Что нам дал паровой двигатель

Мир до завоевания ДВС. Необычная паровая техника вошедшая в историю.

Двигатель внутреннего сгорания давно вошел в ритм жизни человека. Без него не возможно представить ни одно транспортное средство, сельскохозяйственную технику, корабли и поезда. Но более 100 лет назад дела обстояли совсем по-другому. К концу 19 века и началу 20-го паровые машины были на пике своей популярности и были достаточно конкурентоспособны. В данной статье будут представлены самые продвинутая и интересная паровая техника.

1. Lombard Log Hauler.

Первый коммерчески успешный трактор на гусеничном ходу. Был изобретен и построен в 1901 году в США Элвином Орландо Ломбардом. Данный трактор на паровой тяге произвел настоящую революцию в лесозаготовительной отрасли так как мог тащить бревна волоком или на санях зимой. Масса, которую мог тащить данный паровой монстр, достигала 40 тонн. Зимой передние колеса могли заменяться лыжами, что превращало данную машину в прототип современного снегохода.

Позже, данной разработкой заинтересовались военные, использовав гусеничный ход в танках первой мировой войны. Несколько тракторов сохранились до наших дней. Посмотреть работу одного из них можно здесь:

2. Stanley Steamers.

Этот современный для 1910 года автомобиль был разработан братьями Фрэнсисом Э. Стэнли И Фриланом О. Стэнли. Данный автомобиль внешним дизайном был похож на автомобили с ДВС. Паровой двигатель располагался под капотом и развивал силу до 10 лошадиных сил. Машина развивала скорость около 40 км/ч.

Паровой котел на данном автомобиле был оснащен предохранительными устройствами. Благодаря ни на одном автомобиле парогенератор не взрывался. Сохранившийся экземпляр данного автомобиля продемонстрирован в данном видео:

3. Паровой танк инженерного корпуса армии США.

Данный танк был создан в конце первой мировой войны в одном единственном экземпляре и приводился двумя паровыми двигателями общей мощностью 500 лошадиных сил. Основным орудием служил огнемет с радиусом действия 27 метров и был расположен на крыше танка. На спонсонах танка располагались 4 пулемета. Топливом для котлов служил керосин. Из-за своей массы в 50 тонн, танк был очень медлителен и развивал скорость до 6 км/ч, поэтому в серию не пошел.

4. Паровой самолет Travel Air 2000.

12 апреля 1933 года в Окленде, штат Калифорния, Уильям Дж. Беслер совершил первый полет со своим паровым двигателем Besler, установленным на самолете Travel Air 2000. Двигатель представлял собой двухцилиндровый V-образный двигатель мощностью 150 л.с. Двигатель весил 82 килограмма, а котлы и конденсаторы весили дополнительно 136 килограмм. Двигатель работал тихо, а возможность реверса, давала возможность сократить тормозной путь самолета после посадки. Поскольку паровой двигатель был тяжелее, менее эффективен и более сложен, чем обычные двигатели внутреннего сгорания, он не мог конкурировать с ними и поэтому никогда не был запущен в производство. Полет парового самолета продемонстрирован на следующем видео:

На этом все, дорогие читатели. Подписывайтесь на мой канал или ставьте «палец вверх». Так же делитесь своим мнением в комментариях.

Еще вы можете помочь в развитии канала, чему буду благодарен:

Источник

Паровые машины. Вторая часть.

Первые изобретения транспортных средств, оснащенных паровыми двигателями, относятся к XVIII веку. Уже известный нам кузнец Т. Ньюкомен, на основании разработок И. Ньютона, воплотил в жизнь «паровую телегу», которая, вследствие своей громоздкости и чрезвычайной прожорливости топлива, не смогла выйти за рамки рудничных дворов, где топливо было дешево и имелось в неограниченных количествах.

Самым первым автомобилем в натуральную величину стал тягач с паровым двигателем, созданный в 1769 году Николасом Жозефом Куньо в Парижском арсенале для перевозки орудий. Транспортное средство называлось «fardier à vapeur» (паровая телега). Это был самоходный трактор, приводимый в движение с помощью пара. Общество признало изобретение довольно эффективным в сельском хозяйстве, где изобретение и использовалось. Машина двигалась со скоростью 3,6 км/час. Второй тягач, более крупный, был построен в мае 1771 года. Он сохранился до наших дней и сейчас находится в Музее произведений искусства и предметов быта в Париже.

