают период между 1750 и 1800 годами, когда появились ткацкий станок и паровая машина. Это ознаменовалось разработкой трудосберегающей техники. Это было вызвано переходом от ремесла к производству.

• Железо и тепло, как мы знаем, являются опорой, основой механических искусств. Сомнительно, чтобы в Англии было хоть одно промышленное предприятие, существование которого не зависит от использования этих агентов и которое не использует их свободно. Убрать сегодня из Англии ее паровые машины — значит забрать в то же время ее уголь и железо. Это означало бы иссушение всех источников ее богатства, уничтожение всего, от чего зависит ее процветание, короче говоря, уничтожение этой колоссальной силы . Уничтожение ее флота, который она считает своей самой сильной защитой, возможно, будет менее фатальным.

• Кузнец Томас Ньюкомен в сотрудничестве с водопроводчиком Джоном Калли создал первую коммерчески успешную машину для «подъема воды с помощью огня».«Ньюкомен не мог основывать свой замысел на преобладающей научной теории, — утверждал Уайт, — потому что его двигатель основан на растворении воздуха в паре, а« ученые в его время не знали, что воздух растворяется в воде ». Очевидно,« господство пара » власть »была продуктом эмпирической науки и« не находилась под влиянием науки Галилея ».
  • Клиффорд Д. Коннер, Народная история науки (2005) цитирует Линна Уайта младшего, «Насосы и маятник: Галилео и технология», в Galileo Reappraised ed.Карло Луиджи Голино (1966)

• Промышленная революция шла полным ходом до того, как паровая машина стала использоваться для привода машин. Лишь два первичных двигателя — водяное колесо и ветряная мельница — были широко доступны, и, за очень немногими исключениями, они давали не более 10 л.с. а часто и реже.
  • Т. К. Дерри и Тревор И. Уильямс, Краткая история технологии: с древнейших времен до 1900 г. н.э. (1960) Глава 11, Паровой двигатель

G — L [править]

Атмосферный паровой двигатель Ньюкомена
.

• Изобретение Ньюкомена радикально отличалось от изобретения Савери или любого другого человека. Папин изобрел цилиндр и поршень как средство преобразования энергии в движение. Сначала он использовал взрывную силу пороха, а затем использование расширяющей силы пара, чтобы поднять поршень, а затем, убрав огонь, заставил его снова упасть. Он больше не использовал этот принцип. Савери обнаружил, что внезапная конденсация пара создает вакуум, который он использовал для всасывания воды.Его насосы фактически использовались для осушения шахт, но никогда не работали. Их нужно было поместить в шахту для осушения, не более чем на сорок футов от дна, а затем их можно было использовать для подъема воды на дополнительную высоту, возможно, 100 футов. Помимо этого процесс необходимо повторить. Можно заметить, что нагнетаемая вода вступала в прямой контакт с паром, который находился в твердом сосуде.
  Вдобавок требовалось огромное давление: было обеспечено до 1200 фунтов на квадратный дюйм, и с материалами для строительства под рукой были частые и разрушительные взрывы.
  Newcomen использовал цилиндр и поршень Папена, а также принцип конденсации пара Савери для создания вакуума. Но в отличие от Папена он использовал расширяющуюся силу пара для выполнения своей работы, и в отличие от Савери он использовал цилиндр и поршень, приводимые в действие попеременным расширением и конденсацией пара, чтобы преобразовать тепло в механическое движение.

• Сначала [Newcomen] сделал двойной цилиндр, используя пространство между ними для конденсации воды. Это было не очень хорошо. Вакуум создавался очень медленно и несовершенно.В 1711 году они попытались построить двигатель для осушения шахты, но потерпели неудачу. В следующем году им это удалось … но это было медленно и неэффективно. Для его работы потребовались двое мужчин и мальчик. Работа мальчика заключалась в том, чтобы поочередно открывать и закрывать краны для конденсационной воды и котла. Однажды двигатель сделал два-три движения быстро и мощно. Ньюкомен немедленно осмотрел цилиндр и обнаружил небольшое отверстие, через которое небольшая струя воды, которая была на верхней части поршня, чтобы сделать его непроницаемым для пара, хлынула в цилиндр.Он оценил значение … [и] отказался от внешней водяной рубашки и впрыснул воду для конденсации через небольшую трубку в нижней части цилиндра. Он … увеличил скорость двигателя с восьми до пятнадцати тактов в минуту, помимо того, что получил преимущество хорошего вакуума.
  В 1713 году в Лидсе установили насос, и мальчик, которого наняли открывать и закрывать клапаны, чтобы облегчить свою работу, соорудил приспособление из струн и рычагов, которые приводили клапаны в действие от движения рабочей среды. луч над головой.Это сделало двигатель автоматическим и ознаменовало новый этап в его развитии. Этот мальчик, Хамфри Поттер … Этот механизм клапана был впоследствии улучшен Генри Бейтоном в 1718 году. Этот двигатель … продолжал работать до времен Ватта …

