Паровые машины: Самые интересные паровые машины всех времен — Селектор — Motor

Содержание

Паровая машина – в старом двигателе - Энергетика и промышленность России - № 15-16 (131-132) август 2009 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 15-16 (131-132) август 2009 года

Со старыми автомобилями-пенсионерами церемониться нынче не принято. Можно завести в лес подальше от дома и бросить на «съедение» микроорганизмам. Если повезет, то в утиль, на переплавку. Что касается кузова и прочих частей, может быть, лучшей участи они уже и не достойны. А вот с ДВС не горячитесь – он вам еще послужит.

Проблема энергообеспечения знакома многим. Особенно в сельской местности, в деревнях, в отдаленных районах, где напряжение в сети, если оно вообще есть, редко поднимается чуть выше 150 В, а то и вовсе пропадает, измученное наледями и ветрами, изношенными сетями, трансформаторами, гнилыми опорами и пр. При таком скудном питании не работает или быстро ломается бытовая техника, становятся неэффективными обогреватели, а с компьютером и вовсе беда.

Выход, конечно, есть – мобильные генераторы, работающие на бензине или солярке. Только дорого это обходится: и сам агрегат, и особенно топливо.

Когда‑то, на старте, ДВС стремительно обогнал паровую машину по нескольким важным параметрам. Экономичность, компактность, быстрый запуск заставили автомобилистов мириться с дороговизной горючего. Чтобы уменьшить шумность, пришлось разработать изощренные системы глушения. Крайне невыгодные тяговые характеристики ДВС обернулись применением дорогих и тяжелых коробок передач и трансмиссий. И тем не менее…

Последний (к сожалению) паромобиль американской фирмы «Добл», выпущенный в 30‑х годах прошлого века, обладал удивительными характеристиками. Плавно поворачивая дроссельный клапан, водитель мог так мягко регулировать скорость, что пассажиры не замечали ускорения и торможения. Но можно было ускорить автомобиль настолько резко, что рвались шины. Тот же диапазон регулирования скорости полностью сохранялся и на заднем ходу. Причем лишь прикосновения к педалям было достаточно для переключения с полного переднего на полный задний.

Такие поразительные свойства паромобиля получаются автоматически, как следствие чрезвычайно выгодных тяговых характеристик паровой машины, способной на малых оборотах создавать большой крутящий момент на колесах.

И хотя паровик пока по‑преж­нему остается на задворках технического прогресса, именно эти качества возбуждают растущий интерес и просто поклонников, и изобретателей. Свидетельство тому – появление новых патентов в области паровой техники. Сообщается, например, о разработке американского изобретателя Вильямса. На его паромобиле нет ни сцепления, ни коробки передач, ни стартера. Простого поворота клапана достаточно, чтобы за 10 с ускорить экипаж до 100 км/ч. Мощность парового двигателя 230 л.с. при 4800 об/мин. Максимальная скорость 280 км/ч. Всего 50 л воды хватает на 1500 километров пробега.

Российскому изобретателю Николаю Егину удалось свести в одном агрегате обе концепции: паровик и ДВС. Оказалось, что любой ДВС надежно работает от подходящего парогенератора. Для этого достаточно сделать нехитрое золотниковое устройство подачи пара в цилиндры – и пожалуйста, снимай мощность с коленчатого вала. Можно напрямую или более универсальным способом – с помощью электрогенератора.

В новой роли прекрасно чувствует себя даже очень потрепанный ДВС. Дело в том, что скорость вращения двигателя теперь составляет всего 1000 об/мин. Сравните с 5‑6 тысячами у двигателей современных автомобилей. Но не только умеренные обороты причина феноменальной надежности паровой установки. Температура в цилиндрах машины в 5‑6 раз ниже, чем в ДВС. Пар, в отличие от горючей смеси, не взрывается, не разрушает поршень, а, расширяясь, мягко давит на него. Отсюда и плавность хода, и невысокие требования к материалам и допускам.

В новой концепции Н. Егин в качестве парогенератора использует другое свое важное изобретение – тепловые термохимические установки (ТХУ). Основа этих установок – добротный чугунный паровой котел, которому нет износа. Такие котлы по‑прежнему делают в России. Отслуживших свое ДВС тоже хватает: мотоциклы, «москвичи», «волги», «жигули», локомотивы и судовые дизели. Модельный ряд старых ДВС перекрывает все разумные потребности: от 1 кВт для садового домика до 2 МВт, дающих тепло и электроэнергию целому поселку. Такие большие мощности можно получить, если к котлу ТХУ с рабочим давлением 7‑9 атм подключить турбину российского производства, например радиального типа. В ней высочайшая надежность (60 тысяч часов до ремонта) сочетается с ценой на порядок более низкой, чем у зарубежных аналогов. Идея вернуть в строй колоссальный ресурс старых ДВС выглядит поистине революционной. До этого не додумались даже на родине парового двигателя, где членами клубов многочисленных любителей и поклонников паровика являются даже лорды.

В паровую машину можно превратить не только автомобильный двигатель, но и мощный дизель, отработавший свой век на производстве, сэкономив тем самым тонны солярки. А в глухой глубинке, куда топливо можно доставить только на вертолете, это настоящее спасение.

Самыми существенными недостатками паровой тяги считаются большой вес и малая экономичность. Естественно, она становится выгоднее на мощностях порядка 800 л.с, когда теплоту отработанного пара можно использовать для отопления или технологических нужд. Именно такие требования предъявляют к тягачам и вездеходам на Крайнем Севере. А тандем ДВС и ТХУ (напомним, это тепловые термохимические установки «ЭРА») максимально расширяет модельный ряд и уже реально вписывается в габариты современного автомобиля.

Что же касается экономичности, паровая машина с ее низкими температурами пара не может сравниться с ДВС по расходу топлива на километр пути. Зато котел можно топить хоть торфом, хоть соломой, а «ЭРА» и вовсе будет рада и пластику, и старым калошам.

По подсчетам изобретателя, расходы на перевод ДВС в режим паровой машины окупятся за полгода. Вам обеспечены лет на 20‑25 источник тока мощностью 1‑25 кВт и чистота вокруг. Свалки могут превратиться в стратегический энергоресурс.

Уже есть фирма, конструирующая на заказ такие «паровозы», но это капля в море. Н. Егин полагает, что от деклараций и бесконечных экспериментов с нетрадиционными источниками энергии в России надо переходить к экспертной технической и экономической их оценке в целых отраслях, например в ЖКХ, и приступать к планомерному внедрению.

Паровые автомобили: история создания, модели, характеристики

Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк.Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк.

Содержание статьи:


Эра бензиновых автомобилей, таких привычных и надежных, еще длится. Но автоконцерны с мировыми именами уже начинают производить экономичные и экологичные электромобили, которые рано или поздно вытеснят с рынка машины с ДВС.

Однако человечество за свою историю знало и иные источники энергии — например, паровые двигатели, которые применялись в некоторых типах машин.

Пар как двигатель прогресса


На фото: паровая машина Кюньо

Вехи создания паровых машин:

  1. Первый паровой двигатель в истории был придуман и реализован инженером Героном Александрийским, жившим две тысячи лет назад в Греции. Он и сам не понял, зачем изобрел игрушку-шар, вращавшуюся вокруг своей оси, приводимую в движение поднимающимся снизу паром. Технология, не найдя применения, канула в небытие на полторы тысячи лет.
  2. Иезуит Фердинанд Вербст построил и подарил китайскому императору (1672) игрушку — крошечный самодвижущийся автомобиль, работающий на пару.
  3. Исаак Ньютон нарисовал чертежи паровой телеги, где за счет котла с соплом и ручного стравливания пара конструкция могла бы перемещаться.
  4. Томас Ньюкмен создал паровой двигатель наподобие современных, только с очень большим котлом, который приспособил в качестве машины по откачиванию грунтовых вод.
  5. Джеймс Уатт довел до ума конструкцию Ньюксмена, приладив к ней конденсатор и зациклил процесс преобразования пара в воду и наоборот. Полученный агрегат он умудрился поставить на раму и опробовать движение, инициируемое паром. Получив патент на изобретение, он сильно умерил пыл других разработчиков сходной идеи.
  6. Николай Жозеф Кюньо, артиллерийский французский инженер, придумал самодвижущуюся повозку на пару для перевозки пушек. Внутри конструкции весом под тонну находился медный цилиндр, который заполнялся паром, после чего происходил впрыск воды, а образующийся вакуум втягивал поршень.

    Перемещаться паровая телега могла лишь километр, после чего требовалась «дозаправка» кипящей водой. Зато перевозить на этот километр она могла до двух тонн груза.

    Идея командованию понравилась, конструктору дали «добро» и 20 000 франков на доработку идеи. В итоге телега научилась двигаться со скоростью 7 км/ч довольно долго за счет установленной топки под котлом. Этой скорости хватило, чтобы паровая телега совершила первое ДТП, протаранив стену дома из-за поймавшего «клина» колеса. Французская «бабушка» парового автомобиля нынче хранится в музее.

  7. Сильвестр Роупер создал первый прообраз мотоцикла – паровой велосипед. Соседи пытались воззвать к стражам порядка, такой шум производил созданный изобретателем велосипед – но увы, законов, запрещающих кататься на двух колесах, еще не было!
  8. Ричард Тревитик, а позже доработавший идею Вальтер Хэнкок, стали создателями парового омнибуса — коммерческого транспорта, способного проезжать до 32 километров.
  9. Казимир Янкевич из России тоже пытался создать машину на пару и даже придумал «быстрокат», который мог функционировать как на угле, так и на воде. Увы, проект не был реализован.

Первые паромобили

В самом начале 1906 года водитель Фред Мариотт, управляя паромобилем, построенном на производстве, принадлежащем «Братьям Стенлей» и пророчески названом «Ракета», впервые в истории сумел разогнаться до 205 км/ч.

Это звучало триумфально! Ведь машина, движимая паром, обгоняла все транспортные средства, включая самолеты. Зафиксировав очередной скоростной рекорд в 240 км/ч гонщик разбился насмерть.

Уже начало ХХ века ознаменовано было тем, что на дорогах уверенно ездили паровые автомобили, преимущественно грузовые. Они от первых автомобилей на бензине отличались рядом факторов:

  • долговечностью;
  • надежностью;
  • всеядностью (работать могли на любом горючем топливе от угля до соломы).


Паровые машины отличались малым скоростным режимом (не более 50 км/ч) — им надо было постоянно иметь в запасе большой объем воды, а отработанный пар постоянно уходил в атмосферу. Паровые автомобили широко использовались в Европе до начала 1940-х годов, а в Бразилии их выпуск велся серийно даже спустя десятилетие.

У паровичков были существенные минусы:

  • твердое топливо на выходе превращалось в большую кучу золы;
  • выхлопы и дым содержал в высоких концентрациях серу и копоть;
  • растопка твердотопливного котла была длительной, занимая не менее пары часов. Кому-то в голову пришла мысль отапливать дома, оставляя паровые машины подключенными на ночь к системе отопления. Если он работал ночь напролет, то паромобиль не надо было раскочегаривать по новой — ему хватало 15 минут для возможности вновь продолжить движение.

«Спиртомобиль»

Инженерам казалось, что двигатель внутреннего сгорания непригоден для транспорта. Он глохнет, если его притормозить, и его нельзя запустить после размыкания трансмиссии.

Двигатель внутреннего сгорания также не способен был развить тягу в различном скоростном диапазоне, он не запускался без «костыля» в виде трансмиссии.

Машина, запускаемая паром, казалось, сама мимикрирует под любое изменение дорожной ситуации. Растущее сопротивление приводило к тому, что двигатель замедлял вращение, увеличивая параллельно крутящий момент. Когда сопротивление уменьшалось, вращение – увеличивалось. Поэтому создатели паромобилей всячески боролись за создание компактного парогенератора, способного двигать машину без участия дополнительных приспособлений в виде сцепления и коробки передач.

В двигатели паромобилей учились заливать любую жидкость. Жидкотопливные паромобили способны были начать движение спустя 23 минуты от разогрева двигателя, и им, чтобы преодолеть сотню километров пути, необходимы были 30 литров бензина и 70 — воды.


Люди выяснили, что сгорающее топливо в цилиндре ДВС выбрасывает в атмосферу много токсичного вещества. Небольшой автомобиль с бензиновым двигателем способен в течение часа работы выработать столько вредных субстанций, что если бы небольшое пространство вокруг него было бы замкнуто, это привело бы к смерти находящихся рядом людей.

Парогенераторная горелка менее токсична на выходе — топливо сгорает при неизменяемых показателях, способствуя полноценному завершению реакций.

Важный фактор экономичности машины заключается в количестве потребляемого топлива. Так, американская «звезда» на паровой тяге «Добль-Беслер», собранная в середине 1920-х годов, имела массу в 2 с хвостиком тонны. При этом расход топлива составлял 18 литров на сотню километров. Для своего времени это был очень хороший показатель — более того, он оставался эталонным почти сорок лет.