Английский изобретатель Ричард Трейвитик в 1801 году представил на суд публике «Пыхтящего Дьявола» — первый компактный паровой автомобиль, предназначенный для перевозки людей, а два года спустя — более удачный «Лондонский паровой экипаж». Скорость передвижения достигала 15 км/час и 6 км/час на подъеме.

Теперь огромные междугородние дилижансы, запряженные лошадьми, сменили технологичные паровые дилижансы. Паровой дилижанс механика Гернея стал возить публику из Лондона в пригородные деревушки. У дилижансов Гернея — нарядных, лакированных, похожих на карету, сзади торчали, как жерла пушек, целых три трубы. Колес было шесть: одна пара громадных, в рост человека, другая пара поменьше, а третья пара совсем маленькая. Маленькие колеса находились далеко впереди. Когда поворачивали руль вправо, передние колесики шли вправо, а за ними поворачивался и весь дилижанс. Паровой котел был запрятан внутрь кузова.

Читайте также:  Проехал без масла в двигателе появился стук

Изобретаемые средства передвижения были необходимы не только для перевозки людей, но и для технических нужд. В 1822 году Давид Гордон взял патент на изобретенный им паровой трактор. Установленная в больших барабанах диаметром 2,7 м паровая машина через зубчатые колеса, связанные с внутренними венцами барабанов, приводила барабаны во вращение. Впереди была приспособлена двухколесная тележка для управления трактором. По мысли изобретателя машина могла бы тянуть за собой груженые повозки. Проект Гордона явился первым проектом колесного парового трактора. Насколько известно, реализован он не был.

В 1825 году на участке дороги длиной 171 км от Лондона до Бата была организована первая пассажирская линия. При этом использовали кареты, имевшие паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые хотя и исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции.

По мере увеличения количество парового транспорта на дорогах английское правительство стало издавать очень строгие правила для паровых дилижансов.

  • Впереди каждого парового дилижанса, на расстоянии пятидесяти пяти метров, должен идти человек с красным флагом. При встрече с каретами или всадниками он должен предупреждать путников о том, что за ним следует паровик.
  • Машинистам строго воспрещается пугать лошадей свистками. Выпускать пар из машин разрешается только в случае отсутствия на дороге лошадей.
  • Скорость движения паровика не должна превышать в деревне шести километров в час, а в городе — трех километров.

В 1832 году англичанин Джон Гиткот получил патент на первый гусеничный паровой трактор «для осушки и разработки болотистых земель, слишком вязких для возделывания при помощи лошадей и рогатого скота». Паровой трактор Гиткота имел гусеницы, звенья которых состояли из деревянных рам, обтянутых полотном. Гусеницы охватывали два больших колеса, при помощи которых осуществлялось их перематывание.

В 1871 году Бурелл (Англия) построил трактор с паровым двигателем для омнибуса. Эти машины строились в большом количестве. Часть их так же поступала в Турцию и Россию. Машина весила 10,5 т и могла тянуть на крюке прицеп с грузом, весившим до 37 т. Скорость ее в городских условиях доходила до 8 км в час.

Первый велопаровик скоструировал американец Сильвестр Роупер в 1860 году. На велосипед «Хенлон», оснащенный железной рамой и деревянными колесами, позади сидения была подвешена на пружинных амортизаторах паровая машина. Под котлом располагалась топка, над котлом — два цилиндра. С помощью шатунов движение цилиндров передавалось на заднее колесо. Велопаровик работал на угле. За седлом водителя торчала дымовая труба. Этот паровой велосипед сейчас находится в музее при Смитсоновском институте в США.