• Если паровой двигатель является самым мощным инструментом в руках человека, изменяющим облик физического мира, он в то же время действует как мощный моральный рычаг в продвижении великого дела цивилизации. … открытие г.Ватт … подчинил и регулировал самую ужасную силу во вселенной, ту силу, которая в результате совместной работы давления и тепла … Эту явно неуправляемую мощность г-н Ватт свел к состоянию такой совершенной организации и дисциплины … … чтобы теперь им можно было безопасно маневрировать и приводить в непреодолимое действие … по воле человека и под руководством его слабой руки. Таким образом, один человек направляет ее в недра земли, чтобы разорвать ее на части и выявить скрытые сокровища; другой кладет его на поверхность воды, чтобы управлять ветрами небес, сдерживать приливы, сдерживать течения и противостоять волнам океана; третьему, возможно, и четвертому предназначено применить эту могущественную силу для других целей, пока еще не задумываемых и не подозреваемых, но ведущих к последствиям, возможно, не менее важным, чем те, которые она уже произвела…. те блага, которые мистер Ватт даровал всему цивилизованному миру, больше всего испытала его собственная страна, которая должна отдать дань национальной благодарности человеку, который таким образом оказал ей честь своим гением и продвинул ее по службе. благополучие благодаря его открытиям.

M — R [редактировать]

• Доктор Денис Папен, уроженец Блуа, человек большой изобретательности и значительных философских познаний, считается своими соотечественниками настоящим изобретателем парового двигателя: утверждение, которое сильно оспаривается некоторыми английскими авторами книги. высокопоставленные лица, писавшие по этому поводу, но на основаниях, которые, как представляется, были взяты из очень ошибочных и предвзятых заявлений.Папен обязан заявить, что никто, чьи труды принесли так много важных результатов, не проявил в своих трудах так мало тщеславия и абсурдного энтузиазма, пресловутых для изобретателя.

• Мое первое эссе по созданию паровой машины было, когда мне было пятнадцать. Затем я сделал настоящую работу; паровая машина с цилиндром диаметром 1 3/4 и ходом 8 дюймов, которая не только могла действовать, но и действительно выполняла некоторую полезную работу; Я заставил его шлифовать масляные краски, которые требовались отцу для его живописи.Модели паровых двигателей, ставшие теперь столь распространенными, в те дни были крайне редки, и их было очень трудно найти; и когда спрос на них вырос, я нашел и восхитительным, и полезным делать их; а также модели паровых машин в разрезе, которые я представил, чтобы показать движения всех частей, как внешних, так и внутренних …

• Я попытался достичь этой цели (а именно создания вакуума в цилиндре) другим способом. Поскольку вода обладает свойством эластичности, когда превращается в пар под действием тепла, а затем полностью повторно конденсируется холодом, что не остается ни малейшего проявления этой эластичности, я подумал, что не составит труда работать с машинами в что при умеренном нагревании и при небольших затратах вода могла бы создать тот идеальный вакуум, которого тщетно добивались с помощью пороха.
  • Дени Папен, Recueil de diverses Pièces touch quelques nouvelles Machines (1695) p. 53, цитируется Дионисием Ларднером, The Steam Engine Explained and Illustrated (1840) pp. 45-46

• Превращение небольшой поверхности воды в пар с помощью огня, нанесенного на дно содержащего ее цилиндра. ; какой пар поднимает пробку (или поршень) в цилиндре на значительную высоту, и который по мере конденсации пара (когда вода охлаждается, когда ее забирают из огня) снова опускается под давлением воздуха и применяется для подъема воды из шахты.
  • Денис Папен, Письмо, цитируемое Робертом Стюартом Мейклхэмом, Описательная история парового двигателя (1824)

• Я говорю здесь не для того, чтобы поверить в то, что мистер Савери, который с тех пор опубликовал это изобретение в Лондоне, на самом деле изобретателем не является. Я не сомневаюсь, что такая же мысль могла приходить ему в голову, так же как и к другим, не узнав ее где-либо еще.