Парогенераторная горелка перерабатывала жидкость в любом виде. Паромобиль продолжал движение на керосине и спирте, работал на бензине, мазуте, даже на растительном масле. И это было вовсе не попыткой удешевить процесс заправки — просто машины типа «Добль» были всеядны, но доступны лишь миллионерам.

От самогонного аппарата – к четырехколесному агрегату


На фото: братья Добль

Парогенератор являлся самым главным элементом машины на пару. Разработку удалось воплотить детройтским инженерам, братьями Добль. Они последовательно соединили десять плоских змеевиков, помещенных в корпус из стали, охлаждаемый водой.

Прохладная жидкость накачивалась в расположенные вокруг выдерживающего высокие температуры корпуса охлаждающие трубы, где происходил ее подогрев. Это сводило к минимуму теплопотерю. После чего жидкость наполняла змеевики, чтобы, закипев, стать паром с температурой 4,5 тысячи градусов по Цельсию и давлением в 120 атмосфер.

Братья Добль стремились к увеличению температуры, а также давления, что в совокупности повышало КПД. Инженерам удалось сделать парогенератор довольно легким и незатратным.

Сдвоенные цилиндры перерабатывали пар. Сначала он нагнетался в верхушку меньшего диаметра, где, расширившись, вырабатывал энергию. Затем он «переходил» в больший цилиндр, в его нижнюю часть, осуществляя дополнительную работу.

Два этапа расширения оказывались крайне полезными, когда машина ездила по улицам. Во время начала движения и при разгоне поступали значительные объемы пара, но, когда необходимости в максимальной энергоотдаче не было, они расширялись единожды.

Отработавшие пары передавали охлажденной жидкости, стремящейся в парогенератор, тепло. В жидкое состояние пар возвращался лишь в конденсаторе. Влага в парогенератор поступала порционно, ровно столько, чтобы паровая машина могла сделать один-два движения поршня. Поэтому по факту парогенератор вмещал в себя небольшое количество воды, что делало его безопасным для взрыва.

Если трубка рвалась, пар попадал в топку, отключая горелку. И даже такой случай произошел всего единожды, когда машина вдруг перестала заводиться после двух сотен километров пробега. Ремонт и замена вышедшего из строя змеевика заняли ровно один час.

«Добль» миллионеров


На фото: паромобиль

Незадолго до развязывания Германией войны в Европе на нынешнем ЗИЛе, носившем тогда название Московского автозавода имени Сталина, решили выпускать эксклюзивную модель автомобиля.

Кузов красавца украшало красное дерево. Он стоял на хромоникелевых стальных шасси, произведенных фирмой «Паккард». За образец советские конструкторы взяли паромобиль «Добль», собранный в 1924 году американской компанией «Беслер».

Движение задавалось парогенератором и парными радиаторами. К заднему мосту крепилась достаточно миниатюрная паромашина, составлявшая единую систему с дифференциалом. Привычных современным водителям сцепления, трансмиссии и кардана не требовалось.


Управлять скоростью можно было при помощи педали, подающей пар. Время от времени требовалось лишь сменять фазу прекращения впуска в цилиндр пара. После включения зажигания автомобилю требовалось 45 секунд, чтобы начать движение. Еще пара минут, и машину можно было ускорить до 150 км/ч.

Паромобиль двигался ровно и тихо. Он пришелся ко двору советской элиты, его испытания продолжились уже после заключения мира с Германией. Один из принимающих участие в разработке советской версии «Добля», А.Н.Малинин, отвечал за испытания образца.

Для определенных тестов используются в автопромышленности стенды для испытаний с беговыми барабанами. Автомобиль загоняется на стенд так, чтобы ведущие колеса оказывались строго на барабанах. В итоге они крутятся, заставляя вертеться колеса и имитируя езду по дороге. При этом машина стоит с работающим двигателем.

Когда инженер-испытатель Малинин и огромный авторитет в теоретической автомобилестроительной области профессор Чудаков сели в машину, последний нажал кнопки и затих. Минут через пять Малинин не выдержал: «Не пора ли заводиться?». На что профессор ответил: «Мы уже давно едем, на спидометре 20 километров». Скорость была вполне приличная, но, чтобы ухо уловило хоть какой-то звук работы парогенератора, надо было вплотную прижиматься в выхлопной трубе.

Семидесяти литров воды с избытком хватало на полтысячи километров пробега, а проблемы, требующие выпуска пара, случались крайне редко. Поэтому в автомобиле, в котором все детали были четко и точно подогнаны друг к другу, ничего не шумело.

Участь паровых машин

Если паромобили были столь удобны и хороши, почему же именно автомобили с ДВС сумели занять нишу в автомобильной среде?

Дело в том, что двигатель на пару имел весьма сложную автоматику и множество всяческих дополняющих друг друга агрегатов. При этом его изготовление выходило дороже, а КПД он выдавал меньший.

Еще одним минусом стал его большой размер, в частности – бак с запасом воды. Про экологичность тогда еще никто не задумывался, в итоге паровая машина оказалась постепенно вытеснена с рынка более дешевыми автомобилями с ДВС.

День сегодняшний


На фото: модель Inspiration

Вытесненные с рынка, паромобили нет-нет да и будоражат умы инженеров. В 2009 году на треке болид на пару Inspiration, хищный и обтекаемый, сумел установить новый рекорд машин на паровой тяге – 225 км/ч.

Мощность болида составляла 360 л.с., а движение запускалось двумя турбинами с давлением в 40 бар, которые нагнетали 12 современных бойлеров.

Остается открытым вопрос – на чем бы мы колесили сегодня, озаботься человечество проблемой сохранения окружающей среды на полсотни лет раньше?

Видео про парковой трайк:

Паровая машина – simulation, animation – eduMedia

Паровая машина – simulation, animation – eduMedia

eduMedia will be under maintenance on June 12, 2021

Краткое содержание

Как следует из названия, паровой двигатель работает от силы водяного пара, нагретого до высокого давления. Дан­ная тех­но­ло­гия пре­об­ра­зу­ет те­п­ло­вую энер­гию (те­п­ло­ту) в ме­ха­ни­че­скую (ра­бо­ту). 

В кот­ле на­гре­ва­ет­ся во­да для даль­ней­ше­го пре­об­ра­зо­ва­ния её в пар. Вы­ра­бо­тан­ный пар в даль­ней­шем ис­поль­зу­ет­ся для то­го, что­бы пе­ре­ме­щать пор­шень внут­ри ци­лин­д­ра. Пор­шень при­кре­п­лён к ры­ча­гу, по­зво­ляя пре­об­ра­зо­вать пря­мо­ли­ней­ное дви­же­ние в вра­ща­тель­ное.

На вы­ше­на­зван­ной ани­ма­ции пред­став­ле­на па­ро­вая ма­ши­на шот­ланд­ца Джейм­са Уат­та. Она со­дер­жит мно­го­чис­лен­ные улуч­ше­ния по от­но­ше­нию к пред­ше­ст­вую­щим ма­ши­нам (Со­мер­сет,  Пa­пин, Са­ве­ри, Нью­ко­мен). Он изобрёл в 1782 г., принцип машины с двойным действием (эффектом), в которой подвижный клапан распределяет давление таким образом, чтобы поршнем можно было управлять в прямом и в обратом направлении.

Цен­тро­беж­ный ре­гу­ля­тор яв­ля­ет­ся ещё од­ним изо­бре­те­ни­ем, раз­ра­бо­тан­ным Джейм­сом Уаттом (1788 г). Он де­ла­ет воз­мож­ным под­дер­жи­вать прак­ти­че­ски не­из­мен­ную ско­рость, не­смот­ря на из­ме­не­ние дав­ле­ния.

 Нажать и переместить курсор для того, чтобы увеличить или уменьшить температуру.

Цели обучения

  • По­ни­мать прин­цип ра­бо­ты па­ро­вой ма­ши­ны.
  • Моделировать преобразование тепловой энергии (теплоты) в механическую энергию (работу).
  • Уметь оп­ре­де­лять функ­цию ка­ж­дой час­ти ма­ши­ны Уат­та.
  • За­тро­нуть по­след­ст­вия дан­но­го изо­бре­те­ния на его вре­мя: Про­мыш­лен­ная ре­во­лю­ция.

eduMedia пред­ла­га­ет пе­да­го­ги­че­ские раз­ра­бот­ки в об­лас­ти ма­те­ма­ти­ки и в тех­но­ло­гии по ра­бо­те па­ро­во­за. Дан­ный до­ку­мент дос­ту­пен для ска­чи­ва­ния здесь.

Узнать подробнее

Ог­ром­ная мощ­ность ма­шин Джейм­са Уат­та де­ла­ет воз­мож­ным рас­про­стра­не­ние глав­ных…

Подпишитесь для доступа к этому разделу!

Поделиться ×

Экспериментальные паровые автомобили НАМИ-012 и НАМИ-018

Дмитрий Дашко, фото из архива ГУП НАМИ и автора

В 1948 году впервые в мире был изготовлен автомобиль, который заправляли… дровами. Разработчик и изготовитель – Центральный научный автомоторный институт, СССР.

Предшественники

Паровой автомобиль был предшественником не только привычного нам бензинового автомобиля, но и паровоза. Первая самоходная «паровая телега» была построена Николя-Жозефом Кюньо в 1769 году. После изобретения двигателя внутреннего сгорания паровые автомобили начали быстро вытесняться конкурентами. Однако в 1927 году вновь ненадолго возрос интерес к автомобилям парового типа благодаря освоению парового двигателя высокого давления. Это позволило продержаться паромобилям как грузовым, так и легковым в производстве до конца 30-х годов.

Россия познакомилась с машинами на паровом ходу еще в 1870–1878 годах, во время Русско-турецкой войны. В русской армии применялись локомобили английского и отечественного производства, по сути, дорожные паровозы-тягачи.

В 1902 году в Санкт-Петербурге в Ремесленном училище принца Ольденбургского был изготовлен паровой легковой автомобиль по типу французского Gardner-Serpolett. В 1902–1903 годах по лицензии американской фирмы Locomobile, изготавливающей простые легковые паромобили, была организована сборка семисильных малюток «Локомобилей» петербургским заводом «Дукс» и ростовским «Аксай». Таких автомобилей в общей сложности собрали несколько десятков.

Советские инженеры впервые обратились к автомобилям с паровыми двигателями в середине тридцатых годов прошлого века. НИИ Механизации лесного хозяйства в 1935 году предложил проект парового трехосного грузовика на базе ЯГ-10. Опытный экземпляр не был построен ввиду сложности изготовления конструкции – в конструкцию ЯГ-10 вносилось слишком много изменений. В том же году в Научном автотракторном институте (НАТИ) было создано Бюро паросиловых установок, которое занималось испытаниями всевозможной техники с паровыми двигателями. В 1936 году там испытали легковой паромобиль Double; в 1938 – шеститонный грузовой Sentinel S4 с котлом низкого давления. Британский Sentinel топили углем и, несмотря на все минусы такой заправки, эксплуатация оказалась выгоднее, чем обычной бензиновой машины. Литр бензина тогда стоил девяносто пять копеек, а килограмм угля всего четыре копейки.

К концу 1930-х автомобили, работающие с газогенераторными установками, прочно обосновались в лесной промышленности нашей страны, однако грузоподъёмность таких машин была невелика, а установка сложна в эксплуатации. Газогенераторные автомобили работали на приспособленных бензиновых двигателях, а в умах конструкторов созрела идея устройства машины, работающей по типу паровоза, – только и успевай кидать в топку горючее, а давление пара в котле будет крутить колеса.

В 1940 году спецбюро под руководством И.С. Скиридова приступило к постройке парового грузовика МП-28. В СССР впервые решили применить компоновку «кабина перед двигателем», так как это позволяло выдвинуть вперед кабину, а паровой двигатель и котел установить между кабиной и грузовой платформой. Для грузового автомобиля спроектировали паросиловую установку с прямоточным котлом высокого давления, конденсатор, турбины вентилятора и парогенератора. Вся эта установка должна была базироваться на шасси ЯГ-6. Пятитонный автомобиль должен был оснащаться 4-цилиндровым двигателем двухстороннего действия мощностью 120 л.с. при 1500 об/мин. Котловое давление паросиловой установки – 100 атм; топливо – любое жидкое. Машина должна была развивать скорость 40 км/ч. Был разработан паровой котел – парогенератор ПТ1 для работы на твердом топливе – антраците. Он имел котловое давление 100 атм и поверхность нагрева 12 м2. Паросиловая установка работала по замкнутому циклу с двухсторонним расширением. Цилиндры имели диаметр 75 мм, а низкого – 130 мм. Однако в 1941 году тему сняли с плана института – завод НАМИ переквалифицировался под выпуск военной продукции. Машину бросили недостроенной, но идею не оставили.