В 1869 году представил свое изобретение француз Л. Перро. За основу был взят велосипед Мишо с железной рамой, педалями на переднем колесе и установленном на рессоре сиденьем. Над задним колесом располагался одноцилиндровый паровой двигатель с котлом и спиртовыми горелками. Во время испытаний машина прошла 15 км, с максимальной скоростью до 15 км/ч. Сейчас она находится в коллекции Робера Грансена. Это был более прогрессивный велопаровик по сравнению с моделью Роупера.

Но чаще паровые двигатели ставили на трехколесные велосипеды, т.к. и котел больших размеров, и запасы топлива и воды удобнее было располагать на более устойчивых конструкциях.

Мотоцикл американца Люциуса Коупленда был построен в 1884 году. Изобретатель установил над колесом цилиндрические котел и цилиндр. В качестве топлива использовался бензин. От двигателя движение передавалось с помощью ременной передачи на заднее колесо. Вес двигателя -9 кг.Мощность двигателя составляла 0,25 л.с. У Коупленда существовало несколько вариантов парового мотоцикла на двух и на трех колесах.

Паровые машины так же привлекли и внимание военных. Изобретатель Николя Жозеф Куньо состоял капитаном на воинской службе во французской армии. В 1770 году он создал паровой тягач для транспортировки тяжелых орудий. Это была телега с установленным на ней паровым котлом. Одноцилиндровая паровая машина размещалась над передним колесом трехколесной телеги. Она могла перевозить груз весом 4 тонны. Максимальная скорость — 4 км/час. Непрерывное время работы — всего 15 минут. Именно с этим механизированным средством передвижения зафиксировано первое транспортное происшествие: при демонстрации паровая телега врезалась в стену, но уцелела. Сегодня эту машину можно увидеть в одном из музеев Парижа.

В 1885 году английский инженер Джеймс Коуэн сконструировал первый бронетранспортер. Это был покрытый броней автомобиль с паровым двигателем. Его корпус выглядел как полусфера и напоминал стальную черепаху.

Проект гусеничного бронированного поезда был разработан Эдуардом Буйеном (Франция, 1874 год). По его словам, он стремился создать проходимую универсальную повозку, движимую без участия лошадей: «Поставьте бронированную батарею на мою повозку, и вы получите самое грозное оружие войны, какое было когда-либо создано до сих пор». Бронепоезд Буйена представлял собой гусеничный паровоз с вагонами, на которые устанавливаются орудия, защищенные толстой броней. Вес поезда по расчетам Буйена — 120 т, скорость — 10 км/час. Поезд вооружен 12 пушками и 4 митральезами (предшественники современного пулемета), которые обслуживает команда в 200 человек. Буйен получил патент на свое изобретение, но в жизнь оно, к счастью, не вошло.

В 1856 году в Крымскую кампанию англичане применяли паровой трактор Бойделя, Эта машина привлекла внимание военных кругов своей высокой проходимостью по местности. Колеса трактора были снабжены широкими качающимися плитами, которые укладывались на дороге, уменьшая, благодаря своей большой площади, давление на грунт.

Читайте также:  Какое напряжение должно быть на акб при запуске двигателя

Успех паровых машин в военном деле сложно было переоценить – вид огромных, гремящих и пыхтящих машин должен был ужасать и деморализовывать бойцов противника. На деле, он наводил страх на всю, непривыкшую к такому виду техники публику.

Однако КПД паровых двигателей был сравнительно мал. Поэтому в начале 20 века паровые двигатели уступили свое место двигателям внутреннего сгорания, которые пришли на смену паровым и более экономно расходовали тепло, были более легкими и могли обеспечить высокую мощность при значительном уменьшении размеров. Несмотря на то, что последние модели паровых автомобилей развивали скорость до 60км/ч и обладали плавным ходом, паровые двигатели все быстрее и быстрее исчезали с горизонта.

Источник

Принцип работы парового двигателя

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

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами. Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии. Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии— фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

История изобретения паровых машин. Создание паровой машины

Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским. Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.

Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.

Понятие

Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.

Принцип действия

Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.

Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.

Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.

Коэффициент полезного действия

КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.

КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.

Преимущества

Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.

История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.

Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.

В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.

Недостатки

К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.