• Современные знания теории и техники паровых двигателей оправдывают Ватта изложенными им принципами, заключающимися в том, что чем больше давление пара и диапазон расширения, тем больше будет работа, полученная от учитывая вес пара, и что цилиндр должен оставаться горячим, как пар, который в него входит.Основное развитие паровой машины с его времени заключалось в расширении диапазона расширения и во все возрастающей степени компаундирования. После отделения конденсатора от цилиндра Ваттом последовало разделение расширения на стадии в отдельных цилиндрах, наконец, на четыре стадии в высшей стадии развития поршневого двигателя. Паровая турбина имеет еще большее подразделение, причем количество ступеней, включенных в реакционную турбину с высоким КПД, обычно составляет шестьдесят или более.
  • Сэр Чарльз А. Парсонс: «Паровая турбина». Труды Международного конгресса математиков в Торонто, 11–16 августа. 1924 г. . II . С. 465–472. (стр. 465)

S — Z [редактировать]

Паровой водяной насос Томаса Савери ‘Miner’s Friend’ (1699)

• Если двигатель, к мнению некоторых, покажется сложным и трудным для работы, после всего описания, которое я дал о нем в этой книге, тем не менее я могу и уверяю их, что обслуживающий и работающий с двигателем настолько далек от того, чтобы быть таковым, что он знаком и легко может быть изучен теми, кто обладает минимальными способностями, за очень короткое время; настолько, что у меня есть мальчики тринадцати или четырнадцати лет, которые сейчас занимаются этим и работают до совершенства, и их научили делать это за несколько дней; и я знаю, что некоторые учатся работать с двигателем за полчаса. У нас есть пословица, что проценты никогда не лгут; и я уверен, что вы, джентльмены шахт и угольных шахт, когда однажды познакомили вас с этим паровозом в своих работах, а также себе и слугам; не только прибыль, но и множество других преимуществ и удобств, которые вы найдете для посещения ваших работ по их использованию, создадут в вас положительное мнение о трудах
  Твой настоящий Друг и покорный Слуга,
  THOMAS SAVERY

• Я просто намекаю на это, чтобы показать, какое применение этот двигатель может быть использован при работе мельниц, особенно там, где уголь дешевый.У меня есть только одно указание: вода, падающая с любой определенной высоты, имеет просто силу, соответствующую и равную силе, которая ее поднимает.

• Среди нескольких двигателей, которые были изобретены для подъема воды для снабжения домов и садов, ни один не был более справедливо удивительным, чем двигатель для подъема воды с помощью огня; особенное изобретение и единственное изобретение джентльмена, с которым я имел честь давно быть хорошо знакомым; Я имею в виду гениального капитана Savery , когда-то скончавшегося, но тогда известного инженера и одного из комиссаров по делам больных и раненых…. Прошло немало времени, прежде чем этот любопытный человек, оказавший такую ​​большую честь своей стране, смог (как он сам говорит нам) довести этот свой замысел до совершенства благодаря проницательности рабочих, которые обязательно должны были быть вовлечены в Дело; но в конце концов он преодолел все трудности и получил рекомендацию от Королевского общества в Транзаке. № 252. и вскоре после этого, Патент от Короны, на единственную, сделавшую этот Двигатель; И Я слышал, как он говорил от себя, что в самый первый раз, когда он играл, это было в Доме Поттера на Lambeth , где, хотя это был маленький Двигатель, но он пробился через ‘Крыша, и ударил по черепице способом, который удивил всех зрителей.

• Первая машина Папена была очень похожа на пороховой двигатель … Гюйгенса. Вместо пороха на дно цилиндра A помещается небольшое количество воды; под ним разводится огонь, «нижняя часть сделана из очень тонкого металла», и образующийся пар вскоре поднимает поршень B наверх, где защелка E входит в прорезь в защелке, зацепляя шток поршня H, держит его до тех пор, пока не захочется, чтобы он упал. Когда огонь устраняется, пар конденсируется, и под поршнем образуется вакуум, а при расцеплении защелки E поршень опускается под действием надвигающейся атмосферы и поднимает груз, который тем временем был прикреплен к веревке. …. проходя от штока поршня по шкивам … У машины был цилиндр диаметром два с половиной дюйма, и он поднимал 60 фунтов раз в минуту; и Папен подсчитал, что машина с диаметром цилиндра чуть больше двух футов и ходом в четыре фута будет поднимать 8000 фунтов четыре фута в минуту, т. е. что она будет выдавать примерно одну лошадиную силу.