В 1946 г. были проведены испытания парового тягача «Саксенберг», проведённые под руководством Ю.А. Шебалина и консультанта С.В. Татищева. Немецкий магистральный паровой тягач Sachsenberg DW-60 был изготовлен в 1944 г. Вес автопоезда с двумя прицепами составлял 15 000 кг. С таким весом автопоезд развивал скорость до 35 км/ч. На тягаче размещались бункеры для 450 кг топлива и водяные баки ёмкостью 400 л. Автомобиль с такими параметрами инженерам понравился. В том же году, 2 июля, на научно-техническом совете Минавтопрома обсуждались результаты этих испытаний, после которых Министерство лесной промышленности пролоббировало постройку отечественных паровых автомобилей.

Собственный автомобиль

Отмашкой для начала работ по созданию отечественных образцов паровых автомобилей стало Постановление Совета Министров СССР от 07.08.1947 г. «О механизации лесозаготовок и освоении новых лесных районов». Указанным постановлением НАМИ было поручено разработать конструкцию и построить лесовозный паровой автомобиль, работающий на дровах. Такого в мировом автомобилестроении точно еще не было – чтобы заправить машину, достаточно было подбросить в нее дровишек… Удалённые районы страны нуждались в повышении качества перевозок и их удешевлении. Работай автомобиль на местном топливе, экономический эффект увеличился бы в разы.

За альтернативный проект взялось и Министерство автомобильной и тракторной промышленности (МАТП), которое заказало разработку паромобиля… в Берлине в своем местном техническом бюро. В основу работ легло предложение фирмы Buttentut, находившейся в английском оккупационном секторе Берлина, о создании паровой силовой установки для автомобиля с минимальными переделками базового двигателя внутреннего сгорания. Изменялась головка цилиндров, трубопроводы, система управления. Подобный паромобиль был создан еще до войны на шасси грузовика, переделанного из Ford-Koeln. В том же 1947 году в НАМИ были направлены описание и чертеж паровой машины.

По соглашению с советской стороной фирме Buttentut должны были поставить свежеизготовленное шасси ЯАЗ-200 в комплекте с дизелем ЯМЗ-204, однако по невыясненным причинам ярославцы к 1948 году так ничего в Германию и не прислали. Техническое бюро в Германии решило закупить 85-сильный дизель Ka..mper, который, по заверениям представителей Buttentut, после переделки должен был выдавать 125 л.с. Было закуплено шасси пятитонного грузовика Büssing для установки на него этого двигателя. Пар производился в водотрубном котле с пароперегревателем и экономайзером, построенном по лицензии фирмы Le Mont. По расчетам производительность котла должна была быть на уровне 800 кг пара в час при перегреве до 400 °С и давлении 40 атмосфер. Расчёты эти не оправдались. В конце 1948 года Buttentut по договору поставила советской стороне двигатель и два некомплектных паровых котла. Работа была выполнена некачественно, и к фирме осталось много претензий. На испытательной базе в Берлине двигатель на стенде смог развить только 50 л.с. при 20 атм давления пара. Причины столь низкого показателя банальны – котел был изготовлен из некачественной стали, отсутствовал насос высокого давления и т. д.

В Buttentut отказались исправлять дефекты, и дальнейшие переговоры с немецкой стороной оказались безрезультатными. Надавить на фирму тоже не удавалось, она располагалась в английской зоне Берлина. Ряд неисправностей установки устранили своими силами и отправили ее в СССР. Неизвестно, что случилось с этим комплектом, возможно, его частично использовали для постройки первого советского паромобиля НАМИ-012, который параллельно создавался в НАМИ с весны 1948 года, но это лишь предположение.

При просмотре фотографий кажется, что они засвечены в некоторых местах. На самом деле это обильный густой дым, который сопровождал машину. Машина была постоянно в испарине летом и в ледяных пупырышках зимой.

НАМИ-012

Построенный осенью 1948 года первый образец не имел своего обозначения (назовем его условно № 0). Его назначение было простым – понять, как вообще работает в целом весь механизм паровой установки и в каком направлении нужно доводить паровой двигатель и агрегаты. Автомобиль мог работать на швырках (неколотых дровах размерами до полуметра) с рабочей влажностью 35%. В мае 1949 года группа создателей из НАМИ – Ю. Шебалин, Н. Коротконошко, Г. Терзибашьян, А. Аникеев и др. – получила авторское свидетельство на свой паровой двигатель, который работал на низкокалорийном топливе. На малых оборотах двигатель развивал крутящий момент до 240 кг.м, т. е. в пять раз больше своего дизельного прототипа МАЗ-200. Паросиловая установка повышенного давления была снабжена водотрубным котлом с естественной циркуляцией и паровым двигателем однократного расширения. Котловое давление составляло 25 атм, температура перегретого пара – 420 °С. Цикл всей установки был замкнутым с конденсацией отработавшего пара через трубу через вверх кабины. Пар, выдаваемый котлом, через дроссельный клапан поступал в 3-цилиндровый паровой двигатель. Затем отработавший пар направлялся во вспомогательную турбину мятого пара, а оттуда в верхний конденсатор (выхлопная труба на крыше). Основная часть воздуха, необходимого для горения, подавалась под специальную чугунную решётку, расположенную на дне топливных бункеров. Дрова загружались в топливный бункер и самотеком поступали в зону горения, т. е. проваливались под собственным весом по мере выжига. Одной заправки дровами было достаточно, чтобы проехать 80 км пути, а при наличии воды – в два раза больше. Влажность некоторых швырков доходила до 50%. Котел без проблем съедал и такие дрова. С помощью эжекторов автомобиль легко и быстро заправлялся водой прямо из естественных водоемов. Какая при полном нагреве котлов была температура в кабине, не уточнялось.

В конце 1949-го и в середине 1950 года были изготовлены официальные образцы НАМИ-012 под № 1 и № 2. Первый представлял собой классический грузовик с бортовой платформой, или, как тогда говорили, «транспортный вариант», второй – со снятой платформой в виде тягача-лесовоза с прицепом-коником. Обе машины получили обтекаемые цельнометаллические кабины, которые были более плоскими и смещёнными вперед, чем у прототипа НАМИ-012. Вместо коробки передач в кабине был установлен рычаг переключения отсечек парораспределительного механизма. Предусматривались три положения передачи: при 25, 40 и 75% наполнения цилиндра и одна задняя. Педалей в кабине было три, как обычно, но сцепление требовалось выжимать только для включения понижающей передачи. НАМИ-012 работал очень тихо и плавно.

Государственные испытания автомобилей НАМИ-012 начались 2 ноября 1950 года и закончились 25 августа 1951 года. Состав наблюдательной комиссии был весьма солидным, её членами были представители практически всех автомобильных организаций. Кстати, к 1950 году в мире давно уже прекратили выпускать какие-либо автомобили с паровыми двигателями.

На основании испытаний комиссия выдвинула заключение о том, что у машины хорошая проходимость в гружёном состоянии, но возникают проблемы, когда она порожняя. Проходимость автомобиля затруднялась из-за перегрузки передней оси. Комиссия постановила продолжить работы, но автомобиль сделать полноприводным либо трёхосным с задней ведущей тележкой. После испытаний 1951 года направления по дальнейшей модернизации паромобилей разделились. Лесовозы и бортовые автомобили были разведены по разным классам.

НАМИ-018

В 1952 году приступили к постройке модификации НАМИ-012 с колёсной формулой 4x4. Изменения коснулись не только переднего моста, который был взят от опытного автомобиля ЯАЗ-214, на машину установили двухступенчатую раздаточную коробку, в которой были встроены муфты свободного хода, автоматически включающие привод на передние колеса при начале буксования задних. Паровой двигатель был форсирован и мог выдавать уже 125 л.с.

Междуведомственные эксплуатационные испытания новой машины начались в 1953 году и проводились вплоть до конца 1954 года в Первомайском и Червенском леспромхозах. Как и НАМИ-012, автомобиль имел два варианта исполнения – бортовой грузовик и лесовозный тягач с прицепом-коником. По данным НАМИ, была построена всего одна полноприводная машина этого семейства. В 1953 году изготовлен бортовой вариант, а затем на этом шасси была демонтирована платформа, и НАМИ-018 превратился в лесовозный тягач.

Несмотря на многие преимущества, «минусов» в конструкции паромобиля было больше, чем «плюсов». На сто километров пути уходило от 350 до 450 кг дров (это не опечатка). Их надо было с собой везти, а до этого дрова надо было напилить, наколоть, загрузить, разжечь котел. В холода еще и сливать воду (200 литров!) на ночь, чтобы она не превратилась в лед, а утром опять заливать.

Как видно из таблицы, по стоимости перевозок паромобили немного уступали бензиновым автомобилям, но были в три раза дороже, чем дизельные автомобили. Фактически они смогли побороть только газогенераторные автомобили.

НАМИ-0125

В институте всё-таки замахнулись на то, чтобы привести показатели парового и дизельного автомобилей к одному знаменателю. Я имею ввиду неизвестный даже в узких кругах автомобиль НАМИ-0125.

В 1951 году под руководством В. Лялина группа инженеров трудилась над перспективной версией парового автомобиля, работающего как на твердом, так и на жидком топливе. Под индексом НАМИ-0125 был изготовлен паровой грузовик, представляющий собой модернизацию бортового НАМИ-012. Как я уже сказал, задачей опытного образца было приближение по всем показателям к стандартному дизельному грузовику МАЗ-200. На первом этапе с этой задачей автомобиль справился. Грузоподъёмность автомобиля была увеличена до семи тонн. Этому способствовала установка новой форсированной паровой установки НАМИ-012А. Если при 30%-ной загруженности двигатель выдавал 100 л.с., то при 60%-ной загрузке мощность возрастала до 160 л.с., а это уже давало значительное превосходство перед семитонными дизельными аналогами. Динамика разгона и скорость на трудных участках у НАМИ-12А была на 35% выше, чем у МАЗ-200. Все остальные показатели у семитонных автомобилей были равными. Автомобилю вернули сцепление и коробку передач для более гибкого управления автомобилем, увеличили высоту платформы. На данном этапе не решили одну важную задачу – снижение расхода топлива. Для этого нужно было поднять давление в котле до 41 атм, что сделано не было по ряду технологических причин.

На втором этапе автомобиль с другой установкой НАМИ-012Б должен был работать уже не на твердом топливе (дровах), а на жидких продуктах (мазут), что позволило бы автоматизировать процесс в условиях движения автомобиля, избавиться от езды с большим запасом дров и постоянно водителю отвлекаться на управление паросиловых агрегатов. В общем, вопрос о простоте обслуживания автомобиля был ключевым в судьбе паровых автомобилей. Машину освободили от ряда агрегатов, а главное, от котла и топливных бункеров. Вес паросиловой установки вместе с кабиной равнялся 1635 кг, а высвобожденное место в кабине отдали под второй ряд сидений. Первый ряд сделали двухместным, чтобы удобнее было проходить на задний ряд. При успешной реализации второго этапа автомобиль имел полное право на крупносерийный выпуск и составил бы в первую очередь экономическую конкуренцию семитонным грузовикам с ДВС. НАМИ-012Б так и не вышел из стадии ходового макета. Довести до ума комплекс паровой установки для работы на тяжёлых погонах нефти конструкторам не удалось.

Основные экономические параметры автомобилей с разным типом топлива
Тип автомобиля по виду топливаБензиновый (ЗИС-150)Газогенераторный (УралЗИС-352)Паровой (НАМИ-012)Дизельный (МАЗ-200)
Полезная нагрузка, т4,02,56,07,0
Относительная стоимость тонны топлива, %1005513,750
Расход топлива на 100 км, кг3011535035
Стоимость перевозки одной тонны груза на 100 км, %10033810633,3

В 1954 году закончились испытания автомобилей НАМИ-012 и НАМИ-018. Заключительный вердикт комиссии был такой: «Паровой автомобиль НАМИ-018 отвечает всем параметрам лесной промышленности, но может быть использован только в районах, куда доставка жидкого топлива затруднена или высока по стоимости». Несмотря на лестные выводы комиссии, у этих нестандартных автомобилей не было шансов стать серийными. В это же время в Советском Союзе свернули окончательно выпуск газогенераторных автомобилей. Начался нефтяной бум, и в стране наступила эра дешевого бензина. Автомобили, работающие на альтернативном топливе, оказались невостребованными.

Эпилог

Сколько же было всего выпущено паровых автомобилей в НАМИ? На архивных фотографиях можно различить шесть вариантов бортовых автомобилей и три лесовоза. На самом деле было задействовано пять разных шасси. Одна и та же машина имела промежуточные варианты, так как паромобили постоянно меняли свою комплектацию в зависимости от программы испытаний.

История паровых машин

Loading...

Первые наработки.

Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.

Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.

Применение паровых машин на практике.

Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.

Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.

Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.

В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.

Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.

Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин

 

Блог Кречетникова. Паровая машина и КПД общества

  • <a href=http://www.bbc.co.uk/russian/topics/blog_krechetnikov><b>Артем Кречетников</b></a>
  • Би-би-си, Москва

Автор фото, RIA Novosti

Подпись к фото,

Макет машины Ползунова в музее в Барнауле

250 лет назад механик Барнаульского медеплавильного завода Иван Ползунов после пяти лет работы закончил сборку первой в мире паровой машины современного типа мощностью 32 лошадиные силы.