Читайте также:  Как увеличить мощность двигателя рено меган

Применение

До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:

  • сахарные;
  • спичечные;
  • бумажные фабрики;
  • текстильные;
  • пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Настольная рабочая модель двигателя Стирлинга

Типы двигателей

Двигатели бывают двух основных типов:

  • двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) сжигают топливо в одном месте и производят энергию в другой части той же машины;
  • двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сжигают топливо и производят мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).

Оба типа двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остывать.

Чем больше разница температур (между самым горячим и самым холодным газом), тем лучше работает двигатель.

Как работает паровой двигатель

Есть угольный костер, который нагревает воду до тех пор, пока она не закипит и не превратится в пар.

Пар проходит по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо.

Затем входной клапан закрывается, и открывается выходной клапан.

Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и дальше вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Детали парового двигателя

Паровые двигатели, такие как у этого Локомотива, являются примерами двигателей внешнего сгорания.

Огонь, который и создаёт теплоту, пламя и является источником энергии (1), находится снаружи (вне) цилиндра, где тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасываются из дымовой трубы (7), что делает этот способ особенно неэффективным и неудобным для питания движущейся машины.

Есть много проблем с паровыми двигателями, но вот четыре из них — наиболее очевидных.

Во-первых, котел, который производит пар, работает под высоким давлением, и существует риск, что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигателями).

Взрыв парового котла паровоза

Во-вторых, котел обычно находится на некотором расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется по пути. Температура внутри кабины машиниста была как в бане – доходила до 100 градусов. Всё это тепло расходовалось, по сути, впустую.

В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горяч, поэтому он содержит потраченную энергию, которая никак не конвертировалась в механическую.

В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндра каждый раз, когда поршень толкается вперед, двигатель должен потреблять огромное количество воды, а также топлива.

Как работает локомотив

Паровоз Строение паровоза

  1. Топка
  2. Дверь Топки
  3. Колосники / Колосниковая Решетка
  4. Поддувало – место для поддува воздуха
  5. Уголь
  6. Вода
  7. Жаровые трубы
  8. Регулятор
  9. Коллектор для другого парового оборудования (т. е. свисток, перерывы, воздуходувка и т. д)
  10. Паровой купол
  11. Главная Паровая Труба
  12. Выхлопная труба
  13. Взрывная Труба
  14. Цилиндр
  15. Поршень
  16. Задвижка
  17. Дымоход
  18. Шатун
  19. Рукоятка
  20. Ведущее колесо
  21. Паропровод для тормозов поезда
  22. Боковые резервуары для воды
  23. Песочница, для тяги по мокрым рельсам
  24. Дымосборник
  25. Предохранительный клапан

Паровой двигатель использует угольный огонь (хотя есть и некоторые исключения) в качестве источника энергии для кипячения воды и получения пара.

Горячие газы от горящего угля в топке проходят через котел в «огненных трубах» (144 штуки в случае Локомотива «Барклай»), прежде чем покинуть двигатель через дымовую трубу и дымоход.

По мере того как вода в котле закипает, горячий “мокрый” пар поднимается вверх и собирается из парового купола на верхней части котла через регулирующий клапан, который машинист использует для управления скоростью движения локомотивов.

Из регулятора пар подается по трубопроводу в цилиндры и поочередно поступает через клапаны-золотники (расположенные сбоку корпуса цилиндра), толкая поршень в цилиндре вперед и назад.

Поршень соединен с ведущими колесами через «шатун» и «кривошип» (или «клапанный механизм», как его обычно называют), и движение поршня туда-сюда вращает ведущие колеса. Каждый раз, когда поршень цилиндра движется вперед и назад, ведущее колесо совершает полный оборот.

Рычаг «кривошипа» на каждой стороне локомотива смещен на 90 градусов, чтобы предотвратить его заклинивание, если паровоз остановится с ними в горизонтальном положении.

После выхода из цилиндра отработанный пар выходит из двигателя через дутьевую трубу и поднимается в дымоход в коптильне. Действие пара в дутьевой трубе создает более низкое давление в дымовой трубе, а также помогает вытягивать горячие газы из огня через трубы котла и в свою очередь производить больше пара.

Источник