Паровой водяной насос «Друг шахтера» Томаса Савери
Рис. 2 от Томаса Тредголда,
Паровая машина ..

• В июне 1699 года капитан Савери представил модель своего двигателя Королевскому обществу, и эксперименты, которые он провел с ней, принесли им удовлетворение.Он состоял из топки и котла B: от последнего две трубы, снабженные кранами C, шли к двум паровым сосудам S, которые имели патрубки от нисходящей магистрали D, а также к восходящей магистрали A: каждая пара патрубки имели [обратные] клапаны a, b для предотвращения схода воды, поднимаемой конденсацией или силой пара. Показано только одно судно, S, а другое находится сразу за ним. Один из паровых сосудов был заполнен паром, конденсация была произведена путем выпуска холодной воды из небольшой цистерны E, на сосуд; и в созданный таким образом частичный вакуум, вода под давлением атмосферы была вытеснена вверх по нисходящей магистрали D, с глубины около двадцати футов ; и когда пар снова впускается в сосуды, клапан b закрывается и предотвращает спуск воды, в то время как пар приобретает силу в бойлере, его давление заставляет воду поднимать клапан a и подниматься на высоту пропорционально превышению упругой силы пара над давлением воздуха.

• Примерно в 1761 или 1762 году я провел несколько экспериментов с силой пара в варочном котле Папена и сформировал разновидность паровой машины, закрепив на ней шприц диаметром в одну треть дюйма с сплошной поршень, снабженный также краном для впуска пара из варочного котла или его отключения по желанию, а также для открытия сообщения из внутренней части шприца с открытым воздухом, посредством которого пар, содержащийся в шприц может выскользнуть. Когда соединение между варочным котлом и шприцем было открыто, пар вошел в шприц и, воздействуя на поршень, поднял значительный вес (15 фунтов.), которым он был загружен. Когда он был поднят до такой степени, насколько это было сочтено нужным, сообщение с варочным котлом было закрыто, а связь с атмосферой открылась; затем пар улетел, и вес упал. Операции были повторены, и, , хотя в этом эксперименте кран вращался вручную, было легко увидеть, как это можно сделать с помощью самой машины, и заставить ее работать с идеальной регулярностью. Но вскоре я отказался от идеи создания двигателя по его принципу, поскольку из соображений разумности он был бы подвержен примерно возражениям из против двигателя Савери, а именно., опасность взрыва котла и трудность затяжки соединений, а также потеря значительной части мощности пара, поскольку не создавалось вакуума, способствующего опусканию поршня. Я, однако, описал этот двигатель в четвертой статье описания моего патента 1769 г .; и снова в описании другого патента 1784 года, вместе со способом его применения к движению колесных тележек.
  • Джеймс Ватт, «Заметки о диссертации профессора Робисона о паровых двигателях» (1769) из «Эссе Робисона по различным предметам механической философии» (1822) изд.Дэвид Брюстер Том. 2, стр. 347

• Когда однажды возникла идея раздельной конденсации, все эти улучшения последовали в быстрой последовательности, так что в течение одного или двух дней изобретение было завершено в моей голове, и я немедленно приступил к эксперименту, чтобы проверить это практически.
  • Джеймс Ватт, «Заметки о диссертации профессора Робисона о паровых двигателях» (1769) из «Эссе Робисона по различным предметам механической философии» (1822) изд.Дэвид Брюстер Том. 2, стр. 347

См. Также [править]

Внешние ссылки [править]