Идею использования энергии пара выдвинул еще в I веке Гиерон Александрийский. Первую действующую модель построил профессор математики Марбургского университета француз Дени Папен в 1690 году. В 1705-м он установил ее на баркас, став таким образом и создателем первого парохода,

В начале XVIII века паровые машины для откачки воды из шахт конструировали британцы Ньюкомен, Коули и Севери. Не вдаваясь в технические детали, их агрегаты были несовершенны, имели низкий кпд и ограниченную сферу применения.

Ползунов, человек образованный и общавшийся с петербургскими академиками, знал о наработках предшественников и паровую машину не придумал, а усовершенствовал.

Макет и чертежи были отправлены Екатерине II, которая наградила изобретателя 400 рублями и произвела в инженерные капитан-поручики.

Эй, дубинушка, ухнем!

Через два месяца Ползунов скончался от туберкулеза. Машина проработала еще три месяца, нагнетая воздух в плавильные печи, а затем сломалась.

Как установили впоследствии, причина была самой тривиальной: воду для котла брали без очистки из заводского пруда, и трубки забились илом. Разбираться в отсутствие энтузиаста никто не захотел.

Новая техника пришла в Россию спустя несколько десятилетий, и, "как положено", из Европы.

О Ползунове вспомнили только во второй половине 1940-х годов, когда Сталин велел доказать, что Россия - родина всего на свете.

В 1781 году патент на универсальную паровую машину непрерывного действия получил шотландец Джеймс Уатт. К 1800 году в Англии работала 321 паровая машина. Изобретение Уатта изменило мир, произведя Промышленную революцию, а имя ее создателя сразу же сделалось известно всем.

Подобное повторялось систематически. Многие россияне испытывали своеобразную гордость: да уж, мы такие, блоху подкуем, а печься о презренной пользе - не по-нашему. "Англичанин-мудрец, чтоб работе помочь, изобрел за машиной машину, а наш русский мужик, коль работа невмочь, он затянет родную "Дубину"!

"Умы такие ж"

Когда в апреле 1755 года при Московском университете открывали гимназию, ее первый директор, ученик Ломоносова Николай Поповский, держал перед учениками такую речь: "Если будет ваша охота и прилежание, то скоро вы сможете показать, что и вам от природы даны умы такие ж, какие и тем, которыми целые народы хвалятся; уверьте свет, что Россия больше за поздним начатием учения, нежели за бессилием, в число просвещенных народов войти не успела".

Природные умы у россиян действительно "такие ж", как у самых успешных наций, что доказал, в частности, Иван Ползунов. И сегодня десятки тысяч соотечественников по всему миру занимаются наукой и высокими технологиями и даже получают Нобелевские премии.

А вот вторая фраза Поповского вызывает сомнения. Если все дело в опоздании, давно должны были бы наверстать.

Пушкин в 1823 году свидетельствовал, что Россия экспортирует "по балтическим волнам" только лес и сало, а все сколько-нибудь сложное ввозит из "Лондона щепетильного". Прошло почти 200 лет, и мы снова слышим бессильные призывы "слезть с сырьевой иглы" и начать, наконец, делать что-то путное головой и руками.

Люди и институты

Егор Гайдар в книге "Долгое время" сформулировал понятие институциональной ловушки.

Великая неолитическая революция, начавшаяся после таяния ледника примерно 10 тысяч лет назад, создала практически все, что мы называем цивилизацией: сельское хозяйство, оседлый образ жизни, деньги, города, государство, письменность, выплавку металлов, колесо и парус.

Автор фото, Bank of England

Подпись к фото,

В Британии изобретателей и промышленников изображают на денежных купюрах. Джеймс Уатт (справа) и его многолетний партнер, первый производитель паровых машин бирмингемский фабрикант Мэтью Болтон

А примерно в эпоху строительства египетских пирамид технологический прогресс вдруг замер на четыре тысячи лет. Шумели на исторической авансцене сильные личности, возникали и рушились империи, создавались религии и философии, но производились те же продукты, примерно теми же способами и в тех же количествах. Среднедушевой ВВП в Древнем Риме, Китае династии Тан и Европе эпохи крестовых походов был примерно одинаков.

Не зря такую популярность завоевало мнение, что история - хождение по замкнутому кругу, все уже было, и все повторится.

Гайдар предложил объяснение: переход к земледелию многократно увеличил богатство, зато на смену обществу охотников, где каждый мужчина был воином, пришло разделение на бесправное крестьянство и вооруженную элиту, глядевшую на народ как на скот, который и существовать-то должен лишь затем, чтобы приносить доход хозяевам.

Низшие классы не были заинтересованы в инновациях и повышении производительности труда, потому что все отберут. Высшие - потому что и в отсталом обществе свое возьмут, а любые перемены чреваты дестабилизацией и потерей власти.

Созидательное разрушение

Другой знаменитый экономист, австриец Йозеф Шумпетер, ввел термин "созидательное разрушение".

Новое всегда вытесняет и уничтожает старое, в результате кто-то приобретает, а кто-то и наоборот.

С одной стороны, консервативная масса, уверенная, что если кто и выиграет от любых нововведений, то уж точно не они. С другой самовластные правители, больше всего заинтересованные в стабильности и неизменности существующего порядка.

А противостояла им во все времена горстка людей то ли с искрой Божьей, то ли с шилом в заднице, не скрывающая желания нажиться на своих инновациях.

Английские луддиты ломали машины. Жители средневекового королевства Такали на территории современного Южного Судана отказывались от письменности, чтобы труднее было собирать с них налоги.

Китайские богдыханы династии Мин запрещали мореплавание, чтобы купцы не богатели и не начинали слишком много о себе понимать. Австрийский император Франц I запрещал строить фабрики, чтобы не рос пролетариат.

Николай I открыл единственную железную дорогу Москва-Петербург, а дальнейшего строительства не приветствовал, дабы, по словам его министра финансов Егора Канкрина, не побуждать народ к ненужным перемещениям с места на место.

Александр II пересмотрел эту политику, поскольку после Крымской войны сделалось ясно, что слабость транспортной инфраструктуры ослабляет военную мощь. Вот такой аргумент самодержавной власти всегда понятен и близок!

Инклюзив и экстракция

Профессор Чикагского университета Джеймс Робинсон видит главную причину богатства и бедности народов в "инклюзивных" и "экстрактивных" социальных и политических институтах. Первые вовлекают максимально широкий круг людей в инновации и предпринимательство, создавая возможности и стимулы, вторые демотивируют и связывают руки.

Запад не родился свободным и прогрессивным.

Упомянутый Дени Папен захотел проплыть на своем пароходике по реке Фульда. Курфюрст Кассельский не одобрил, несмотря на ходатайство великого Лейбница. А когда изобретатель все-таки предпринял попытку, члены гильдии лодочников города Менден при попустительстве властей разломали судно вместе с паровым двигателем.

В 1589 году англичанин Уильям Ли изобрел станок для вязания шерстяных чулок и шапок. Королева Елизавета I отказала ему в патенте, заявив: "Вы замахиваетесь слишком высоко. Подумайте, что это может означать для моих бедных подданных. Это наверняка лишит их работы и сделает нищими".

Зато Елизавета и ее преемник Яков I без счета раздавали торговые монополии лордам, опоре и слугам престола, так что один член палаты общин в 1601 году саркастически спросил: "На хлеб монополии еще нет?".

А потом Британия и Россия, словно специально для сравнения, практически одновременно занялись модернизацией. Только подошли к ней по-разному.

Автор фото, RIA Novosti

Подпись к фото,

Талантом Ползунов, вероятно, не уступал Уатту, но не благоприятствовали социальные условия

Англичане в 1688 году свергли авторитарного Якова II, пригласили на трон Вильгельма Оранского, предварительно зачитав ему публично Билль о правах, и прочно встали на путь плюрализма, свободной конкуренции, равенства всех перед законом и служебной роли государства. Чем дальше, тем больше расширялись возможности промышлять к своей выгоде по собственному разумению при гарантии, что нажитое не отнимут.

В России год спустя пришел к власти Петр I.

Посетив через девять лет Англию, он заявил неизменному спутнику Алексашке, что тамошние порядки ему не нравятся: "Зело парламентом король их стеснен".

В отличие от большинства самодержцев Запада и Востока, Петр был прогрессистом, каких поискать. Но во всем делал ставку на принуждение.

Построил за казенный счет суконные фабрики (выражаясь по-современному, осуществил государственные инвестиции в инфраструктуру) и повелел "отдать их торговым людям, а буде не похотят, хотя бы и неволею".

Рабский труд бывал не только в России, но крепостных фабрикантов история не знала.

По словам того же Меншикова, Петр "прожил век, словно в батраках у Отечества". Каждый день без выходных сочинял в среднем по два указа о том, как правильно класть печи, смолить лодки, жать рожь и хоронить покойников.

Приехав в Холмогоры, возмутился: поморы строят "пузатые" корабли. Неправильно! Не как в Голландии!

Кочи действительно проигрывали в скорости, но ходить в Америку и Индию от них не требовалось. Зато, вмерзая в лед, не трескались, а выталкивались.

Россия потеряла уникальное ноу-хау, которое через 200 лет восстановил по старым рисункам норвежец Фритьоф Нансен.

Точно так же Сталин по непонятному капризу загубил кибернетику и генетику.

В Британии уже во времена Петра король не мог самодурствовать, а любому решению парламента предшествовала обстоятельная дискуссия с учетом всех интересов и доводов.

"Несмотря на разнообразное и жесткое сопротивление, я добился от парламента закрепления за мной права на "огненную машину" на 25 лет, что, я надеюсь, сулит мне большие выгоды, ведь значительный спрос на нее уже есть", - писал отцу Джеймс Уатт.

Письмо демонстрирует два обстоятельства.

Во-первых, возможность заработать на инновации, в отличие от России с дешевым трудом крепостных.

Во-вторых, парламент, очевидно, ставил интересы предпринимателей и изобретателей во главу угла.

Иван Ползунов первым делом ударил челом императрице. Точь в точь как современные россияне, по любому поводу обращающиеся лично к Путину.

Екатерине понравилась механическая игрушка, но в дальнейшем интереса к внедрению паровых машин она не проявила. А могла бы, будучи не в настроении, вообще сказать, что это ерунда, и кто бы возразил?

Инклюзивные институты - это когда у власти мало возможности заставить людей делать, что ей хочется, и запретить то, что им выгодно. Или создавать привилегированные условия любимчикам и разорять неугодных.

Прогресс в неволе не размножается, чем бы ее ни оправдывали: стабильностью, управляемостью, справедливостью.

"Поймали птичку голосисту, и ну сжимать ее рукой. Пищит бедняжка вместо свисту, а ей твердят: пой, птичка, пой!".

История тракторов Case IH

В конце XIX и начале XX веков применялся паровой двигатель. Первоначально паровые машины были привезены на Средний Запад, чтобы перевернуть дерн и превратить девственную прерию в плодородную сельскохозяйственную пашню. В 1903 году Джером Кейс поставил задачу создать самый мощный паровой трактор для коммерческого использования. Уже в 1904 году первая такая машина вышла из цеха – это был 150-сильный монстр, способный развивать выдающуюся тягу: тянуть 24 корпусный плуг с корпусами по 30 см!

В 2008 году Кори Андерсон купил остатки одной из этих машин и решил воссоздать живую машину. Спустя 10 лет он закончил свою работу и показал её на полевой выставке James Valley Threshing Show в Андовере SD, 7 сентября 2018 года. Машина произвела настоящий фурор, особенно на вспашке! Паровая машина тянула 24-корпусный плуг шириной захвата 7,2 м, в то время как дизельный трактор такой же мощности (150 л. с.)  справляется всего с шестью корпусами.

 

Объясняется это просто, достаточно посмотреть на внешние тяговые характеристики электродвигателя, паровой машины и ДВС. При снижении оборотов (скорости) тяговое усилие (крутящий момент) паровой машины увеличивается, а у ДВС немного растет в диапазоне оборотов 2200-1700, а затем снижается. В реальной жизни эти машины применялись на рудниках в качестве тягачей.

В последующие годы компания Case IH производила паровые тракторы мощностью от 30 до 110 л. с., которые использовались для сельхозработ. ВОМ в то время еще не придумали, и для привода с/х машин использовался ременной привод от специального шкива. На фотографии ниже трактор CASE с паровым тяговым двигателем, которые начали производится с 1913 года. Его мощность составляла 110 л. с., весил он семь тонн и был способен тянуть 14-корпусный плуг. Кабина имела локомотивный тип, диаметр задни колёс составлял семь футов (2,14 м) и, впервые в паровых двигателях, использовалось рулевое управление с паровым усилителем.

  

Паровые тракторы CASE выпускались мощностью 30, 40, 50, 60, 65, 75, 80, 110 и 150 л. с. Лошадиная сила тогда определялась как эквивалент мощности, необходимой для подъема 33 000 фунтов (15т)  на один фут (30 см) за одну минуту.