Паровые двигатели Индия

ПРОДАЖА

Паровые двигатели и котлы. Различных размеров. Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-ном В. К. Десаи, Телефон: — Индия 91 281 243 1086 Электронная почта: — [email protected] Мы производим и экспортируем паровые двигатели и паровые электростанции следующей мощности, которые наиболее подходят для лодки.См. Также приложения: — (1) ТОЛЬКО ДЛЯ ПАРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (1) Одноцилиндровый паровой двигатель двойного действия мощностью 2 л.с., диаметр цилиндра 2 «x ход 3», в комплекте с ручным смазочным насосом для смазки цилиндров и шкив 10 дюймов. 650 долл. США / — (2) Одноцилиндровый паровой двигатель двойного действия мощностью 5 л.с., диаметр цилиндра 3 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в комплекте с механизмом реверса, ручной смазочный насос для смазки цилиндра, капельный лубрикатор для смазки крейцкопфа и 10-дюймовый шкив с красивым Крышка FRP.US $ 1100 / — (3) Одноцилиндровый паровой двигатель двойного действия мощностью 8 л.с., диаметр цилиндра 4 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в комплекте с обратным механизмом, ручной смазочный насос для смазки цилиндров, капельный масленщик для смазки крейцкопфа и шкив 10 дюймов. 1350 долл. США / — (4) Двухцилиндровый комбинированный паровой двигатель двойного действия мощностью 10 л.с. xstroke 4 «, в комплекте с реверсивным механизмом, ручным насосом для смазки цилиндров, капельным масленкой для крейцкопфа смазка и шкив 10 дюймов.US $ 2300 / — (5) Двухцилиндровый паровой двигатель двойного действия V-типа мощностью 10 л.с., диаметр цилиндра 3 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в комплекте с обратным механизмом, насос подачи воды, ручной смазочный насос для смазки цилиндра, капельный лубрикатор для смазки крейцкопфа и шкив 10 дюймов. 1700 долл. США / — (6) Двухцилиндровый паровой двигатель двойного действия V типа 15 л.с., диаметр цилиндра 4 дюйма x ход 4 дюйма, в комплекте с механизмом реверса, насос подачи воды, ручной смазочный насос для смазки цилиндра, капельный лубрикатор для смазки крейцкопфа и шкив 10 дюймов.US $ 2000 / — (7) Одноцилиндровый паровой двигатель двойного действия 20 л.с., диаметр цилиндра 4,5 дюйма, ход 6 дюймов, в комплекте с механизмом реверса, ручной смазочный насос для смазки цилиндров, капельный лубрикатор для смазки крейцкопфа и 14-дюймовый шкив. US $ 2250 / — (2) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 5 л.с. Паровая электростанция, состоящая из (1) одноцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 5 л.с., цилиндр диаметром 3 «x ход 4», в сборе с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для смазки крейцкопфа и 12-дюймовый шкив (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с площадью нагрева 45 кв. Футов, включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, уровень воды комплект манометров, манометр, предохранительный клапан, противопожарные решетки и дымовая труба 20 футов 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, труба арматура и т. д.СТОИМОСТЬ 3300 долларов США / — с CD (3) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 8 л.с. Паровая электростанция, состоящая из (1) одноцилиндрового парового двигателя двойного действия 8 л.с., диаметр цилиндра 4 «x ход 4», в сборе с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для смазки крейцкопфа и 12-дюймовый шкив (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с площадью нагрева 70 кв. Футов, включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, уровень воды комплект манометров, манометр, предохранительный клапан, противопожарные решетки и дымовая труба 20 футов 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, труба фитинги и т. д., СТОИМОСТЬ 4400 долларов США / — с CD (4) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 10 л.с. Паровая электростанция, состоящая из (1) двухцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 10 л.с., диаметр каждого цилиндра 3 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в комплекте с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для крейцкопфа смазка и 12-дюймовый шкив (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с поверхностью нагрева 90 кв. футов включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, вода комплект манометров, манометр, предохранительный клапан, противопожарные решетки и дымовая труба 20 футов 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, трубопроводная арматура и т. д.СТОИМОСТЬ 5600 долларов США / — с CD (5) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 15 л.с. Паровая электростанция, состоящая из (1) двухцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 15 л.с., диаметр каждого цилиндра 4 дюйма x ход 4 дюйма, в комплекте с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором крейцкопфа смазка и 12-дюймовый шкив (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с обогревом площадью 140 квадратных футов поверхность, включая экономайзер и пароперегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с водой питательный насос, набор манометров, манометр, предохранительный клапан, противопожарные решетки и 20-футовый дымоход 1 комплект + соединение трубопроводы, клапаны, трубопроводная арматура и т. д.СТОИМОСТЬ 7400 долларов США / — с CD (6) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 1 КВТ (ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ) (Для техникумов, инженерных колледжей, университетов и т.д.) Паровая электростанция, состоящая из (1) одноцилиндрового парового двигателя двойного действия 2 л.с., диаметр цилиндра 2 «xstroke 3», в сборе с ручным смазочным насосом для смазки цилиндра и 10-дюймовым шкивом (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу для биомассы сжигание с площадью нагрева 18 кв. футов, включая экономайзер и пароперегреватель, насос подачи воды, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с комплектом манометра, манометром, предохранительным клапаном, противопожарными решетками, коробкой для поглощения искры и 10-футовый дымоход 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, фитинги и т. д.(3) Автоматический генератор мощностью 1 кВт подключен к паровой двигатель. (Это не для непрерывной работы, так как котел очень маленький). СТОИМОСТЬ 1600 долларов США / — с CD (7) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 3 КВА (ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ) Паровая электростанция, состоящая из (1) одноцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 5 л.с., диаметром цилиндра 3 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в сборе с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для смазки крейцкопфа и 12 » шкив (2) Водотрубный котел типа тысячелистника, пригодный для сжигания биомассы, с площадью нагрева 45 кв. перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, набором манометра, манометром, предохранительный клапан, противопожарные решетки и 20-футовый дымоход 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, фитинги и т. д. (3) Максимум генератора емкость 3.5 кВА, однофазный, 240 В, 50 Гц с приводом от парового двигателя с помощью ремней и шкивов. СТОИМОСТЬ 4000 долларов США / — с CD (8) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 5 КВА (ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ) Паровая электростанция, состоящая из (1) одноцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 8 л.с., диаметром цилиндра 4 дюйма, ход поршня 4 дюйма, в комплекте с реверсивный механизм, ручной смазочный насос для смазки цилиндров, капельный лубрикатор для смазки крейцкопфа и 12-дюймовый шкив (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с площадью нагрева 70 кв. Футов, включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, комплект манометра уровня воды, давление манометр, предохранительный клапан, противопожарные решетки и 20-футовый дымоход 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, фитинги и т. д. (3) Генератор максимальная мощность 5 кВА, одна фаза, 240 В, 50 Гц, привод от ремней и шкивов парового двигателя.СТОИМОСТЬ 5200 долларов США / — с CD (9) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 7,5 кВА (ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ) Паровая электростанция, состоящая из (1) двухцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 10 л.с., диаметр каждого цилиндра 3 дюйма, ход поршня 4 дюйма, полный с реверсивным механизмом, ручным смазочным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для смазки крейцкопфа и 12 » шкив (2) Водотрубный котел типа тысячелистника, подходящий для сжигания биомассы, с поверхностью нагрева площадью 90 кв. футов, включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, набором манометра, манометром, предохранительный клапан, противопожарные решетки и 20-футовый дымоход 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, фитинги и т. д. (3) Максимум генератора емкость 7.5 кВА, однофазный, 240 В, 50 Гц с приводом от парового двигателя с помощью ремней и шкивов. СТОИМОСТЬ 6600 долларов США / — с CD (10) ПАРОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ 10 КВА (ДЛЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ) Паровая электростанция, состоящая из (1) двухцилиндрового парового двигателя двойного действия мощностью 15 л.с., диаметр каждого цилиндра 4 дюйма, ход поршня 4 дюйма, полный с реверсивным механизмом, ручным насосом для смазки цилиндров, капельным лубрикатором для смазки крейцкопфа и 12-дюймовым шкивом (2) Водотрубный бойлер типа Ярроу, подходящий для сжигания биомассы, с площадью нагрева 140 кв. Футов, включая экономайзер и перегреватель, испытательное давление 300 фунтов на квадратный дюйм, рабочее давление 160 фунтов на квадратный дюйм в комплекте с насосом подачи воды, набором манометра, манометром, предохранительный клапан, противопожарные решетки и 20-футовый дымоход 1 комплект + соединительные трубопроводы, клапаны, фитинги и т. д. (3) Максимум генератора мощность 10 кВА, однофазный, 240 В, 50 Гц, приводимый паровым двигателем с помощью ремней и шкивов.СТОИМОСТЬ 8600 долларов США / — с CD (1) Если вы заинтересованы в каком-либо предмете, необходимо запросить счет-проформу. (2) Все продукты будут содержать видео компакт-диски для целей эксплуатации, технического обслуживания, сборки и ввода в эксплуатацию. Никакой компакт-диск не будет отправлен заранее в любом случае.