В музее сельскохозяйственного наследия Южной Дакоты хранится типичный универсальный трактор CASE мощностью 65 л. с., который был приспособлен практически для любой тяжелой сельскохозяйственной операции. Он был изготовлен в 1915 году под серийным номером 33043 и провел свою рабочую жизнь к северу от города Уотертауна в штате Южная Каролина. Он легко справлялся с 8-корпусным прицепным плугом и приводил в действие молотильные машины и другие устройства на ферме. Паровой двигатель обеспечивал 65 лошадиных сил на приводной ремень и 40 лошадиных сил тяги. Его максимальная скорость составляла 2,4 мили в час (4 км/ч). Его вес без воды составляет 20 600 фунтов (9,3 т).

Паровые тракторы из-за их громоздкости и тихоходности применялись на вспашке и как энергосредство для привода стационарных молотилок. Компания CASE производила паровые тракторы до 1927 года, несмотря на то, что уже в 1912 году началась история нового семейства – керосиновых тракторов.

Уже тогда реклама продукции выглядела эффективной и профессиональной. Из рекламного плаката видно, что в конце XIX века J. I. CASE производил не только паровые агрегаты и паровые тракторы, но и молотилки зерна, перегрузчики зерна в силосы, пресса для соломы и сена, бочки для топлива и воды. CASE также продавал прицепные плуги к своим тракторам, но честно писал, что это отличные плуги, но они не произведены на заводе J. I. CASE, не то что многие современные франчайзеры...


Но самое интересное мы опубликуем 5 февраля! В следующей исторической заметке мы расскажем, кто такой Гарольд Уэр и как его судьба связана с компанией JI CASE и основанием города Зернограда, в котором располагается центральный офис ГК "Альтаир".

 

паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты

Паровой двигатель , машина, использующая энергию пара для выполнения механической работы за счет тепла.

Паровая машина Жана-Жозефа-Этьена Ленуара.

Архив Халтона / Getty Images

Британская викторина

Изобретатели и изобретения

Наши самые ранние человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение вращения? Позвольте колесам в вашей голове крутиться, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Далее следует краткое описание паровых машин. Для полной обработки энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .

В паровой машине горячий пар, обычно поставляемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии преобразуется в работу. Остатку тепла можно дать уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар может конденсироваться в отдельном устройстве, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении.Для обеспечения высокого КПД пар должен проходить через широкий диапазон температур вследствие его расширения внутри двигателя. Наиболее эффективная работа - то есть наибольшая производительность работы по отношению к поданному теплу - обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через перегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхности которых подвергаются воздействию горячих газов в топке котла.С помощью пароперегревателей пар может быть нагрет до температуры, превышающей температуру, при которой он вырабатывается кипящей водой.

В поршневом двигателе, паровом двигателе поршневого и цилиндрового типа, пар под давлением впускается в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом маховика для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла попадает попеременно с каждой стороны поршня. В простом паровом двигателе расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составном двигателе имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и более высокого КПД; первый и самый маленький поршень приводится в действие первичным паром высокого давления, а второй - паром более низкого давления, выходящим из первого.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В паровой турбине пар выпускается с высокой скоростью через сопла, а затем проходит через ряд неподвижных и движущихся лопастей, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью. Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большую степень расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина - универсальное средство, используемое для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.

Самые ранние паровые машины были научными новинками Героя Александрии в I веке нашей эры, такими как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с ручными клапанами для подъема воды из шахт за счет всасывания за счет конденсации пара. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективную паровую машину с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды.В 1765 году Джеймс Ватт значительно улучшил двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра при каждом такте. Затем Ватт разработал новый двигатель, который вращал вал вместо простого движения насоса вверх и вниз, и добавил много других улучшений для создания практичной силовой установки.

Вращающийся паровой двигатель Джеймса Ватта с планетарной передачей, оригинальный рисунок, 1788 год. В Музее науки в Лондоне.

Авторское право Британской короны, Музей науки, Лондон

Громоздкая паровая повозка для дорог была построена во Франции Николасом-Жозефом Кюньо еще в 1769 году.Ричард Тревитик в Англии был первым, кто использовал паровой экипаж на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года успешно проехал по конному маршруту в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерчески успешной с выпуском Rocket английского инженера Джорджа Стефенсона в 1829 году. Первым практичным пароходом был буксир Charlotte Dundas, , построенный Уильямом Симингтоном и опробованный на канале Форт и Клайд. Шотландия, 1802 год.Роберт Фултон применил паровой двигатель на пассажирском судне в Соединенных Штатах в 1807 году.

Паровая машина Корлисса вырабатывала всю энергию, используемую в Машинном зале на Столетней выставке в Филадельфии, 1876 год.

Библиотека Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия.

Хотя паровой двигатель уступил место двигателю внутреннего сгорания в качестве двигателя транспортного средства, интерес к нему возродился во второй половине 20-го века из-за возрастающих проблем с загрязнением воздуха, вызванных сжиганием ископаемого топлива во внутренних помещениях. двигатели внутреннего сгорания.

Как работают паровые машины?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2020 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и вода и все еще достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Именно на это способен паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли из большинства железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и Подобные локомотивы до сих пор используются в качестве туристических достопримечательностей на многих исторических объектах. железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы быть запомнили, потому что они охватили мир через промышленные Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают место в рейтинге легковые автомобили, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как именно они работают?

На фото: паровоз, работающий на железной дороге Твитси в Северной Каролине.Это узкоколейный поезд, а значит, колея не такая широкая, как на обычной железной дороге. Узкие дорожки часто используются в горных районах и на другой труднопроходимой местности, потому что их строительство, как правило, дешевле. Предоставлено: фотографии из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, требуется энергия вы можете придумать - кататься на скейтборде, чтобы летать на самолете, дойти до магазинов или проехать на машине по улица.Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает от масло, но так было не всегда. До начала 20 века уголь был любимое топливо в мире, и оно питало все, от поездов и кораблей к злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым Сэмюэл П. Лэнгли, ранний соперник братьев Райт. Что было так особенного об угле? Внутри Земли его много, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь - это органическое химическое вещество, что означает это основано на элементе углерод.Уголь образуется за миллионы лет, когда останки мертвых растения погребаются под камнями, сдавливаются давлением, и приготовленные внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемым топливом. Глыбы угля - это действительно глыбы энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород через суставы, называемые химическими связями. Когда мы сжигаем уголь в огне, связи разрываются, и энергия выделяется в виде тепла.

Уголь содержит примерно половину энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать его так много.

Фото: Основные части паровоза. Щелкните маленькую фотографию, чтобы увидеть ее намного больше. Это бывший танковый локомотив 4MT стандарта British Railways номер 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году). работал на железной дороге Суонедж, Англия, в августе 2008 года. Прочтите, как его восстановили из ржавой кучи и вернули в строй. его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровая машина - это машина, сжигающая уголь для выделения тепла. энергия, которую он содержит - так что это пример того, что мы называем тепловым двигателем.Это немного похоже на гигантский чайник, стоящий на угольном костре. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взорвать воздух, как пар из чайника, пар улавливается и используется для питания машина. Давайте узнаем как!

Как работает паровая машина

Грубо говоря, паровой двигатель состоит из четырех частей:

  1. Пожар, в котором горит уголь.
  2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает для образования пара.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла направляется в цилиндр, в результате чего поршень двигается сначала в одну сторону, затем в другую. Это движение внутрь и наружу (который также известен как "возвратно-поступательное движение") используется для привода ...
  4. Станок, прикрепленный к поршню. Это может быть что угодно из водяной насос к заводской машине ... или даже гигантскому паровозу бегает вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание.На самом деле в даже сотнях, а может и тысячах деталей. самый маленький паровоз.

Пошаговая инструкция

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей маленькой анимации. паровоза, внизу. Внутри кабины локомотива загружаешь уголь в топку (1), что вполне буквально металлический ящик содержащий ревущий угольный огонь. Огонь нагревает котел - «великан чайник »внутри локомотива.

Котел (2) в паровозе не очень похоже чайник, который вы бы использовали, чтобы заварить чашку чая, но он работает таким же образом производят пар под высоким давлением.Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок. Бег через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы идут от топки к дымоходу, неся тепло и дым огня с ними (показаны белыми точками внутри трубки). Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигатель огонь может нагреть воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, создающая пар, либо поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, тянутся локомотив.(В тендер также включена локомотивная поставка угля.) Вы можете увидеть фото тендера с изображением резервуара для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3) прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень (4), вперед и назад. Небольшой механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показан оранжевым) пропускает пар. Поршень подсоединен к одному или больше колес локомотива через своего рода руку-локоть-плечо соединение, называемое кривошипом и шатуном (5).

По мере того, как поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и привести поезд в движение (6). Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать способствовать. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет в себе поверните рукоятку вперед, проталкивая поршень обратно в цилиндр. Оно пришло. Клапан впуска пара закрывается. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и вверх дымовая труба локомотива (7). Прерывистый шум, который паровой двигатель производит, и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

По цилиндрам с каждой стороны локомотива и два цилиндра. стрелять немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда было что-то мощность толкает двигатель вперед.

Типы паровых машин

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше диаграмме показан очень простой одноцилиндровый паровой двигатель, приводящий в действие паровоз по рельсам. Это называется роторным готовить на пару двигатель, потому что работа поршня - заставить колесо вращаться.В первые паровые машины работали совершенно иначе. Вместо вращая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательный пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, а импульс локомотива, едущего в другую сторону. Это называется односторонним действием. паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень работает только половину времени.Намного лучше (хотя и немного больше сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара поршень сначала в одну сторону, а затем в другую. Это называется двойным действием. (или противоточный) паровой двигатель. Он более мощный, потому что пар движет поршень по всей длине. время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: машин гораздо больше, чем просто кривошип и шатун.Фактически, есть сложная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с тщательной точность. Это называется клапанной передачей. Его работа открывать и закрывать клапаны баллона в нужный момент, чтобы позволить пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал как можно эффективнее и мощнее, и чтобы он мог ехать задним ходом. Есть довольно много разных типов клапанный редуктор; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1901).Танковый двигатель 80104 На втором фото на этой странице изображен клапанный механизм типа Walschaerts, как и Эддистон, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Механизм клапана Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, что означало потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать. Более поздние двигатели производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в котел меньше, намного сильнее, поэтому он выдавливается с большей силой и задул поршень сильнее.Дополнительная сила высокого давления готовить на пару двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и это открыло путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: Паровозы не могли нести всю воду они нужны были для дальнего путешествия. Периодически им приходилось останавливаться, чтобы пополнить счет в цистерны с водой на рельсах, подобные этому (вверху) на железной дороге Суонедж. На более крупные двигатели были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, с запасами уголь (перед нарисованной красной линией) и вода (за красной линией).Уголь опирается на угловой пластина внутри тендера, которая естественным образом наклоняется к отверстию спереди, где пожарный может легко перелопатить его в топку. Внизу: Как выглядит тендер внутри на этой необычной фотографии пустого тендера, сфотографировано немного сверху и сзади, сделано в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия. Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Действительно ли умер пар?

Уголь был дешевым и доступным топливом в период раннего промышленного развития. Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовал новую эру: в 20-м веке нефть превзошла уголь как мировой фаворит. топливо.Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов. всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны сгореть огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, сжигающий уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) вращающийся цилиндр тепловую энергию пара в механическую энергию, которая приводит в действие машина. Такая конструкция называется ДВС. потому что огонь и котел находятся вне цилиндра.Это неэффективно потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар уносятся от огня, через котел в цилиндр. Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо горит внутри цилиндра, а не за его пределами, и это делает двигатели внутреннего сгорания значительно более эффективны. (Подробнее о внутреннем и внешнем горении вы можете прочитать в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля, дает меньше загрязнение воздуха, и его намного легче транспортировать по трубам.

Во многом поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее. Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на фабрику каждый день, когда они могут просто щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Иллюстрации: Лучше меньше, да лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 1960-е годы.Последние локомотивы были построены в 1956 году, а последний паровоз ходил в августе 1968 года. К 1968 году в эксплуатации находилось лишь около трети локомотивов по сравнению с 1962 годом, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система, по-видимому, была намного эффективнее. Источник: построено с использованием данных из "The Performance of British Railways 1962–1968" C.D. Jones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется.Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии. (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть его по-прежнему поступает из угля, сгорел на электростанциях за много миль от наши дома и фабрики. Внутри угольной электростанции уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в движение устройства, похожие на ветряные, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Когда они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и производят электричество.Итак, видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергия жив и здоров - и так же важен, как никогда!