Факты о паровых двигателях для детей

Полномасштабная рабочая копия этого двигателя 1712 года, построенного Томасом Ньюкоменом для откачки воды из шахт в поместьях лорда Дадли.Живой музей Черной страны В этом огромном здании размещались четыре самых больших балочных двигателя в Великобритании. Они использовались для удаления сточных вод в Кросснессе, Бексли. Старая Бесс: луч Ватта, 1777 год, построенный Бултоном и Ваттом. Балочный двигатель использовался для подъема воды. Постоянная вода была необходима, потому что водяное колесо использовалось для привода оборудования на мануфактуре Boulton в Сохо в Бирмингеме.

Паровой двигатель — это двигатель, который использует пар из кипящей воды для его движения. Пар толкает детали двигателя, заставляя их двигаться.Паровые двигатели могут приводить в действие многие виды машин, включая транспортные средства и электрические генераторы.

Паровые двигатели использовались в шахтных насосах в начале 18 века и были значительно усовершенствованы Джеймсом Ваттом в 1770-х годах. Они были очень важны во время промышленной революции, когда они заменили лошадей, ветряные и водяные мельницы рабочими машинами.

Первые паровые машины были поршневыми. Давление пара давило на поршень, который заставлял его двигаться по цилиндру, и поэтому они совершали возвратно-поступательное движение (назад и вперед).Это может привести в движение насос или кривошип, чтобы повернуть колесо и привести в действие машину. Они работали при низком давлении и должны были быть очень большими, чтобы производить большую мощность.

Паровые машины использовались на заводах для работы машин и в шахтах для перемещения насосов. Позже были построены двигатели меньшего размера, которые могли перемещать железнодорожные локомотивы и паровые лодки.

Пар, используемый в паровой машине, производится в котле, который нагревает воду для образования пара. В большинстве случаев огонь нагревает котел. Топливом для огня может быть дрова, уголь или нефть.Вместо огня можно использовать ядерную энергию или солнечную энергию. Пар, выходящий из котла, воздействует на поршень. Клапан направляет пар к одному концу поршня, а затем к другому, чтобы заставить его двигаться вперед и назад. Затем движение поршня используется для поворота колес или привода других механизмов. Крейцкопф препятствует выходу штока поршня из линии, когда он толкает шатун. Тяжелый вращающийся маховик сглаживает мощность поршня. Губернатор контролирует скорость двигателя.

Сегодня многие паровые машины все еще работают, но почти все они представляют собой турбины, у которых нет поршней, но они вращаются, как ветряная мельница, которую толкают струи пара. Они вращаются быстрее и обладают большей энергоэффективностью, чем оригинальные поршневые паровые двигатели. Они используются на электростанциях для работы генераторов, вырабатывающих электричество. Некоторые корабли также оснащены паровыми турбинами. Котлы паровых турбин можно обогревать разными видами топлива, даже ядерный реактор на некоторых электростанциях и военных кораблях.

Картинки для детей

• Балочно-выдувной двигатель Boulton & Watt 1817 года, используемый в Незертоне на металлургическом заводе MW Grazebrook. Восстановлен на A38 (M) в Бирмингеме, Великобритания

• Мельничный двигатель от бобинной фабрики в Стотт-Парк, Камбрия, Англия

• Jacob Leupold Паровой двигатель 1720

• Качающий двигатель Early Watt

• Судовой паровой двигатель тройного расширения на буксире-мореплавателе 1907 года Hercules

• Промышленный котел для стационарной паровой машины

• Градирня электростанции создает облака из конденсирующегося водяного пара из-за испарившейся охлаждающей воды.

• Инструмент-индикатор Ричарда 1875 года. См .: Индикаторная диаграмма (внизу)

• Анимация упрощенного двигателя тройного расширения. Пар высокого давления (красный) входит из котла и проходит через двигатель, выходя в виде пара низкого давления (синий), обычно в конденсатор.

• Стационарный двигатель двойного действия. Это был обычный мельничный двигатель середины 19 века. Обратите внимание на золотниковый клапан с вогнутой, почти D-образной, нижней стороной.

• Схематическое изображение прямоточного парового двигателя. Тарельчатые клапаны управляются вращающимся распределительным валом вверху. Пар высокого давления входит, красный, а выходит, желтый.

• Эолипил вращается за счет выхода пара из рук. Практического использования этого эффекта не было.

• Блок-схема четырех основных устройств, используемых в цикле Ренкина.