На фото: некоторые паровые машины, работающие на линиях наследия. были еще относительно новыми, когда они были сняты с вооружения. Этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон", был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгой реставрации Южными Локомотивами он вернулся в Служба на Swanage Railway в сентябре 2008 года.Чудесно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

  • I век н. Э .: Герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н. Э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса, предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Кристиан Гюйгенс (1629–1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень питается от взрывающегося пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - лучший способ управлять цилиндром и поршень.
  • 1698: Томас Савери (c.1650-1715) развивает паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для откачки воды из мины.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает намного лучшая конструкция парового водонасосного двигателя, чем Savery и обычно приписывают изобретение паровой машины.А Шотландский инженер по имени Джеймс Ватт (1736–1819) вычисляет гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения модель двигателя Ньюкомена. Ватт усовершенствовал систему Ньюкомена. двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Cugnot (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта высокого давления, открывая путь для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровая машина с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775–1819) изобретает пассажирский автомобиль с паровой тягой. Как и Тревитик, он признает важность пара высокого давления и создает больше, чем 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) пробеги первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
  • 1819: Океанский корабль с паровым двигателем «Саванна». пересекает Атлантический океан из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стефенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон. Начнем с того, что паровозы тянут только тяжелые угольные грузовики, а пассажиров перегоняют в конных экипажах.
  • 1830: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога первой стала использовать паровую силу. для перевозки пассажиров и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перле. Улица, Нью-Йорк.Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электроэнергии.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854–1931) разрабатывает паровую турбину для своего скоростного парохода «Турбиния».

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже были на пару до того, как появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире гребной пароход с веслами, построенный в 1947 году и прибывший на пирс Суонедж в сентябре 2009 года.

Как работают паровые машины?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2020 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и вода и все еще достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Именно на это способен паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли из большинства железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и Подобные локомотивы до сих пор используются в качестве туристических достопримечательностей на многих исторических объектах. железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы быть запомнили, потому что они охватили мир через промышленные Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают место в рейтинге легковые автомобили, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как именно они работают?

На фото: паровоз, работающий на железной дороге Твитси в Северной Каролине.Это узкоколейный поезд, а значит, колея не такая широкая, как на обычной железной дороге. Узкие дорожки часто используются в горных районах и на другой труднопроходимой местности, потому что их строительство, как правило, дешевле. Предоставлено: фотографии из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, требуется энергия вы можете придумать - кататься на скейтборде, чтобы летать на самолете, дойти до магазинов или проехать на машине по улица.Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает от масло, но так было не всегда. До начала 20 века уголь был любимое топливо в мире, и оно питало все, от поездов и кораблей к злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым Сэмюэл П. Лэнгли, ранний соперник братьев Райт. Что было так особенного об угле? Внутри Земли его много, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь - это органическое химическое вещество, что означает это основано на элементе углерод.Уголь образуется за миллионы лет, когда останки мертвых растения погребаются под камнями, сдавливаются давлением, и приготовленные внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемым топливом. Глыбы угля - это действительно глыбы энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород через суставы, называемые химическими связями. Когда мы сжигаем уголь в огне, связи разрываются, и энергия выделяется в виде тепла.

Уголь содержит примерно половину энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать его так много.

Фото: Основные части паровоза. Щелкните маленькую фотографию, чтобы увидеть ее намного больше. Это бывший танковый локомотив 4MT стандарта British Railways номер 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году). работал на железной дороге Суонедж, Англия, в августе 2008 года. Прочтите, как его восстановили из ржавой кучи и вернули в строй. его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровая машина - это машина, сжигающая уголь для выделения тепла. энергия, которую он содержит - так что это пример того, что мы называем тепловым двигателем.Это немного похоже на гигантский чайник, стоящий на угольном костре. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взорвать воздух, как пар из чайника, пар улавливается и используется для питания машина. Давайте узнаем как!

Как работает паровая машина

Грубо говоря, паровой двигатель состоит из четырех частей:

  1. Пожар, в котором горит уголь.
  2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает для образования пара.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла направляется в цилиндр, в результате чего поршень двигается сначала в одну сторону, затем в другую. Это движение внутрь и наружу (который также известен как "возвратно-поступательное движение") используется для привода ...
  4. Станок, прикрепленный к поршню. Это может быть что угодно из водяной насос к заводской машине ... или даже гигантскому паровозу бегает вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание.На самом деле в даже сотнях, а может и тысячах деталей. самый маленький паровоз.

Пошаговая инструкция

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей маленькой анимации. паровоза, внизу. Внутри кабины локомотива загружаешь уголь в топку (1), что вполне буквально металлический ящик содержащий ревущий угольный огонь. Огонь нагревает котел - «великан чайник »внутри локомотива.

Котел (2) в паровозе не очень похоже чайник, который вы бы использовали, чтобы заварить чашку чая, но он работает таким же образом производят пар под высоким давлением.Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок. Бег через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы идут от топки к дымоходу, неся тепло и дым огня с ними (показаны белыми точками внутри трубки). Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигатель огонь может нагреть воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, создающая пар, либо поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, тянутся локомотив.(В тендер также включена локомотивная поставка угля.) Вы можете увидеть фото тендера с изображением резервуара для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3) прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень (4), вперед и назад. Небольшой механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показан оранжевым) пропускает пар. Поршень подсоединен к одному или больше колес локомотива через своего рода руку-локоть-плечо соединение, называемое кривошипом и шатуном (5).

По мере того, как поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и привести поезд в движение (6). Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать способствовать. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет в себе поверните рукоятку вперед, проталкивая поршень обратно в цилиндр. Оно пришло. Клапан впуска пара закрывается. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и вверх дымовая труба локомотива (7). Прерывистый шум, который паровой двигатель производит, и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

По цилиндрам с каждой стороны локомотива и два цилиндра. стрелять немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда было что-то мощность толкает двигатель вперед.

Типы паровых машин

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше диаграмме показан очень простой одноцилиндровый паровой двигатель, приводящий в действие паровоз по рельсам. Это называется роторным готовить на пару двигатель, потому что работа поршня - заставить колесо вращаться.В первые паровые машины работали совершенно иначе. Вместо вращая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательный пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, а импульс локомотива, едущего в другую сторону. Это называется односторонним действием. паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень работает только половину времени.Намного лучше (хотя и немного больше сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара поршень сначала в одну сторону, а затем в другую. Это называется двойным действием. (или противоточный) паровой двигатель. Он более мощный, потому что пар движет поршень по всей длине. время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: машин гораздо больше, чем просто кривошип и шатун.Фактически, есть сложная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с тщательной точность. Это называется клапанной передачей. Его работа открывать и закрывать клапаны баллона в нужный момент, чтобы позволить пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал как можно эффективнее и мощнее, и чтобы он мог ехать задним ходом. Есть довольно много разных типов клапанный редуктор; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1901).Танковый двигатель 80104 На втором фото на этой странице изображен клапанный механизм типа Walschaerts, как и Эддистон, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Механизм клапана Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, что означало потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать. Более поздние двигатели производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в котел меньше, намного сильнее, поэтому он выдавливается с большей силой и задул поршень сильнее.Дополнительная сила высокого давления готовить на пару двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и это открыло путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: Паровозы не могли нести всю воду они нужны были для дальнего путешествия. Периодически им приходилось останавливаться, чтобы пополнить счет в цистерны с водой на рельсах, подобные этому (вверху) на железной дороге Суонедж. На более крупные двигатели были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, с запасами уголь (перед нарисованной красной линией) и вода (за красной линией).Уголь опирается на угловой пластина внутри тендера, которая естественным образом наклоняется к отверстию спереди, где пожарный может легко перелопатить его в топку. Внизу: Как выглядит тендер внутри на этой необычной фотографии пустого тендера, сфотографировано немного сверху и сзади, сделано в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия. Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Действительно ли умер пар?

Уголь был дешевым и доступным топливом в период раннего промышленного развития. Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовал новую эру: в 20-м веке нефть превзошла уголь как мировой фаворит. топливо.Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов. всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны сгореть огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, сжигающий уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) вращающийся цилиндр тепловую энергию пара в механическую энергию, которая приводит в действие машина. Такая конструкция называется ДВС. потому что огонь и котел находятся вне цилиндра.Это неэффективно потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар уносятся от огня, через котел в цилиндр. Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо горит внутри цилиндра, а не за его пределами, и это делает двигатели внутреннего сгорания значительно более эффективны. (Подробнее о внутреннем и внешнем горении вы можете прочитать в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля, дает меньше загрязнение воздуха, и его намного легче транспортировать по трубам.

Во многом поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее. Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на фабрику каждый день, когда они могут просто щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Иллюстрации: Лучше меньше, да лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 1960-е годы.Последние локомотивы были построены в 1956 году, а последний паровоз ходил в августе 1968 года. К 1968 году в эксплуатации находилось лишь около трети локомотивов по сравнению с 1962 годом, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система, по-видимому, была намного эффективнее. Источник: построено с использованием данных из "The Performance of British Railways 1962–1968" C.D. Jones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется.Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии. (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть его по-прежнему поступает из угля, сгорел на электростанциях за много миль от наши дома и фабрики. Внутри угольной электростанции уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в движение устройства, похожие на ветряные, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Когда они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и производят электричество.Итак, видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергия жив и здоров - и так же важен, как никогда!

На фото: некоторые паровые машины, работающие на линиях наследия. были еще относительно новыми, когда они были сняты с вооружения. Этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон", был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгой реставрации Южными Локомотивами он вернулся в Служба на Swanage Railway в сентябре 2008 года.Чудесно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

  • I век н. Э .: Герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н. Э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса, предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Кристиан Гюйгенс (1629–1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень питается от взрывающегося пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - лучший способ управлять цилиндром и поршень.
  • 1698: Томас Савери (c.1650-1715) развивает паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для откачки воды из мины.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает намного лучшая конструкция парового водонасосного двигателя, чем Savery и обычно приписывают изобретение паровой машины.А Шотландский инженер по имени Джеймс Ватт (1736–1819) вычисляет гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения модель двигателя Ньюкомена. Ватт усовершенствовал систему Ньюкомена. двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Cugnot (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта высокого давления, открывая путь для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровая машина с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775–1819) изобретает пассажирский автомобиль с паровой тягой. Как и Тревитик, он признает важность пара высокого давления и создает больше, чем 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) пробеги первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
  • 1819: Океанский корабль с паровым двигателем «Саванна». пересекает Атлантический океан из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стефенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон. Начнем с того, что паровозы тянут только тяжелые угольные грузовики, а пассажиров перегоняют в конных экипажах.
  • 1830: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога первой стала использовать паровую силу. для перевозки пассажиров и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перле. Улица, Нью-Йорк.Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электроэнергии.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854–1931) разрабатывает паровую турбину для своего скоростного парохода «Турбиния».

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже были на пару до того, как появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире гребной пароход с веслами, построенный в 1947 году и прибывший на пирс Суонедж в сентябре 2009 года.

Как работают паровые машины?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2020 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и вода и все еще достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Именно на это способен паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли из большинства железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и Подобные локомотивы до сих пор используются в качестве туристических достопримечательностей на многих исторических объектах. железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы быть запомнили, потому что они охватили мир через промышленные Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают место в рейтинге легковые автомобили, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как именно они работают?

На фото: паровоз, работающий на железной дороге Твитси в Северной Каролине.Это узкоколейный поезд, а значит, колея не такая широкая, как на обычной железной дороге. Узкие дорожки часто используются в горных районах и на другой труднопроходимой местности, потому что их строительство, как правило, дешевле. Предоставлено: фотографии из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, требуется энергия вы можете придумать - кататься на скейтборде, чтобы летать на самолете, дойти до магазинов или проехать на машине по улица.Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает от масло, но так было не всегда. До начала 20 века уголь был любимое топливо в мире, и оно питало все, от поездов и кораблей к злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым Сэмюэл П. Лэнгли, ранний соперник братьев Райт. Что было так особенного об угле? Внутри Земли его много, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь - это органическое химическое вещество, что означает это основано на элементе углерод.Уголь образуется за миллионы лет, когда останки мертвых растения погребаются под камнями, сдавливаются давлением, и приготовленные внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемым топливом. Глыбы угля - это действительно глыбы энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород через суставы, называемые химическими связями. Когда мы сжигаем уголь в огне, связи разрываются, и энергия выделяется в виде тепла.

Уголь содержит примерно половину энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать его так много.

Фото: Основные части паровоза. Щелкните маленькую фотографию, чтобы увидеть ее намного больше. Это бывший танковый локомотив 4MT стандарта British Railways номер 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году). работал на железной дороге Суонедж, Англия, в августе 2008 года. Прочтите, как его восстановили из ржавой кучи и вернули в строй. его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровая машина - это машина, сжигающая уголь для выделения тепла. энергия, которую он содержит - так что это пример того, что мы называем тепловым двигателем.Это немного похоже на гигантский чайник, стоящий на угольном костре. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взорвать воздух, как пар из чайника, пар улавливается и используется для питания машина. Давайте узнаем как!

Как работает паровая машина

Грубо говоря, паровой двигатель состоит из четырех частей:

  1. Пожар, в котором горит уголь.
  2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает для образования пара.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла направляется в цилиндр, в результате чего поршень двигается сначала в одну сторону, затем в другую. Это движение внутрь и наружу (который также известен как "возвратно-поступательное движение") используется для привода ...
  4. Станок, прикрепленный к поршню. Это может быть что угодно из водяной насос к заводской машине ... или даже гигантскому паровозу бегает вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание.На самом деле в даже сотнях, а может и тысячах деталей. самый маленький паровоз.

Пошаговая инструкция

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей маленькой анимации. паровоза, внизу. Внутри кабины локомотива загружаешь уголь в топку (1), что вполне буквально металлический ящик содержащий ревущий угольный огонь. Огонь нагревает котел - «великан чайник »внутри локомотива.

Котел (2) в паровозе не очень похоже чайник, который вы бы использовали, чтобы заварить чашку чая, но он работает таким же образом производят пар под высоким давлением.Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок. Бег через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы идут от топки к дымоходу, неся тепло и дым огня с ними (показаны белыми точками внутри трубки). Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигатель огонь может нагреть воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, создающая пар, либо поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, тянутся локомотив.(В тендер также включена локомотивная поставка угля.) Вы можете увидеть фото тендера с изображением резервуара для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3) прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень (4), вперед и назад. Небольшой механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показан оранжевым) пропускает пар. Поршень подсоединен к одному или больше колес локомотива через своего рода руку-локоть-плечо соединение, называемое кривошипом и шатуном (5).

По мере того, как поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и привести поезд в движение (6). Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать способствовать. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет в себе поверните рукоятку вперед, проталкивая поршень обратно в цилиндр. Оно пришло. Клапан впуска пара закрывается. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и вверх дымовая труба локомотива (7). Прерывистый шум, который паровой двигатель производит, и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

По цилиндрам с каждой стороны локомотива и два цилиндра. стрелять немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда было что-то мощность толкает двигатель вперед.

Типы паровых машин

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше диаграмме показан очень простой одноцилиндровый паровой двигатель, приводящий в действие паровоз по рельсам. Это называется роторным готовить на пару двигатель, потому что работа поршня - заставить колесо вращаться.В первые паровые машины работали совершенно иначе. Вместо вращая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательный пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, а импульс локомотива, едущего в другую сторону. Это называется односторонним действием. паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень работает только половину времени.Намного лучше (хотя и немного больше сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара поршень сначала в одну сторону, а затем в другую. Это называется двойным действием. (или противоточный) паровой двигатель. Он более мощный, потому что пар движет поршень по всей длине. время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: машин гораздо больше, чем просто кривошип и шатун.Фактически, есть сложная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с тщательной точность. Это называется клапанной передачей. Его работа открывать и закрывать клапаны баллона в нужный момент, чтобы позволить пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал как можно эффективнее и мощнее, и чтобы он мог ехать задним ходом. Есть довольно много разных типов клапанный редуктор; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1901).Танковый двигатель 80104 На втором фото на этой странице изображен клапанный механизм типа Walschaerts, как и Эддистон, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Механизм клапана Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, что означало потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать. Более поздние двигатели производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в котел меньше, намного сильнее, поэтому он выдавливается с большей силой и задул поршень сильнее.Дополнительная сила высокого давления готовить на пару двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и это открыло путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: Паровозы не могли нести всю воду они нужны были для дальнего путешествия. Периодически им приходилось останавливаться, чтобы пополнить счет в цистерны с водой на рельсах, подобные этому (вверху) на железной дороге Суонедж. На более крупные двигатели были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, с запасами уголь (перед нарисованной красной линией) и вода (за красной линией).Уголь опирается на угловой пластина внутри тендера, которая естественным образом наклоняется к отверстию спереди, где пожарный может легко перелопатить его в топку. Внизу: Как выглядит тендер внутри на этой необычной фотографии пустого тендера, сфотографировано немного сверху и сзади, сделано в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия. Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Действительно ли умер пар?

Уголь был дешевым и доступным топливом в период раннего промышленного развития. Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовал новую эру: в 20-м веке нефть превзошла уголь как мировой фаворит. топливо.Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов. всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны сгореть огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, сжигающий уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) вращающийся цилиндр тепловую энергию пара в механическую энергию, которая приводит в действие машина. Такая конструкция называется ДВС. потому что огонь и котел находятся вне цилиндра.Это неэффективно потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар уносятся от огня, через котел в цилиндр. Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо горит внутри цилиндра, а не за его пределами, и это делает двигатели внутреннего сгорания значительно более эффективны. (Подробнее о внутреннем и внешнем горении вы можете прочитать в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля, дает меньше загрязнение воздуха, и его намного легче транспортировать по трубам.

Во многом поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее. Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на фабрику каждый день, когда они могут просто щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Иллюстрации: Лучше меньше, да лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 1960-е годы.Последние локомотивы были построены в 1956 году, а последний паровоз ходил в августе 1968 года. К 1968 году в эксплуатации находилось лишь около трети локомотивов по сравнению с 1962 годом, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система, по-видимому, была намного эффективнее. Источник: построено с использованием данных из "The Performance of British Railways 1962–1968" C.D. Jones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется.Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии. (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть его по-прежнему поступает из угля, сгорел на электростанциях за много миль от наши дома и фабрики. Внутри угольной электростанции уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в движение устройства, похожие на ветряные, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Когда они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и производят электричество.Итак, видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергия жив и здоров - и так же важен, как никогда!

На фото: некоторые паровые машины, работающие на линиях наследия. были еще относительно новыми, когда они были сняты с вооружения. Этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон", был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгой реставрации Южными Локомотивами он вернулся в Служба на Swanage Railway в сентябре 2008 года.Чудесно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

  • I век н. Э .: Герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н. Э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса, предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Кристиан Гюйгенс (1629–1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень питается от взрывающегося пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - лучший способ управлять цилиндром и поршень.
  • 1698: Томас Савери (c.1650-1715) развивает паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для откачки воды из мины.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает намного лучшая конструкция парового водонасосного двигателя, чем Savery и обычно приписывают изобретение паровой машины.А Шотландский инженер по имени Джеймс Ватт (1736–1819) вычисляет гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения модель двигателя Ньюкомена. Ватт усовершенствовал систему Ньюкомена. двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Cugnot (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта высокого давления, открывая путь для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровая машина с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775–1819) изобретает пассажирский автомобиль с паровой тягой. Как и Тревитик, он признает важность пара высокого давления и создает больше, чем 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) пробеги первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
  • 1819: Океанский корабль с паровым двигателем «Саванна». пересекает Атлантический океан из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стефенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон. Начнем с того, что паровозы тянут только тяжелые угольные грузовики, а пассажиров перегоняют в конных экипажах.
  • 1830: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога первой стала использовать паровую силу. для перевозки пассажиров и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перле. Улица, Нью-Йорк.Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электроэнергии.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854–1931) разрабатывает паровую турбину для своего скоростного парохода «Турбиния».

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже были на пару до того, как появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире гребной пароход с веслами, построенный в 1947 году и прибывший на пирс Суонедж в сентябре 2009 года.

Как работают паровые машины?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 сентября 2020 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и вода и все еще достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Именно на это способен паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли из большинства железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и Подобные локомотивы до сих пор используются в качестве туристических достопримечательностей на многих исторических объектах. железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы быть запомнили, потому что они охватили мир через промышленные Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают место в рейтинге легковые автомобили, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как именно они работают?

На фото: паровоз, работающий на железной дороге Твитси в Северной Каролине.Это узкоколейный поезд, а значит, колея не такая широкая, как на обычной железной дороге. Узкие дорожки часто используются в горных районах и на другой труднопроходимой местности, потому что их строительство, как правило, дешевле. Предоставлено: фотографии из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, требуется энергия вы можете придумать - кататься на скейтборде, чтобы летать на самолете, дойти до магазинов или проехать на машине по улица.Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает от масло, но так было не всегда. До начала 20 века уголь был любимое топливо в мире, и оно питало все, от поездов и кораблей к злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым Сэмюэл П. Лэнгли, ранний соперник братьев Райт. Что было так особенного об угле? Внутри Земли его много, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь - это органическое химическое вещество, что означает это основано на элементе углерод.Уголь образуется за миллионы лет, когда останки мертвых растения погребаются под камнями, сдавливаются давлением, и приготовленные внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемым топливом. Глыбы угля - это действительно глыбы энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород через суставы, называемые химическими связями. Когда мы сжигаем уголь в огне, связи разрываются, и энергия выделяется в виде тепла.

Уголь содержит примерно половину энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать его так много.

Фото: Основные части паровоза. Щелкните маленькую фотографию, чтобы увидеть ее намного больше. Это бывший танковый локомотив 4MT стандарта British Railways номер 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году). работал на железной дороге Суонедж, Англия, в августе 2008 года. Прочтите, как его восстановили из ржавой кучи и вернули в строй. его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровая машина - это машина, сжигающая уголь для выделения тепла. энергия, которую он содержит - так что это пример того, что мы называем тепловым двигателем.Это немного похоже на гигантский чайник, стоящий на угольном костре. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взорвать воздух, как пар из чайника, пар улавливается и используется для питания машина. Давайте узнаем как!

Как работает паровая машина

Грубо говоря, паровой двигатель состоит из четырех частей:

  1. Пожар, в котором горит уголь.
  2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает для образования пара.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла направляется в цилиндр, в результате чего поршень двигается сначала в одну сторону, затем в другую. Это движение внутрь и наружу (который также известен как "возвратно-поступательное движение") используется для привода ...
  4. Станок, прикрепленный к поршню. Это может быть что угодно из водяной насос к заводской машине ... или даже гигантскому паровозу бегает вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание.На самом деле в даже сотнях, а может и тысячах деталей. самый маленький паровоз.

Пошаговая инструкция

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей маленькой анимации. паровоза, внизу. Внутри кабины локомотива загружаешь уголь в топку (1), что вполне буквально металлический ящик содержащий ревущий угольный огонь. Огонь нагревает котел - «великан чайник »внутри локомотива.

Котел (2) в паровозе не очень похоже чайник, который вы бы использовали, чтобы заварить чашку чая, но он работает таким же образом производят пар под высоким давлением.Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок. Бег через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы идут от топки к дымоходу, неся тепло и дым огня с ними (показаны белыми точками внутри трубки). Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигатель огонь может нагреть воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, создающая пар, либо поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, тянутся локомотив.(В тендер также включена локомотивная поставка угля.) Вы можете увидеть фото тендера с изображением резервуара для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3) прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень (4), вперед и назад. Небольшой механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показан оранжевым) пропускает пар. Поршень подсоединен к одному или больше колес локомотива через своего рода руку-локоть-плечо соединение, называемое кривошипом и шатуном (5).

По мере того, как поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и привести поезд в движение (6). Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать способствовать. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет в себе поверните рукоятку вперед, проталкивая поршень обратно в цилиндр. Оно пришло. Клапан впуска пара закрывается. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и вверх дымовая труба локомотива (7). Прерывистый шум, который паровой двигатель производит, и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

По цилиндрам с каждой стороны локомотива и два цилиндра. стрелять немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда было что-то мощность толкает двигатель вперед.

Типы паровых машин

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше диаграмме показан очень простой одноцилиндровый паровой двигатель, приводящий в действие паровоз по рельсам. Это называется роторным готовить на пару двигатель, потому что работа поршня - заставить колесо вращаться.В первые паровые машины работали совершенно иначе. Вместо вращая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательный пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, а импульс локомотива, едущего в другую сторону. Это называется односторонним действием. паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень работает только половину времени.Намного лучше (хотя и немного больше сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара поршень сначала в одну сторону, а затем в другую. Это называется двойным действием. (или противоточный) паровой двигатель. Он более мощный, потому что пар движет поршень по всей длине. время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: машин гораздо больше, чем просто кривошип и шатун.Фактически, есть сложная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с тщательной точность. Это называется клапанной передачей. Его работа открывать и закрывать клапаны баллона в нужный момент, чтобы позволить пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал как можно эффективнее и мощнее, и чтобы он мог ехать задним ходом. Есть довольно много разных типов клапанный редуктор; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1901).Танковый двигатель 80104 На втором фото на этой странице изображен клапанный механизм типа Walschaerts, как и Эддистон, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Механизм клапана Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, что означало потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать. Более поздние двигатели производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в котел меньше, намного сильнее, поэтому он выдавливается с большей силой и задул поршень сильнее.Дополнительная сила высокого давления готовить на пару двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и это открыло путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: Паровозы не могли нести всю воду они нужны были для дальнего путешествия. Периодически им приходилось останавливаться, чтобы пополнить счет в цистерны с водой на рельсах, подобные этому (вверху) на железной дороге Суонедж. На более крупные двигатели были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, с запасами уголь (перед нарисованной красной линией) и вода (за красной линией).Уголь опирается на угловой пластина внутри тендера, которая естественным образом наклоняется к отверстию спереди, где пожарный может легко перелопатить его в топку. Внизу: Как выглядит тендер внутри на этой необычной фотографии пустого тендера, сфотографировано немного сверху и сзади, сделано в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия. Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Действительно ли умер пар?

Уголь был дешевым и доступным топливом в период раннего промышленного развития. Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовал новую эру: в 20-м веке нефть превзошла уголь как мировой фаворит. топливо.Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов. всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны сгореть огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, сжигающий уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) вращающийся цилиндр тепловую энергию пара в механическую энергию, которая приводит в действие машина. Такая конструкция называется ДВС. потому что огонь и котел находятся вне цилиндра.Это неэффективно потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар уносятся от огня, через котел в цилиндр. Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо горит внутри цилиндра, а не за его пределами, и это делает двигатели внутреннего сгорания значительно более эффективны. (Подробнее о внутреннем и внешнем горении вы можете прочитать в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля, дает меньше загрязнение воздуха, и его намного легче транспортировать по трубам.

Во многом поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее. Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на фабрику каждый день, когда они могут просто щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Иллюстрации: Лучше меньше, да лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 1960-е годы.Последние локомотивы были построены в 1956 году, а последний паровоз ходил в августе 1968 года. К 1968 году в эксплуатации находилось лишь около трети локомотивов по сравнению с 1962 годом, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система, по-видимому, была намного эффективнее. Источник: построено с использованием данных из "The Performance of British Railways 1962–1968" C.D. Jones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется.Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии. (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть его по-прежнему поступает из угля, сгорел на электростанциях за много миль от наши дома и фабрики. Внутри угольной электростанции уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в движение устройства, похожие на ветряные, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Когда они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и производят электричество.Итак, видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергия жив и здоров - и так же важен, как никогда!

На фото: некоторые паровые машины, работающие на линиях наследия. были еще относительно новыми, когда они были сняты с вооружения. Этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон", был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгой реставрации Южными Локомотивами он вернулся в Служба на Swanage Railway в сентябре 2008 года.Чудесно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

  • I век н. Э .: Герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н. Э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса, предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Кристиан Гюйгенс (1629–1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень питается от взрывающегося пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - лучший способ управлять цилиндром и поршень.
  • 1698: Томас Савери (c.1650-1715) развивает паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для откачки воды из мины.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает намного лучшая конструкция парового водонасосного двигателя, чем Savery и обычно приписывают изобретение паровой машины.А Шотландский инженер по имени Джеймс Ватт (1736–1819) вычисляет гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения модель двигателя Ньюкомена. Ватт усовершенствовал систему Ньюкомена. двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Cugnot (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта высокого давления, открывая путь для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровая машина с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775–1819) изобретает пассажирский автомобиль с паровой тягой. Как и Тревитик, он признает важность пара высокого давления и создает больше, чем 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) пробеги первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
  • 1819: Океанский корабль с паровым двигателем «Саванна». пересекает Атлантический океан из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стефенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон. Начнем с того, что паровозы тянут только тяжелые угольные грузовики, а пассажиров перегоняют в конных экипажах.
  • 1830: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога первой стала использовать паровую силу. для перевозки пассажиров и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перле. Улица, Нью-Йорк.Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электроэнергии.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854–1931) разрабатывает паровую турбину для своего скоростного парохода «Турбиния».

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже были на пару до того, как появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире гребной пароход с веслами, построенный в 1947 году и прибывший на пирс Суонедж в сентябре 2009 года.

Кто изобрел паровой двигатель?

В мире, движимом двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами и ядерными реакторами, паровой двигатель может показаться пережитком прошлого. Но без этого изобретения, меняющего правила игры, современный мир был бы совсем другим.

Паровая машина, возможно, самое важное событие промышленной революции, способствовала значительным достижениям в области горнодобывающей промышленности, производства, сельского хозяйства и транспорта. И хотя несколько выдающихся деятелей XVIII и XIX веков приписывают разработку и совершенствование парового двигателя, история паровых машин на самом деле восходит к почти 2000 годам до промышленной революции.

Древние паровые турбины

В начале первого века нашей эры греческий изобретатель по имени Герой Александрийский сконструировал первую в мире эолипильную или примитивную паровую турбину. Эолипил Герона состоял из полой сферы, закрепленной на паре трубок. Нагретые снизу огнем трубы транспортируют пар к сфере, где он выпускается через другую серию трубок, выступающих из экватора сферы. Это движение пара через устройство заставляло сферу вращаться, демонстрируя возможность использования пара в качестве двигателя.

Хотя эолипил Hero был создан как новинка, а не как средство ускорения производства, тем не менее, это первое известное устройство для преобразования пара во вращательное движение. Но только в 17 веке были предприняты попытки использовать силу эолипила Герона для практических целей.

В первом веке нашей эры герой Александрии изобрел эолипил, или примитивную паровую турбину. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)

Steam: идеальное решение

Первые практические паровые машины были разработаны для решения очень специфической проблемы: как удалить воду из затопленных шахт.Поскольку европейцы 17 века перешли с древесины на уголь в качестве основного источника топлива, шахты углублялись и, как следствие, часто затоплялись после проникновения в подземные источники воды.

Считается, что испанский горнодобывающий администратор по имени Херонимо де Аянц был первым, кто решил проблему затопленных шахт. В 1606 году де Аянц зарегистрировал первый патент на машину, которая использовала энергию пара для вытеснения воды из шахт. Испанский изобретатель, которому также приписывают изобретение одной из первых в мире систем кондиционирования воздуха, использовал свой паровой двигатель для удаления воды из серебряных рудников на Гуадалканале, Севилья.

Хотя испанец первым запатентовал паровую машину для использования в горнодобывающей промышленности, англичанину обычно приписывают изобретение первого парового двигателя. В 1698 году Томас Савери, инженер и изобретатель, запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. Savery использовал принципы, изложенные Дени Папеном, британским физиком французского происхождения, который изобрел скороварку. Идеи Папена, касающиеся цилиндро-поршневой паровой машины, ранее не использовались для создания работающего двигателя, но к 1705 году Савери превратил идеи Папена в полезное изобретение.

Используя два паровых котла, Savery разработал почти непрерывную систему откачки воды из шахт. Но, несмотря на ранний успех системы Савери, вскоре было обнаружено, что его двигатель способен забирать воду только с небольшой глубины - проблема, которую необходимо было преодолеть, если паровые двигатели должны были работать в глубоких шахтах.

К счастью для европейских владельцев шахт, в 1711 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал лучший способ откачки воды из шахт. Его система использовала модернизированный паровой двигатель, который устранил необходимость в накопленном давлении пара - недостаток в системе Савери, который приводил ко многим досадным взрывам.«Атмосферный» двигатель Ньюкомена, названный так потому, что уровень давления пара, который он использовал, приближался к атмосферному, был первой коммерчески успешной машиной, которая использовала пар для работы водяного насоса.

Несмотря на то, что это улучшение первоначального рендеринга парового двигателя Савери, атмосферный двигатель Ньюкомена также имел свои недостатки. Эта машина была крайне неэффективной, требуя постоянного потока холодной воды для охлаждения важнейшего парового цилиндра (части двигателя, в которой давление пара преобразуется в движение), а также постоянного источника энергии для повторного нагрева цилиндра.

Несмотря на этот серьезный недостаток, конструкция двигателя Ньюкомена не подвергалась сомнению в течение следующих примерно 50 лет и, помимо откачки шахт, также использовалась для осушения водно-болотных угодий, подачи воды в города и даже для электростанций и заводов путем откачки воды. снизу водяное колесо наверх для повторного использования.

В 1698 году Томас Савери запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)

В основе промышленной революции

Но к 1765 году судьба двигателя Ньюкомена была решена.В том же году Джеймс Ватт, шотландский производитель приборов, работавший в Университете Глазго, начал ремонтировать небольшую модель двигателя Ньюкомена. Ватт был озадачен большим количеством пара, потребляемого машиной Ньюкомена, и понял, что для устранения этой неэффективности ему придется отказаться от постоянного охлаждения и повторного нагрева парового цилиндра.

Для этого Уотт разработал отдельный конденсатор, который позволил поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре и значительно улучшил функциональность двигателя Ньюкомена.

По финансовым причинам Ватт не смог сразу произвести свой новый улучшенный атмосферный двигатель. Но к 1776 году он заключил партнерство с Мэтью Бултоном, английским производителем и инженером, решительно настроенным на использование паровых двигателей не только для откачки воды из шахт.

При финансовой поддержке Бултона Ватт разработал роторный паровой двигатель одностороннего (а позже и двустороннего) действия, который, наряду с фирменным отдельным конденсатором Ватта, имел механизм параллельного движения, который удваивал мощность существующего парового цилиндра.Двигатель Boulton-Watt также был первым, который позволил оператору машины управлять частотой вращения двигателя с помощью устройства, называемого центробежным регулятором. В усовершенствованном двигателе использовалась новая зубчатая передача, разработанная Уильямом Мердоком, сотрудником Бултона и Уоттса, известная как солнечная и планетарная передача, для преобразования возвратно-поступательного (линейного) движения во вращательное движение.

Усовершенствования Ватта в паровом двигателе в сочетании с видением Бултона страны, работающей на паре, способствовали быстрому внедрению паровых двигателей в Соединенном Королевстве и, в конечном итоге, в Соединенных Штатах.К 1800-м годам паровые машины приводили в действие фабрики, фабрики, пивоварни и множество других производственных предприятий. В 1852 году состоялся первый полет парового дирижабля. Будущие версии парового двигателя также стали определять путешествия, поскольку поезда, лодки и железные дороги переняли эту технологию, чтобы перемещать пассажиров в 20-й век. [См. Также: Как Steam Engine изменил мир]

Следите за Элизабет Палермо в Twitter @techEpalermo, Facebook или Google+. Следите за LiveScience @livescience.Мы также в Facebook и Google+.

Паровые двигатели - обзор

Подобно тому, как угольные и паровые двигатели сыграли ключевую роль в развитии первой промышленной революции, сегодняшняя «зеленая» промышленная революция опирается на основные компоненты энергии. Вкратце, это следующие компоненты:

Возобновляемая энергия . Чистая, бесконечная энергия доступна по всей планете; существующие технологии просто необходимо применять системно.Люди использовали энергию воды и ветра в течение тысяч лет, и этих источников много, и энергию легко собрать. Солнце - самый энергоемкий объект в нашей галактике, и оно предлагает гораздо больше энергии, чем когда-либо понадобится человеку. Водород - еще один богатый источник энергии, как и приливы. Превращение отходов - органических и неорганических - в энергию - не сложный процесс, и его можно адаптировать практически для любого сообщества. Наиболее распространенными возобновляемыми источниками и их технологиями являются ветер, солнце, геотермальная энергия, биомасса и океанские волны.Не так распространенные возобновляемые источники включают клетки водорода, магнитную левитацию, водоросли, а также бактерии или микроби.

Накопитель энергии . Большинство возобновляемых источников энергии, особенно ветер и солнце, называются «прерывистыми», потому что солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует. Для бесперебойной работы возобновляемых источников энергии критически важны устройства, которые могут накапливать энергию и выделять ее при необходимости. Эти устройства хранения могут иметь естественную форму крупных солевых образований или искусственных, таких как батареи, топливные элементы или маховики.Инновации в области хранения энергии стремительно развиваются, включая использование гибридных автомобилей и автомобилей с подключаемым модулем. Экономичное хранение энергии - это святой Грааль динамики возобновляемых источников энергии.

Гибкое распределение энергии . Старые централизованные односторонние линии электропередач традиционной системы энергоснабжения должны быть изменены. Старые сети неэффективны и дисфункциональны. Интеллектуальные сети необходимы для максимального использования распределенной энергии из множества небольших источников. Эти сети, подобные Интернету, должны быть масштабируемыми и гибко распределять электроэнергию, передавая энергию по нескольким направлениям между пользователями.Идея состоит в том, что даже если вас нет дома, ваши солнечные батареи вырабатывают энергию. Например, пока вас нет, ваш сосед редактирует видео в своем домашнем офисе, стирает одежду и варит кофе, а также заряжает свой автомобильный аккумулятор, и все это использует больше электронов, чем могут произвести его солнечные батареи. Интеллектуальная сеть может беспрепятственно перенаправить ему вашу избыточную мощность, отслеживать ее и выставлять счет.

Комплексные перевозки . Мобильность и транспорт - важнейшие функции, без которых невозможно обойтись в современном мире.Тем не менее, транспорт является источником огромного количества парниковых газов, которые необходимо устранить. Автомобили, автобусы и другие виды транспорта должны перейти с ископаемого топлива на экологически чистую и экологически безопасную энергию. Международная транспортная отрасль начала этот переход, и он будет только ускоряться, особенно если Китай будет продвигать свои автомобильные правила, касающиеся неископаемого топлива. Автопроизводители вынуждены увеличивать расход топлива в своих транспортных средствах, и в результате появляются удивительно инновационные концепции и технологии, в том числе гибриды, электромобили, автобусы и автомобили, работающие на водороде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *