Zasada działania silnika parowego

Zadowolony

adnotacja

1. Część teoretyczna

1.1 Łańcuch czasu

1.2 Silnik parowy

1.2.1 Kocioł parowy

1.2.2 Turbiny parowe

1.3 Maszyny parowe

1.3.1 Pierwsze parowce

1.3.2 Narodziny pojazdów dwukołowych

1.4 Zastosowanie silników parowych

1.4.1 Zaleta silników parowych

1.4.2 Wydajność

2. Część praktyczna

2.1 Budowa mechanizmu

2.2 Sposoby poprawy maszyny i jej wydajności

2.3 Kwestionariusz

Wniosek

Bibliografia

Podanie

silnik parowykorzystne działanie

adnotacja

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

Wstęp

Świat posłuszny wszelkim kaprysom natury, gdzie maszyny napędzane są siłą mięśni lub siłą kół wodnych i wiatraków – taki był świat techniki przed powstaniem maszyny parowej. na przykład kartka papieru), która znajduje się na jego drodze. W wyniku tego, po wielu eksperymentach, pojawiła się maszyna parowa.I wyobraźcie sobie fabryki z dymiącymi kominami, silnikami parowymi i turbinami, lokomotywami parowymi i parowcami - cały złożony i potężny świat inżynierii parowej stworzony przez człowieka. jedynym uniwersalnym silnikiem i odegrał ogromną rolę w rozwoju ludzkości.silnik parowy był impulsem do dalszego rozwoju pojazdów. Przez sto lat był to jedyny silnik przemysłowy o wszechstronności, która umożliwiała jego zastosowanie w fabrykach, na kolei i marynarce wojennej.Wynalezienie silnika parowego to ogromny skok, który stał na przełomie dwóch epok. I przez wieki całe znaczenie tego wynalazku jest odczuwalne jeszcze bardziej.

Hipoteza:

Czy można zbudować własnymi rękami najprostszy mechanizm, który działał z parą?

Cel pracy: zaprojektowanie mechanizmu poruszającego się na parze.

Cel badawczy:

1. Studiuj literaturę naukową.

2. Zaprojektuj i zbuduj najprostszy mechanizm napędzany parą.

3. Rozważ możliwość zwiększenia wydajności w przyszłości.

Ta praca naukowa posłuży jako podręcznik do lekcji fizyki dla uczniów szkół średnich oraz dla osób zainteresowanych tym tematem.

1.Teormitykalna część

Silnik parowy to cieplny silnik tłokowy, w którym energia potencjalna pary wodnej pochodzącej z kotła parowego zamieniana jest na pracę mechaniczną ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka lub ruchu obrotowego wału.

Para jest jednym z najczęstszych nośników ciepła w układach cieplnych z podgrzanym płynnym lub gazowym płynem roboczym, obok wody i olejów termalnych. Para wodna ma szereg zalet, m.in. prostotę i elastyczność użytkowania, niską toksyczność, możliwość dostarczenia znacznej ilości energii do procesu technologicznego. Może być stosowany w różnych systemach, w których chłodziwo styka się bezpośrednio z różnymi elementami wyposażenia, skutecznie przyczyniając się do obniżenia kosztów energii, redukcji emisji i szybkiego zwrotu.

Prawo zachowania energii jest podstawowym prawem natury, ustanowionym empirycznie i polegającym na tym, że energia izolowanego (zamkniętego) układu fizycznego jest zachowywana w czasie. Innymi słowy, energia nie może powstać z niczego i nie może zniknąć donikąd, może tylko przechodzić z jednej formy w drugą. Z fundamentalnego punktu widzenia, zgodnie z twierdzeniem Noether, prawo zachowania energii jest konsekwencją jednorodności czasu iw tym sensie jest uniwersalne, to znaczy nieodłączne od systemów o bardzo różnej naturze fizycznej.

1.1 Łańcuch czasu

4000 pne NS. - człowiek wynalazł koło.

3000 pne NS. - w starożytnym Rzymie pojawiły się pierwsze drogi.

2000 pne NS. - koło nabrało dla nas bardziej znajomej formy. Ma teraz piastę, obręcz i szprychy łączące je.

1700 pne NS. - pojawiły się pierwsze drogi wyłożone drewnianymi belkami.

312 pne NS. - Pierwsze kamienne drogi zbudowano w starożytnym Rzymie. Mur miał metr grubości.

1405 – pojawiły się pierwsze wiosenne powozy konne.

1510 – powóz konny otrzymał korpus ze ścianami i dachem. Pasażerowie podczas podróży mieli możliwość zabezpieczenia się przed niepogodą.

1526 – niemiecki naukowiec i artysta Albrecht Durer opracował ciekawy projekt „powozu bezkonnego”, napędzanego siłą ludzkich mięśni. Ludzie idący po bokach powozu obracali specjalnymi uchwytami. Ten obrót był przenoszony za pomocą przekładni ślimakowej na koła załogi. Niestety wagon nie został wykonany.

1600 - Simon Stevin buduje jacht na kołach, napędzany siłą wiatru. Stała się pierwszym projektem powozu bezkonnego.

1610 - Wagony przeszły dwie znaczące ulepszenia. Po pierwsze, zawodne i zbyt miękkie pasy, które kołysały pasażerów podczas podróży, zostały zastąpione stalowymi sprężynami. Po drugie, poprawiono uprząż dla koni. Teraz koń ciągnął powóz nie szyją, ale klatką piersiową.

1649 – Przeszły pierwsze testy użycia sprężyny skręconej wcześniej przez człowieka jako siły napędowej. Powóz z napędem sprężynowym został zbudowany przez Johanna Houcha w Norymberdze. Jednak historycy kwestionują tę informację, ponieważ istnieje wersja, że ​​zamiast dużej sprężyny w wagonie siedział mężczyzna, który wprawił mechanizm w ruch.

1680 - w dużych miastach pojawiły się pierwsze przykłady konnego transportu publicznego.

1690 - Stephan Farffler z Norymbergi wynajduje trójkołowy wózek, który porusza się z dwoma uchwytami obracanymi ręcznie. Dzięki temu napędowi konstruktor wagonu mógł przemieszczać się z miejsca na miejsce bez pomocy nóg.

1698 – Anglik Thomas Severi zbudował pierwszy kocioł parowy.

1741 - rosyjski mechanik-samouk Leonty Łukjanowicz Szamszurenkow wysłał do kancelarii prowincji Niżny Nowogród „raport” z opisem „samodzielnego wózka inwalidzkiego”.

1769 - Francuski wynalazca Cugno buduje pierwszy na świecie silnik parowy.

1784 James Watt buduje pierwszy silnik parowy.

1791 - Iwan Kulibin zaprojektował trójkołowy samobieżny powóz, który mógł pomieścić dwóch pasażerów. Napęd odbywał się za pomocą mechanizmu pedałów.

1794 - Maszyna parowa Cugno została przekazana "składowisku maszyn, narzędzi, modeli, rysunków i opisów wszelkiego rodzaju sztuki i rzemiosła" jako kolejna mechaniczna ciekawostka.

1800 - istnieje opinia, że ​​w tym roku w Rosji zbudowano pierwszy rower na świecie. Jej autorem był chłop pańszczyźniany Efim Artamonow.

1808 – Na ulicach Paryża pojawił się pierwszy francuski rower. Został wykonany z drewna i składał się z poprzeczki łączącej dwa koła. W przeciwieństwie do nowoczesnego roweru nie miał kierownicy ani pedałów.

1810 – W Ameryce i Europie zaczął pojawiać się przemysł przewozowy. W dużych miastach pojawiały się całe ulice, a nawet kwartały, w których mieszkali mistrzowie woźnicy.

1816 - Niemiecki wynalazca Karl Friedrich Dreis buduje maszynę przypominającą współczesny rower. Gdy tylko pojawiła się na ulicach miasta, otrzymała nazwę „maszyna biegowa”, ponieważ jej właściciel, odpychając się nogami, faktycznie biegł po ziemi.

1834 - Załoga żeglarska zaprojektowana przez M. Hakueta została przetestowana w Paryżu. Załoga ta miała maszt o wysokości 12 metrów.

1868 - Uważa się, że w tym roku prototyp nowoczesnego motocykla stworzył Francuz Erne Michaud.

1871 - Francuski wynalazca Louis Perrault opracowuje silnik parowy do roweru.

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

1875 - w Paryżu odbył się pokaz pierwszej maszyny parowej Amadeusa Bdleya.

1884 - Amerykanin Louis Copeland buduje motocykl z silnikiem parowym zamontowanym nad przednim kołem. Taka konstrukcja mogła przyspieszyć do 18 km/h.

1901 - w Rosji zbudowano prom pasażerski moskiewskiej fabryki rowerów „Dux”.

1902 - Leon Serpollet na jednym ze swoich parowozów ustanowił światowy rekord prędkości 120 km/h.

Rok później ustanowił kolejny rekord – 144 km/h.

1905 – Amerykański F. Marriott przekroczył prędkość 200 km w wagonie parowym

1.2 Parasilnik

Silnik parowy. Para wytwarzana przez podgrzewanie wody jest wykorzystywana do ruchu. W niektórych silnikach para wymusza ruch tłoków w cylindrach. Tworzy to ruch posuwisto-zwrotny. Podłączony mechanizm zwykle zamienia go w ruch obrotowy. W lokomotywach parowych (lokomotywach) stosuje się silniki tłokowe. Turbiny parowe są również używane jako silniki, które bezpośrednio nadają ruch obrotowy poprzez obracanie szeregu kół z łopatkami. Turbiny parowe napędzają generatory elektrowni i śruby okrętowe. W każdym silniku parowym ciepło wytwarzane przez podgrzewanie wody w kotle parowym (kotle) ​​jest zamieniane na energię ruchu. Ciepło może być dostarczane ze spalania paliwa w piecu lub z reaktora jądrowego. Pierwsza w historii parowozy była rodzajem pompy, za pomocą której wypompowywały wodę zalewającą kopalnie. Został wynaleziony w 1689 roku przez Thomasa Savery'ego. W tej maszynie, bardzo prostej w konstrukcji, para skondensowana zamieniała się w niewielką ilość wody, przez co powstała częściowa próżnia, dzięki której woda była odsysana z szybu. W 1712 Thomas Newcomen wynalazł pompę tłokową z napędem parowym. W latach 60. XVIII wieku. James Watt poprawił konstrukcję Newcomena i stworzył znacznie wydajniejsze silniki parowe. Wkrótce były używane w fabrykach do napędzania obrabiarek. W 1884 r. angielski inżynier Charles Parsone (1854-1931) wynalazł pierwszą praktyczną turbinę parową. Jego projekty były tak wydajne, że wkrótce zaczęły zastępować silniki parowe tłokowe w elektrowniach. Najbardziej zdumiewającym postępem w dziedzinie silników parowych było stworzenie całkowicie zamkniętego, mikroskopijnego silnika parowego. Japońscy naukowcy stworzyli go przy użyciu technik stosowanych do tworzenia układów scalonych. Mały prąd przepływający przez elektryczny element grzejny zamienia kroplę wody w parę, która napędza tłok. Teraz naukowcy muszą odkryć, w jakich obszarach to urządzenie może znaleźć praktyczne zastosowanie.

W internecie natknąłem się na ciekawy artykuł.

"Amerykański wynalazca Robert Green opracował zupełnie nową technologię, która generuje energię kinetyczną poprzez konwersję energii szczątkowej (podobnie jak inne paliwa). Silniki parowe Greena są napędzane tłokiem i przeznaczone do szerokiej gamy zastosowań."
To wszystko, ni mniej, ni więcej: zupełnie nowa technologia. No, oczywiście zacząłem szukać, próbowałem zrozumieć. Jest napisane wszędzie jedną z najbardziej unikalnych zalet tego silnika jest możliwość generowania energii z energii szczątkowej silników. Dokładniej, resztkową energię spalin z silnika można przekształcić w energię trafiającą do pomp i układów chłodzenia jednostki. Co z tego, jak rozumiem, z gazami spalinowymi, które doprowadzają wodę do wrzenia, a następnie zamieniają parę w ruch. Jakże konieczne i opłacalne, bo… chociaż ten silnik, jak mówią, jest specjalnie zaprojektowany z minimalnej ilości części, to jednak tyle kosztuje i czy jest sens w ogrodzeniu ogrodu, tym bardziej fundamentalnie nowość w tym wynalazku nie widzę... Wynaleziono już wiele mechanizmów przekształcania ruchu posuwisto-zwrotnego w ruch obrotowy. Na stronie autora model dwucylindrowy sprzedawany jest w zasadzie niedrogi
tylko 46 USD.
Na stronie autora jest film wykorzystujący energię słoneczną, jest też zdjęcie kogoś na łodzi używającej tego silnika.
Ale w obu przypadkach wyraźnie nie jest to ciepło resztkowe. Krótko mówiąc, wątpię w niezawodność takiego silnika: „Łożyska kulkowe są jednocześnie pustymi kanałami, przez które para jest dostarczana do cylindrów”. Jaka jest Twoja opinia, drodzy użytkownicy serwisu?
Artykuły w języku rosyjskim

Zainteresowanie parą wodną jako dostępnym źródłem energii pojawiło się wraz z pierwszą naukową wiedzą starożytnych. Od trzech tysiącleci ludzie próbują okiełznać tę energię. Jakie są główne etapy tej ścieżki? Czyje refleksje i projekty nauczyły ludzkość czerpać z tego maksymalne korzyści?

Wymagania dotyczące wyglądu silników parowych

Potrzeba mechanizmów, które mogą ułatwić pracochłonne procesy, istniała od zawsze. Mniej więcej do połowy XVIII wieku wykorzystywano do tego celu wiatraki i koła wodne. Możliwość wykorzystania energii wiatru bezpośrednio zależy od kaprysów pogody. Aby korzystać z kół wodnych, wzdłuż brzegów rzeki trzeba było budować fabryki, co nie zawsze jest wygodne i celowe. A skuteczność obu była wyjątkowo niska. Potrzebowałem całkowicie nowego silnika,łatwe w zarządzaniu i pozbawione tych wad.

Historia wynalezienia i udoskonalenia silników parowych

Stworzenie silnika parowego jest wynikiem długich rozważań, sukcesów i porażek nadziei wielu naukowców.

Początek drogi

Pierwsze, jednorazowe projekty były tylko ciekawymi ciekawostkami. Na przykład, Archimedesa zaprojektował działo parowe, Czapla z Aleksandrii wykorzystał energię pary do otwarcia drzwi starożytnych świątyń. A badacze znajdują w pracach notatki dotyczące praktycznego wykorzystania energii pary do aktywacji innych mechanizmów Leonardo da Vinci.

Rozważmy najważniejsze projekty na ten temat.

W XVI wieku arabski inżynier Tagi al-Din opracował projekt prymitywnej turbiny parowej. Nie znalazł on jednak praktycznego zastosowania ze względu na silne rozproszenie strumienia pary dostarczanego na łopatki wirnika turbiny.

Przewiń do średniowiecznej Francji. Fizyk i utalentowany wynalazca Denis Papin, po wielu nieudanych projektach, poprzestaje na następującym projekcie: pionowy cylinder został napełniony wodą, nad którym zamontowano tłok.

Cylinder był podgrzewany, woda gotowała się i odparowywała. Rozprężająca się para uniosła tłok. Został zamocowany w górnym punkcie podnoszenia, a cylinder miał ostygnąć, a para skroplona. Po skropleniu pary w cylindrze powstała próżnia. Tłok uwolniony z mocowania pod wpływem ciśnienia atmosferycznego został wrzucony do próżni. To właśnie ten opad tłoka miał służyć jako skok roboczy.

Tak więc użyteczny skok tłoka był spowodowany tworzeniem się próżni w wyniku kondensacji pary i ciśnienia zewnętrznego (atmosferycznego).

Ponieważ silnik parowy Papen jak większość kolejnych projektów nazwano maszyny parowo-atmosferyczne.

Ten projekt miał bardzo istotną wadę - nie zapewniono powtarzalności cyklu. Denis wpada na pomysł, aby uzyskać parę nie w cylindrze, ale osobno w kotle parowym.

Denis Papin zapisał się w historii powstawania silników parowych jako wynalazca bardzo ważnego detalu - kotła parowego.

A ponieważ para zaczęła być odbierana poza cylindrem, sam silnik przeszedł do kategorii silników spalinowych. Jednak ze względu na brak mechanizmu dystrybucji zapewniającego nieprzerwane działanie, projekty te prawie nie znalazły praktycznego zastosowania.

Nowy kamień milowy w rozwoju silników parowych

Od około 50 lat służy do pompowania wody w kopalniach węgla kamiennego Pompa parowa Thomasa Newcomena. W dużej mierze powtórzył poprzednie projekty, ale zawierał bardzo ważne innowacje - rurę do odprowadzania skroplonej pary i zawór bezpieczeństwa do uwalniania nadmiaru pary.

Jego istotną wadą było to, że cylinder musiał zostać podgrzany przed wtryśnięciem pary, a następnie schłodzony przed skropleniem. Ale zapotrzebowanie na takie silniki było tak duże, że pomimo ich oczywistej nieefektywności, ostatnie egzemplarze tych maszyn służyły do ​​1930 roku.

W 1765 Angielski mechanik James Watt, podjęcie doskonalenia maszyny Newcomen, oddzielił skraplacz od cylindra parowego.

Teraz możliwe jest ciągłe podgrzewanie cylindra. Wydajność maszyny natychmiast wzrosła. W kolejnych latach Watt znacznie ulepszył swój model, wyposażając go w urządzenie do dostarczania pary z jednej lub drugiej strony.

Stało się możliwe wykorzystanie tej maszyny nie tylko jako pompy, ale także do napędzania różnych obrabiarek. Watt otrzymał patent na swój wynalazek - ciągłą maszynę parową. Rozpoczyna się masowa produkcja tych maszyn.

Na początku XIX wieku w Anglii działało ponad 320-watowe silniki parowe. Inne kraje europejskie również zaczęły je kupować. Przyczyniło się to do znacznego wzrostu produkcji przemysłowej w wielu sektorach zarówno samej Anglii, jak i krajów sąsiednich.

Dwadzieścia lat wcześniej Watt, w Rosji, mechanik Ałtaju Iwan Iwanowicz Polzunow pracował nad projektem silnika parowego.

Szefowie fabryki poprosili go o zbudowanie zespołu napędzającego dmuchawę pieca do wytapiania.

Zbudowana przez niego maszyna była dwucylindrowa i zapewniała ciągłą pracę podłączonego do niej urządzenia.

Po udanej pracy przez ponad półtora miesiąca kocioł zaczął przeciekać. W tym czasie sam Polzunov już nie żył. Nie naprawili samochodu. I zapomniano o cudownym stworzeniu samotnego rosyjskiego wynalazcy.

Z powodu zacofania ówczesnej Rosji świat dowiedział się o wynalazku II Polzunowa z dużym opóźnieniem….

Tak więc, aby napędzać silnik parowy, konieczne jest, aby para generowana przez kocioł parowy, rozprężając się, naciskała na tłok lub na łopatki turbiny. A potem ich ruch został przeniesiony na inne części mechaniczne.

Wykorzystanie parowozów w transporcie

Pomimo tego, że sprawność ówczesnych maszyn parowych nie przekraczała 5%, pod koniec XVIII wieku zaczęto je aktywnie wykorzystywać w rolnictwie i transporcie:

• we Francji pojawia się samochód z silnikiem parowym;
• w Stanach Zjednoczonych parowiec zaczyna kursować między miastami Filadelfia i Burlington;
• w Anglii zademonstrowano parową lokomotywę kolejową;
• rosyjski chłop z prowincji Saratów opatentował skonstruowany przez siebie ciągnik gąsienicowy o mocy 20 KM. z.;
• Wielokrotnie podejmowano próby budowy samolotu z silnikiem parowym, niestety mała moc tych jednostek przy dużej masie samolotu sprawiła, że ​​próby te nie powiodły się.

Pod koniec XIX wieku silniki parowe, które odegrały swoją rolę w postępie technologicznym społeczeństwa, ustępują miejsca silnikom elektrycznym.

Urządzenia parowe w XXI wieku

Wraz z pojawieniem się nowych źródeł energii w XX i XXI wieku ponownie pojawia się potrzeba wykorzystania energii pary. Turbiny parowe stają się integralną częścią elektrowni jądrowych. Para, która je napędza, jest uzyskiwana z paliwa jądrowego.

Turbiny te są również szeroko stosowane w elektrowniach kondensacyjnych.

W wielu krajach prowadzone są eksperymenty mające na celu uzyskanie pary z energii słonecznej.

Nie zapomniano również o silnikach parowych tłokowych. W górach jako lokomotywa lokomotywy parowe są nadal używane.

Ci niezawodni pracownicy są zarówno bezpieczni, jak i tańsi. Nie potrzebują linii energetycznych, a paliwo - drewno i tani węgiel są zawsze pod ręką.

Nowoczesne technologie pozwalają na wychwytywanie do 95% emisji do atmosfery i zwiększenie wydajności do 21%, dlatego ludzie postanowili na razie się z nimi nie rozstawać i pracują nad nową generacją parowozów.

Jeśli ta wiadomość jest dla Ciebie przydatna, dobrze Cię widzieć.

Przemysł Anglia potrzebowała dużo paliwa, a lasów było coraz mniej. Pod tym względem wydobycie węgla stało się niezwykle istotne.
Głównym problemem górnictwa była woda, która zalewała kopalnie szybciej niż mogli ją wypompować, musieli opuszczać zabudowane kopalnie i szukać nowych.
Z tych powodów pilnie potrzebne były mechanizmy do pompowania wody, a nimi stały się pierwsze maszyny parowe.

Kolejnym etapem rozwoju maszyn parowych było stworzenie (w 1690 rok) tłokowy silnik parowy, który wykonał użyteczną pracę dzięki nagrzewaniu i kondensacji pary.

Urodzony we francuskim mieście Blois w 1647 roku. Na Uniwersytecie w Angers studiował medycynę i doktoryzował się, ale nie został lekarzem. Pod wieloma względami jego los został zdeterminowany spotkaniem z holenderskim fizykiem H. Huygensem, pod którego wpływem Papen zaczął studiować fizykę i mechanikę. W 1688 r. opublikował opis (wraz z jego konstruktywnymi dodatkami) złożony przez Huygensa do Paryskiej Akademii Nauk projektu silnika proszkowego w postaci cylindra z tłokiem.
Papen zaproponował również zaprojektowanie pompy odśrodkowej, zaprojektował piec do topienia szkła, wagon parowy i łódź podwodną, ​​wynalazł szybkowar i kilka maszyn do podnoszenia wody.

Pierwszy na świecie szybkowar:

W 1685 Papen został zmuszony do ucieczki z Francji (z powodu prześladowań hugenotów) do Niemiec i tam kontynuował prace nad swoim samochodem.
W 1704 r. w zakładzie Veckerhagen odlał pierwszy na świecie cylinder do silnika parowego iw tym samym roku zbudował łódź o napędzie parowym.

Pierwsza „maszyna” Denisa Papina (1690)

Po podgrzaniu woda w cylindrze zamieniała się w parę i przesuwała tłok w górę, a po ochłodzeniu (para skroplona) powstała próżnia i atmosferyczny ciśnienie przesunęło tłok w dół.

Aby maszyna działała, należało manipulować trzpieniem zaworu i korkiem, przesunąć źródło płomienia i schłodzić cylinder wodą.

W 1705 Papen opracował drugą maszynę parową

Kiedy kurek (D) został otwarty, para z bojlera (po prawej) wpadła do środkowego pojemnika i przez tłok wepchnęła wodę do pojemnika po lewej stronie. Następnie kran (D) został zamknięty, kurki (G) i (L) zostały otwarte, do lejka dodano wodę i środkowy pojemnik napełniono nową porcją, zawory (G) i (L) zamknięto i cykl został powtórzony. W ten sposób udało się podnieść wodę na wysokość.

W 1707 r. Papen przybył do Londynu, aby uzyskać patent na swoje dzieła z 1690 r. Praca nie została rozpoznana, ponieważ do tego czasu pojawiły się już maszyny Thomasa Severiego i Thomasa Newcomena (patrz poniżej).

W 1712 Denis Papin zmarł bez środków do życia i został pochowany w nieoznaczonym grobie.

Pierwsze lokomotywy parowe były wielkogabarytowymi stacjonarnymi pompami do pompowania wody. Wynikało to z konieczności wypompowywania wody z kopalń i kopalń węgla. Im głębsze były kopalnie, tym trudniej było wypompować z nich pozostałą wodę, w rezultacie niezabudowane kopalnie musiały zostać porzucone i przeniesione w nowe miejsce.

W 1699, angielski inżynier, otrzymał patent na wynalezienie „wozu strażackiego” przeznaczonego do pompowania wody z kopalń.
Maszyna Severiego to pompa parowa, a nie silnik, nie miała cylindra z tłokiem.

Główną atrakcją w samochodzie Severiego było to, że para generowała się w oddzielny kocioł.

referencja

Samochód Thomasa Severiego

Gdy kurek 5 został otwarty, para z kotła 2 była podawana do naczynia 1, wypychając stamtąd wodę przez rurę 6. Zawór 10 jest otwarty, a zawór 11 jest zamknięty. Pod koniec wstrzykiwania zawór 5 został zamknięty, a zimna woda została dostarczona do naczynia 1 przez zawór 9. Para w naczyniu 1 została schłodzona, skroplona, ​​a ciśnienie spadło, zasysając wodę przez rurę 12. Zawór 11 został otwarty, a zawór 10 zamknięty.

Pompa Severi miała niską moc, zużywała dużo paliwa i pracowała z przerwami. Z tych powodów maszyna Severi nie stała się powszechna i została zastąpiona przez „tłokowe silniki parowe”.

W 1705 połączenie idei Severi (kocioł wolnostojący) i Papen (cylinder z tłokiem) zbudowany tłokowa pompa parowa do pracy w kopalniach.
Eksperymenty nad ulepszaniem maszyny trwały około dziesięciu lat, zanim zaczęła działać prawidłowo.

O Thomasie Newcomen

Urodzony 28 lutego 1663 w Dartmouth. Z zawodu kowal. W 1705 r. wraz z druciarzem J. Cowleyem zbudował pompę parową. Ta maszyna parowo-atmosferyczna, dość skuteczna jak na swoje czasy, była używana do pompowania wody w kopalniach i stała się powszechna w XVIII wieku. Ta technologia w naszych czasach jest wykorzystywana przez pompy do betonu na budowach.
Nowicjusz nie mógł uzyskać patentu, ponieważ winda parowa została opatentowana w 1699 roku przez T. Severi. Silnik parowy Newcomen nie był silnikiem uniwersalnym i mógł pracować jedynie jako pompa. Próby Newcomena wykorzystania ruchu tłoka posuwisto-zwrotnego do obracania koła łopatkowego na statkach zakończyły się niepowodzeniem.

Zmarł 7 sierpnia 1729 w Londynie. Imię przybysza nosi „Stowarzyszenie Historyków Technicznych Wielkiej Brytanii”.

Samochód Thomasa Newcomana

Początkowo para podniosła tłok, następnie do cylindra wstrzyknięto trochę zimnej wody, para uległa skropleniu (tworząc w ten sposób próżnię w cylindrze) i pod wpływem ciśnienia atmosferycznego tłok opuszczał się.

W przeciwieństwie do „cylindra Papen” (w którym cylinder służył jako kocioł), w maszynie Newcomen cylinder był oddzielony od kotła. Dzięki temu możliwe było uzyskanie mniej lub bardziej jednolitej pracy.
W pierwszych wersjach maszyny zawory były obsługiwane ręcznie, ale później Newcoman wymyślił mechanizm, który automatycznie otwiera i zamyka odpowiednie kurki we właściwym czasie.

Zdjęcie

O cylindrach

Pierwsze cylindry samochodu Newcomen zostały wykonane z miedzi, rury z ołowiu, a wahacz z drewna. Małe części wykonano z żeliwa sferoidalnego. Późniejsze maszyny Newcomena, po około 1718 roku, miały już cylinder żeliwny.
Cylindry zostały wykonane w odlewni Abraham Derby w Kolbrookdale. Derby udoskonalił technikę odlewania, co pozwoliło uzyskać cylindry o wystarczająco dobrej jakości. Aby uzyskać mniej lub bardziej regularną i gładką powierzchnię ścianek cylindra, używano maszyny do wiercenia lufy broni.

Coś takiego:

Z pewnymi modyfikacjami maszyny Newcomen pozostały przez 50 lat jedynymi maszynami nadającymi się do użytku przemysłowego.

W 1720 opisał dwucylindrowy silnik parowy. Wynalazek został opublikowany w jego głównym dziele „Theatri Machinarum Hydraulicarum”. Rękopis ten był pierwszą systematyczną analizą inżynierii mechanicznej.

Maszyna zaproponowana przez Jacoba Leopolda

Założono, że tłoki wykonane z ołowiu unoszą się pod wpływem ciśnienia pary i opadają pod własnym ciężarem. Ciekawy pomysł dźwigu (między cylindrami), z jego pomocą wstrzykiwana jest para do jednego cylindra i jednocześnie uwalniana z drugiego.
Jacob nie zbudował tego samochodu, tylko go wymyślił.

W 1766 r Rosyjski wynalazca, pracujący jako mechanik w ałtajskich zakładach górniczo-hutniczych, stworzył pierwszy w Rosji i pierwszy na świecie dwucylindrowy silnik parowy.
Polzunow zmodernizował maszynę Newcomena (zastosował dwa cylindry zamiast jednego, aby zapewnić ciągłą pracę) i zaproponował wykorzystanie jej do wprawiania w ruch miechów pieców do wytapiania.

Smutna pomoc

W Rosji w tym czasie maszyny parowe praktycznie nie były używane, a Polzunow otrzymał wszystkie informacje z książki „Szczegółowe instrukcje dla branży rudy” (1760) autorstwa IA Schlattera, która opisywała silnik parowy Newcomena.

Projekt został zgłoszony cesarzowej Katarzynie II. Zatwierdziła go, nakazała II Połzunowa awansować na „mechanika w randze i stopniu inżyniera kapitana-porucznika” i przyznać 400 rubli ...
Polzunov zaproponował zbudowanie najpierw małej maszyny, na której można byłoby zidentyfikować i wyeliminować wszystkie niedociągnięcia nieuniknione w nowym wynalazku. Szefowie fabryki nie zgodzili się z tym i postanowili od razu zbudować ogromny samochód. W kwietniu 1764 Polzunov rozpoczął budowę.
Wiosną 1766 roku budowa została w większości ukończona i przetestowana.
Ale 27 maja Polzunov zmarł z powodu konsumpcji.
Jego uczniowie, Levzin i Chernitsyn, sami rozpoczęli końcowe testy maszyny parowej. W „Dzienniku” z 4 lipca zauważono, że „działanie maszyny było sprawne”, a 7 sierpnia 1766 r. uruchomiono całą instalację, parowóz i potężną dmuchawę. W ciągu zaledwie trzech miesięcy eksploatacji samochód Polzunowa nie tylko uzasadnił wszystkie koszty jego budowy w wysokości 7233 rubli 55 kopiejek, ale także dał zysk netto w wysokości 12 640 rubli 28 kopiejek. Jednak 10 listopada 1766 r., po wypaleniu się kotła, maszyna stała bezczynnie przez 15 lat, 5 miesięcy i 10 dni. W 1782 roku samochód został zdemontowany.

(Encyklopedia terytorium Ałtaju. Barnaul. 1996. T. 2. S. 281-282; Barnaul. Kronika miasta. Barnaul. 1994. h. 1.p.30).

Samochód Polzunowa

Zasada działania jest podobna do maszyny Newcomen.
Do jednego z cylindrów wypełnionych parą wstrzyknięto wodę, para uległa skropleniu i w cylindrze wytworzyła się próżnia, tłok opadł pod wpływem ciśnienia atmosferycznego, w tym samym momencie para weszła do drugiego cylindra i uniosła się.

Dopływ wody i pary do cylindrów był w pełni zautomatyzowany.

Model silnika parowego I.I. Polzunov, wykonany według oryginalnych rysunków w latach 20. XIX wieku.
Muzeum Regionalne Barnauł.

W 1765 do Jamesa Watt pracujący mechanik na Uniwersytecie w Glasgow miał za zadanie naprawić model samochodu Newcomena. Nie wiadomo, kto to zrobił, ale na uniwersytecie była od kilku lat.
Profesor John Anderson zaprosił Watta, aby sprawdził, czy jest coś, co mógłby zrobić z tym ciekawym, ale kapryśnym urządzeniem.
Watt nie tylko naprawił, ale także ulepszył samochód. Dodał do niego oddzielny pojemnik do chłodzenia pary i nazwał go skraplaczem.

Nowy model silnika parowego

Model został wyposażony w cylinder (średnica 5 cm) o skoku roboczym 15 cm Watt przeprowadził szereg eksperymentów, w szczególności zamienił cylinder metalowy na drewniany, naoliwiony olejem lnianym i wysuszony w piecu, zredukowany ilość wody podniesiona w jednym cyklu i model zaczął działać.
W trakcie eksperymentów Watt przekonał się o nieefektywności maszyny.
Z każdym nowym cyklem część energii pary trafiała do ogrzewania cylindra, który był chłodzony po wtryśnięciu wody w celu schłodzenia pary.
Po serii eksperymentów Watt doszedł do wniosku:
„…Aby stworzyć doskonały silnik parowy, konieczne jest, aby cylinder był zawsze gorący, podobnie jak wchodząca do niego para; ale z drugiej strony kondensacja pary wodnej w celu wytworzenia próżni musiała zachodzić w temperaturze nie wyższej niż 30 stopni Reaumura” (38 stopni Celsjusza)…

Eksperymentował z modelem maszyny Newcomen Watt

Jak to się wszystko zaczeło...

Po raz pierwszy Watt zainteresował się promem w 1759 r. Ułatwił to jego przyjaciel Robison, który następnie pospieszył z pomysłem „wykorzystania mocy silnika parowego do napędzania wozów”.
W tym samym roku Robison pojechał walczyć w Ameryce Północnej, a Watt był już zalany biznesem.
Dwa lata później Watt powrócił do idei silników parowych.

„Około 1761-1762”, pisze Watt, „zrobiłem kilka eksperymentów z mocą pary w kotle Papen i zrobiłem coś w rodzaju silnika parowego, dołączając strzykawkę o średnicy około 1/8 cala z mocnym tłokiem, wyposażoną z zaworem wlotowym para z kotła, a także uwolnienie jej ze strzykawki do powietrza ”. Gdy zawór został otwarty z kotła do cylindra, para wchodząca do cylindra i działająca na tłok podniosła znaczny ciężar (15 funtów), który został obciążony na tłok. Gdy ładunek został podniesiony do wymaganej wysokości, komunikacja z kotłem została zamknięta, a zawór został otwarty, aby uwolnić parę do atmosfery. Para uciekła i ładunek opadł. Czynność tę powtarzano kilkakrotnie i choć w tym urządzeniu żuraw był obracany ręcznie, nie było trudno wymyślić urządzenie do automatycznego obracania.

A - cylinder; B - tłok; C - drążek z hakiem do zawieszenia ładunku; D - cylinder zewnętrzny (obudowa); E i G - wloty pary; F - rurka łącząca cylinder ze skraplaczem; K - kondensator; Р - pompa; R - zbiornik; V - zawór do wylotu powietrza wypartego przez parę; K, P, R - wypełnione wodą. Para wpuszczana jest przez G do przestrzeni pomiędzy A i D oraz przez E do cylindra A. Przy lekkim podniesieniu tłoka w cylindrze pompy P (tłoka nie pokazano na rysunku) poziom wody w K opada i para z A idzie do K i tutaj osiada. W A uzyskuje się próżnię, a para pomiędzy A i D naciska na tłok B i unosi go wraz z zawieszonym na nim ciężarem.

Główną ideą wyróżniającą maszynę Watta od maszyny Newcomena była izolowana komora do kondensacji (chłodzenia pary).

Obraz ilustracyjny:

W maszynie Watta kondensator „C” został oddzielony od cylindra roboczego „P”, nie wymagał ciągłego nagrzewania i chłodzenia, dzięki czemu udało się nieznacznie zwiększyć wydajność.

W latach 1769-1770 w kopalni właściciela kopalni Johna Roebucka (Roebuck interesował się silnikami parowymi i przez pewien czas finansował Watta) zbudowano duży model maszyny Watta, na który pierwszy patent otrzymał w 1769 roku.

Istota patentu

Watt określił swój wynalazek jako „nową metodę zmniejszenia zużycia pary, a więc i paliwa w wozach strażackich”.
W patencie (nr 013) przedstawiono szereg nowych rozwiązań technicznych. pozycje używane przez Watta w jego silniku:
1) Utrzymanie temperatury ścianek cylindra równej temperaturze wchodzącej do niego pary dzięki izolacji termicznej, płaszczowi parowemu
i brak kontaktu z zimnymi ciałami.
2) Kondensacja pary w oddzielnym naczyniu - skraplaczu, w którym temperatura musiała być utrzymywana na poziomie otoczenia.
3) Usuwanie powietrza i innych nieskraplających się ciał ze skraplacza za pomocą pomp.
4) Zastosowanie nadciśnienia pary; w przypadku braku wody do kondensacji pary stosować tylko nadciśnienie z odprowadzeniem do atmosfery.
5) Zastosowanie maszyn „rotacyjnych” z jednokierunkowym wirującym tłokiem.
6) Praca z niepełną kondensacją (tj. przy zmniejszonej próżni). Ta sama klauzula patentowa opisuje konstrukcję uszczelnienia tłoka i poszczególnych części. Przy ówczesnych ciśnieniach pary 1 atm wprowadzenie oddzielnego skraplacza i odprowadzenie z niego powietrza oznaczało realną możliwość zmniejszenia zużycia pary i paliwa o ponad połowę.

Po pewnym czasie Roebuck zbankrutował, a nowym partnerem Watta został angielski przemysłowiec Matthew Bolton.
Po likwidacji umowy Watta z Roebuck, ukończony pojazd został zdemontowany i wysłany do fabryki Bolton w Soho. Na nim Watt przez długi czas testował prawie wszystkie swoje ulepszenia i wynalazki.

O Matthew Boltonie

O ile Roebuck widział w maszynie Watta przede wszystkim tylko ulepszoną pompę, która miała uchronić jego kopalnie przed zalaniem, to Bolton w wynalazkach Watta zobaczył nowy typ silnika, który miał zastąpić koło wodne.
Sam Bolton próbował ulepszyć samochód Newcomena, aby zmniejszyć zużycie paliwa. Stworzył model, który zachwycił wielu londyńskich przyjaciół i mecenasów z wyższych sfer. Bolton korespondował z amerykańskim naukowcem i dyplomatą Benjaminem Franklinem o tym, jak najlepiej wstrzykiwać wodę chłodzącą do cylindra, o najlepszym systemie zaworów. Franklin w tej dziedzinie nie mógł doradzić niczego sensownego, ale zwrócił uwagę na inny sposób na osiągnięcie oszczędności paliwa, na lepsze spalanie go i niszczenie dymu.
Bolton marzył o niczym innym, jak o światowym monopolu na produkcję nowych maszyn. „Pomyślałem”, pisał Bolton do Watta, „założyć przedsiębiorstwo w pobliżu mojej fabryki, w którym skoncentrowałbym wszystkie środki techniczne niezbędne do budowy maszyn i skąd zaopatrywalibyśmy cały świat w maszyny wszystkich rozmiarów ”.

Bolton doskonale zdawał sobie sprawę z przesłanek do tego. Nowego samochodu nie da się zbudować starymi metodami rękodzielniczymi. „Założyłem”, napisał do Watta, „że twoja maszyna będzie wymagała pieniędzy, bardzo precyzyjnej pracy i rozległych połączeń, aby wprowadzić ją do obiegu w najbardziej opłacalny sposób. Najlepszym sposobem na zachowanie reputacji i uznanie wynalazku jest odebranie jego produkcji z rąk wielu techników, którzy z powodu swojej ignorancji, braku doświadczenia i środków technicznych wykonaliby kiepską pracę, a to wpłynęłoby na reputację wynalazku."
Aby tego uniknąć, zaproponował wybudowanie specjalnej fabryki, w której „z Waszą pomocą moglibyśmy przyciągnąć i wyszkolić pewną liczbę doskonałych pracowników, którzy wyposażeni w najlepsze narzędzia mogliby wykonać ten wynalazek o dwadzieścia procent taniej i z równie wielką różnicą. w dokładności pracy, która istnieje między pracą kowala a mistrzem narzędzi matematycznych.”
Kadra wysoko wykwalifikowanych robotników, nowe wyposażenie techniczne – to było to, czego potrzeba do zbudowania maszyny na masową skalę. Bolton myślał już w kategoriach zaawansowanego kapitalizmu XIX wieku. Ale na razie to wciąż były sny. Nie Bolton i Watt, ale ich synowie trzydzieści lat później zorganizowali masową produkcję maszyn - pierwszy zakład budowy maszyn.

Bolton i Watt omawiają produkcję silników parowych w zakładzie w Soho

Kolejnym etapem rozwoju silników parowych było uszczelnienie górnej części cylindra i doprowadzenie pary nie tylko do dolnej, ale i górnej części cylindra.

Więc Watt and Bolton został zbudowany silnik parowy podwójnego działania.

Teraz para była dostarczana naprzemiennie do obu wnęk cylindra. Ściany cylindra były izolowane termicznie od środowiska zewnętrznego.

Chociaż samochód Watta stał się bardziej wydajny niż Newcomena, sprawność była nadal bardzo niska (1-2%).

Jak Watt i Bolton budowali i PR swoich samochodów

W XVIII wieku nie mogło być mowy o wytwarzalności i kulturze produkcji. Listy Watta do Boltona pełne są skarg na pijaństwo, kradzieże i lenistwo robotników. „Możemy bardzo mało polegać na naszych pracownikach w Soho” – napisał do Boltona. - James Taylor zaczął pić mocniej. Jest uparty, krnąbrny i niezadowolony. Samochód, nad którym pracował Cartwright, był serią błędów i pomyłek. Smith i pozostali są ignorantami i wszyscy potrzebują codziennej opieki, aby mieć pewność, że nic gorszego się nie wydarzy.
Zażądał od Boltona surowych środków i był skłonny całkowicie zaprzestać produkcji samochodów w Soho. „Wszystkim leniwym ludziom należy powiedzieć”, napisał, „że jeśli będą tak nieuważni, jak do tej pory, zostaną wyrzuceni z fabryki. Koszt budowy samochodu w Soho jest dla nas bardzo kosztowny, a jeśli produkcji nie da się ulepszyć, to musimy ją całkowicie zatrzymać i zlecić pracę.”

Wykonywanie części do maszyn wymagało odpowiedniego sprzętu. Dlatego w różnych fabrykach produkowano różne jednostki maszynowe.
Tak więc w zakładzie Wilkinsona odlewano i wiercono cylindry, wykonano tam również głowice cylindrów, tłok, pompę powietrza i skraplacz. Żeliwna osłona cylindra została odlana w jednej z odlewni w Birmingham, rury miedziane sprowadzono z Londynu, a drobne części wyprodukowano na budowie maszyny. Wszystkie te części zostały zamówione przez Bolton & Watt na koszt klienta – właściciela kopalni lub młyna.
Stopniowo poszczególne części były przywożone na miejsce i montowane pod osobistym nadzorem Watta. Później opracował szczegółową instrukcję montażu samochodu. Kocioł był zwykle nitowany na miejscu przez lokalnych kowali.

Po udanym uruchomieniu maszyny pompującej w jednej z kopalń w Kornwalii (uważanej za najtrudniejszą kopalnię), Bolton & Watt otrzymał wiele zamówień. Właściciele kopalni zauważyli, że maszyna Watta radziła sobie dobrze, podczas gdy maszyna Newcomena była bezsilna. I natychmiast zaczęli zamawiać pompy Watt.
Watt był przytłoczony pracą. Tygodniami siedział nad swoimi rysunkami, jeździł do instalacji maszynowych - nigdzie się nie obejdzie bez jego pomocy i nadzoru. Był sam i wszędzie musiał nadążać.

Aby silnik parowy mógł obsługiwać inne mechanizmy, konieczne było przekształcenie ruchów posuwisto-zwrotnych na obrotowe, a dla ruchu równomiernego przystosowanie koła jako koła zamachowego.

Przede wszystkim trzeba było sztywno związać tłok i drążek równoważący (do tego momentu używano łańcucha lub liny).
Watt założył, że przeniesienie z tłoka na wyważarkę przeprowadzi za pomocą listwy zębatej i nałoży na wyważarkę sektor zębaty.

Sektor przekładni

System ten okazał się zawodny i Watt musiał z niego zrezygnować.

Zaplanowano przeniesienie momentu obrotowego za pomocą mechanizmu korbowego.

Mechanizm korbowy

Ale korba musiała zostać porzucona, ponieważ system ten został już opatentowany (w 1780) przez Jamesa Picarda. Picard zaoferował Wattowi licencje krzyżowe, ale Watt odrzucił ofertę i użył przekładni planetarnej w swoim samochodzie. (są niejasności dotyczące patentów, przeczytasz na końcu artykułu)

Przekładnia planetarna

Silnik Watta (1788)

Tworząc maszynę o ciągłym ruchu obrotowym, Watt musiał rozwiązać szereg nietrywialnych problemów (rozprowadzanie pary w dwóch wnękach cylindrów, automatyczna regulacja prędkości i prostoliniowy ruch tłoczyska).

Równoległobok Watt

Mechanizm Watta został wynaleziony, aby nadać tłokowi ruch liniowy.

Silnik parowy opatentowany przez Jamesa Watta w 1848 roku we Freibergu w Niemczech.

Regulator odśrodkowy

Zasada działania regulatora odśrodkowego jest prosta, im szybciej obraca się wał, tym bardziej rozchodzą się ciężary pod działaniem siły odśrodkowej i tym bardziej zablokowana jest linia pary. Ciężarki są opuszczone - otwiera się przewód parowy.
Podobny system jest od dawna znany w przemyśle młynarskim do regulacji odległości między kamieniami młyńskimi.
Watt przystosował regulator do silnika parowego.

Urządzenie do dystrybucji pary

Układ zaworów tłokowych

Rysunek został sporządzony przez jednego z asystentów Watta w 1783 r. (listy do wyjaśnienia). B i B - tłoki połączone rurką C i poruszające się w rurce D połączonej ze skraplaczem H i rurkami E i F z cylindrem A; G - linia parowa; K to kolba służąca do przemieszczania materiału wybuchowego.
W pokazanym na rysunku położeniu tłoków BB przestrzeń rury D pomiędzy tłokami B i B oraz dolna część cylindra A pod tłokiem (nie pokazano na rysunku) sąsiadująca z F są wypełnione para, natomiast w górnej części cylindra A, nad tłokiem, komunikująca się przez E i przez C z kondensatorem H - stan rozrzedzenia; gdy materiał wybuchowy wzniesie się ponad F i E, dolna część A do F będzie komunikować się z H, a górna część przez E i D - z linią pary.

Bezczelny rysunek

Jednak aż do 1800 roku Watt nadal używał zaworów grzybkowych (metalowych dysków podnoszonych lub opuszczanych nad ich oknami i wprawianych w ruch za pomocą złożonego systemu dźwigni), ponieważ produkcja systemu „zaworów tłokowych” wymagała dużej precyzji.

Opracowanie mechanizmu dystrybucji pary zostało przeprowadzone głównie przez asystenta Watta Williama Murdocha.

Murdoch kontynuował ulepszanie mechanizmu dystrybucji pary iw 1799 opatentował szpulę w kształcie litery D (szpulę pudełkową).

W zależności od położenia szpuli, okna (4) i (5) komunikują się z zamkniętą przestrzenią (6) otaczającą szpulę i wypełnioną parą lub z wnęką 7 połączoną z atmosferą lub skraplaczem.

Po wszystkich ulepszeniach zbudowano następującą maszynę:

Para za pomocą dystrybutora pary była naprzemiennie doprowadzana do różnych wnęk cylindra, a regulator odśrodkowy sterował zaworem doprowadzającym parę (jeśli maszyna była zbyt przyspieszona, zawór był zamykany i odwrotnie otwierany, jeśli zbyt zwalniał dużo).

Wideo wizualne

Ta maszyna była już w stanie pracować nie tylko jako pompa, ale także napędzać inne mechanizmy.

W 1784 r Watt otrzymał patent na uniwersalny silnik parowy(patent nr 1432).

O młynie

W 1986 roku Bolton i Watt zbudowali w Londynie młyn (Albion Mill) napędzany silnikiem parowym. Po uruchomieniu młyna rozpoczęła się prawdziwa pielgrzymka. Londyńczycy byli żywo zainteresowani ulepszeniami technicznymi.

Watt, nie obeznany z marketingiem, nienawidził obserwatorów ingerujących w jego pracę i zażądał przerwania nieautoryzowanego dostępu. Bolton uważał, że jak najwięcej osób powinno dowiedzieć się o samochodzie i dlatego odrzucił prośby Watta.
Generalnie Bolton i Watt nie odczuli niedoboru klientów. W 1791 r. młyn spłonął (a może został podpalony, gdyż młynarze bali się konkurencji).

Pod koniec lat osiemdziesiątych Watt przestaje ulepszać swój samochód. W listach do Boltona pisze:
„Jest bardzo możliwe, że z wyjątkiem pewnych ulepszeń w mechanizmie maszyny, nic lepszego niż to, co już wyprodukowaliśmy, nie będzie dozwolone przez naturę, która z góry określiła jej nec plus ultra dla większości rzeczy”.
A później Watt przekonywał, że nie może odkryć nic nowego w silniku parowym, a jeśli jest w to zaangażowany, to tylko poprawianie szczegółów i weryfikacja jego wcześniejszych wniosków i spostrzeżeń.

Lista literatury rosyjskiej

A.V. Kamensky James Watt, jego życie oraz działalność naukowa i praktyczna. SPb, 1891
Weissenberg L.M. James Watt, wynalazca silnika parowego. M.-L., 1930
Leśnikow M.P. Jamesa Watta. M., 1935
Konfederatow I.Ya. James Watt jest wynalazcą silnika parowego. M., 1969

Można zatem założyć, że pierwszy etap rozwoju maszyn parowych dobiegł końca.

Cytat z TSB

Ze względu na swoją ekonomię uniwersalny silnik Watta stał się powszechny i ​​odegrał ważną rolę w przejściu do kapitalistycznej produkcji maszyn. „Wielki geniusz Watta — pisał K. Marks — polega na tym, że patent, który uzyskał w kwietniu 1784 r., opisujący silnik parowy, przedstawia go nie jako wynalazek tylko do celów specjalnych, ale jako uniwersalny silnik przemysł wielkoskalowy” (K. Marx, Capital, t. 1.1955, s. 383-384).

Fabryka Watta i Boltona wybudowała St. 250 parowozów, a do 1826 roku w Anglii było nawet 1500 maszyn o łącznej pojemności ok. 2 tys. 80 000 KM Z nielicznymi wyjątkami były to maszyny typu Watt. Po 1784 r. Watt zajmował się głównie ulepszaniem produkcji, a po 1800 r. całkowicie przeszedł na emeryturę.

W świadomości większości ludzi w dobie smartfonów samochody parowe są czymś archaicznym, co wywołuje uśmiech. Parne karty historii motoryzacji były bardzo jasne i bez nich w ogóle trudno wyobrazić sobie nowoczesny transport. Bez względu na to, jak bardzo sceptycy z prawa, a także lobbyści naftowi z różnych krajów, próbowali ograniczyć rozwój samochodu dla pary, udało im się to zrobić tylko na chwilę. W końcu samochód parowy jest jak Sfinks. Idea samochodu dla pary (czyli na silniku spalinowym) jest aktualna do dziś.

W umysłach większości ludzi w dobie smartfonów samochody parowe to coś archaicznego, co sprawia, że ​​się uśmiechasz.

Tak więc w 1865 roku w Anglii wprowadzono zakaz poruszania się szybkich powozów samobieżnych na napędzie parowym. Zabroniono im poruszania się po mieście z prędkością większą niż 3 km/h i nie wypuszczania kłębów pary, aby nie straszyć koni zaprzężonych w zwykłe powozy. Najpoważniejszym i namacalnym ciosem dla parowozów była już w 1933 r. ustawa o podatku od pojazdów ciężkich. Dopiero w 1934 roku, kiedy obniżono cła na import produktów naftowych, na horyzoncie pojawiło się zwycięstwo silników benzynowych i wysokoprężnych nad silnikami parowymi.

Tylko w Anglii mogli sobie pozwolić na szydzenie z postępu w tak wykwintny i zimnokrwisty sposób. W USA, Francji, Włoszech środowisko entuzjastycznych wynalazców dosłownie kipiało pomysłami, a samochód parowy nabierał nowych kształtów i cech. Chociaż wynalezienie Brytyjczyków w znacznym stopniu przyczyniło się do rozwoju pojazdów parowych, prawa i uprzedzenia władz nie pozwalały im w pełni uczestniczyć w walce z silnikiem spalinowym. Ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.

Odniesienie prehistoryczne

Historia rozwoju silnika parowego jest nierozerwalnie związana z historią powstania i doskonalenia silnika parowego. Kiedy w I wieku naszej ery NS. Heron z Aleksandrii zaproponował swój pomysł, aby para obracała metalową kulę, a jego pomysł uznano za nic innego jak zabawę. Inne pomysły bardziej niepokoiły wynalazców, ale pierwszym, który umieścił kocioł parowy na kołach, był mnich Ferdynand Verbst. W 1672 r. Jego „zabawkę” również traktowano jak zabawę. Ale następne czterdzieści lat nie poszło na marne dla historii maszyny parowej.

Projekt załogi samobieżnej Isaaca Newtona (1680), aparatura ogniowa mechanika Thomasa Severiego (1698) oraz instalacja atmosferyczna Thomasa Newcomena (1712) wykazały ogromny potencjał wykorzystania pary do wykonywania prac mechanicznych. Początkowo maszyny parowe wypompowywały wodę z kopalń i podnosiły ładunki, ale do połowy XVIII wieku w przedsiębiorstwach angielskich było już kilkaset takich instalacji parowych.

Co to jest silnik parowy? Jak para może poruszać kołami? Zasada działania silnika parowego jest prosta. Woda jest podgrzewana w zamkniętym zbiorniku do pary. Para jest odprowadzana rurami do zamkniętego cylindra i wyciska tłok. Ten ruch postępowy jest przenoszony na wał koła zamachowego za pośrednictwem pośredniego korbowodu.

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

Pierwsza porcja pary wylała się w kijach, a schłodzony tłok pod własnym ciężarem opadł do następnego uderzenia. Ten schematyczny schemat działania kotła parowego w praktyce miał istotne wady. Brak systemu kontroli ciśnienia pary często prowadził do wybuchu kotła. Doprowadzenie kotła do stanu technicznego zajęło dużo czasu i paliwa. Ciągłe tankowanie i gigantyczne rozmiary instalacji parowej tylko powiększały listę jej niedociągnięć.

Nowy samochód został zaproponowany przez Jamesa Watta w 1765 roku. Wyciskaną przez tłok parę skierował do dodatkowej komory kondensacyjnej i wyeliminował konieczność ciągłego dolewania wody do kotła. Wreszcie w 1784 r. rozwiązał problem redystrybucji ruchu pary tak, aby popychała tłok w obu kierunkach. Dzięki stworzonej przez niego szpuli parowóz mógł pracować bez przerw między cyklami. Ta zasada działania silnika cieplnego dwustronnego działania stanowiła podstawę większości technologii parowych.

Przy tworzeniu silników parowych pracowało wielu mądrych ludzi. W końcu jest to prosty i tani sposób na czerpanie energii prawie z niczego.

Krótka wycieczka w historię wagonów parowych

Jednak bez względu na to, jak wielkie były sukcesy Brytyjczyków w tej dziedzinie, jako pierwszy silnik parowy umieścił na kołach Francuz Nicolas Joseph Cugno.

Pierwszy samochód parowy Kyunho

Jego samochód pojawił się na drogach w 1765 roku. Prędkość wózka inwalidzkiego wyniosła rekordowe 9,5 km/h. W nim wynalazca przewidział cztery fotele dla pasażerów, które można było toczyć na wietrze ze średnią prędkością 3,5 km/h. Ten sukces nie wystarczył wynalazcy.

Konieczność zatrzymywania się na tankowanie i rozpalanie nowego ognia na każdym kilometrze drogi nie była istotną wadą, a jedynie ówczesnym stanem techniki.

Postanowił wynaleźć traktor do armat. Tak narodził się trójkołowy wózek z masywnym kociołkiem z przodu. Konieczność zatrzymywania się na tankowanie i rozpalanie nowego ognia na każdym kilometrze drogi nie była znaczącą wadą, a jedynie ówczesnym stanem techniki.

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

Maestro Cugno bardziej interesował się pomysłem stworzenia wysokociśnieniowej maszyny parowej. Nie był nawet zakłopotany faktem, że kocioł może eksplodować. To Cuyunho wpadł na pomysł umieszczenia paleniska pod kotłem i zabrania ze sobą „ognia”. Ponadto jego „wóz” można słusznie nazwać pierwszą ciężarówką. Rezygnacja patrona i seria rewolucji uniemożliwiły mistrzowi rozwinięcie modelu w pełnoprawną ciężarówkę.

Samouk Oliver Evans i jego płaz

Pomysł stworzenia maszyn parowych miał uniwersalne proporcje. W stanach Ameryki Północnej wynalazca Oliver Evans stworzył około pięćdziesięciu instalacji parowych opartych na maszynie Watta. Starając się zmniejszyć rozmiar zakładu Jamesa Watta, zaprojektował silniki parowe do młynów mącznych. Jednak Oliver Evans zyskał światową sławę dzięki swojemu amfibii parowej. W 1789 jego pierwszy samochód w Stanach Zjednoczonych pomyślnie przeszedł testy lądowe i wodne.

Na swoim amfibii, którą można nazwać prototypem pojazdów terenowych, Evans zainstalował maszynę z parą o ciśnieniu dziesięciu atmosfer!

Dziewięciometrowy wagon-kadłub ważył około 15 ton. Silnik parowy napędzał tylne koła i śmigło. Nawiasem mówiąc, Oliver Evans był także zwolennikiem wysokociśnieniowej maszyny parowej. Na swoim amfibii, którą można nazwać prototypem pojazdów terenowych, Evans zainstalował maszynę z parą o ciśnieniu dziesięciu atmosfer!

Jeśli wynalazcy z XVIII-XIX wieku mieli pod ręką technologie XXI wieku, czy możesz sobie wyobrazić, ile technologii by wymyślili!? A co za technika!

XX wiek i 204 km / h na wagonie parowym Stanley

Tak! XVIII wiek dał potężny impuls do rozwoju transportu parowego. Liczne i różnorodne konstrukcje samobieżnych wagonów parowych zaczęły coraz bardziej osłabiać transport konny na drogach Europy i Ameryki. Na początku XX wieku samochody napędzane parą znacznie się rozprzestrzeniły i stały się znanym symbolem swoich czasów. Jak również fotografia.

XVIII wiek dał potężny impuls do rozwoju transportu parowego

To właśnie ich firmę fotograficzną sprzedali bracia Stanley, gdy w 1897 roku postanowili poważnie zająć się produkcją samochodów parowych w Stanach Zjednoczonych. Zbudowali dobrze sprzedające się wagony promowe. Ale to nie wystarczyło, aby zrealizować ambitne plany. W końcu byli tylko jednym z wielu tych samych producentów samochodów. Tak było, dopóki nie zaprojektowali swojej „rakiety”.

To właśnie ich firmę fotograficzną sprzedali bracia Stanley, gdy w 1897 roku postanowili poważnie zająć się produkcją samochodów parowych w Stanach Zjednoczonych.

Oczywiście samochody Stanley miały reputację niezawodnych samochodów. Blok parowy znajdował się z tyłu, a kocioł ogrzewano palnikami benzynowymi lub naftowymi. Koło zamachowe dwucylindrowego silnika parowego o podwójnym działaniu obrotowym do tylnej osi za pomocą przekładni łańcuchowej. Stanley Steamer nie miał przypadków wybuchów kotła. Ale potrzebowali plusku.

Oczywiście samochody Stanley miały reputację niezawodnych samochodów.

Swoją „rakietą” zrobili furorę na całym świecie. 205,4 km/h w 1906 roku! Nikt jeszcze nie jechał tak szybko! Samochód z silnikiem spalinowym pobił ten rekord dopiero 5 lat później. Sklejka parowa „Rocket” Stanleya na wiele lat określała kształt samochodów wyścigowych. Ale po 1917 roku Stanley Steemer coraz bardziej doświadczał rywalizacji taniego Forda T i zrezygnował.

Unikalne promy braci Doble

Ta słynna rodzina potrafiła zapewnić przyzwoitą odporność na silniki benzynowe aż do początku lat 30. XX wieku. Nie budowali samochodów rekordowych. Bracia naprawdę kochali swoje promy. W przeciwnym razie, jak inaczej wytłumaczyć wymyśloną przez nich chłodnicę komórkową i przycisk zapłonu? Ich modele nie wyglądały jak małe lokomotywy parowe.

Bracia Abner i John zrewolucjonizowali transport parowy.

Bracia Abner i John zrewolucjonizowali transport parowy. Aby ruszyć, jego samochód nie musiał być rozgrzewany przez 10-20 minut. Przycisk zapłonu pompował naftę z gaźnika do komory spalania. Trafił tam po zapaleniu świecą zapłonową. Woda podgrzała się w ciągu kilku sekund, a po półtorej minuty para wytworzyła niezbędne ciśnienie i można było jechać.

Para spalinowa kierowana była do chłodnicy w celu kondensacji i przygotowania do kolejnych obiegów. Dlatego do płynnego przebiegu 2000 km samochody Doblov potrzebowały tylko dziewięćdziesięciu litrów wody w układzie i kilku litrów nafty. Nikt nie mógł zaoferować takiej ekonomii! Być może to właśnie na Detroit Auto Show w 1917 roku Stanley zapoznał się z modelem braci Doble i zaczął ograniczać ich produkcję.

Model E stał się najbardziej luksusowym samochodem drugiej połowy lat 20-tych i najnowszą wersją wagonu promowego Doblov. Skórzane wnętrze, polerowane drewno i kości słonia zachwycały zamożnych właścicieli we wnętrzu samochodu. W takiej kabinie można było cieszyć się biegiem z prędkością do 160 km/h. Tylko 25 sekund dzieliło moment zapłonu od momentu startu. Kolejne 10 sekund zajęło samochodowi ważącemu 1,2 tony przyspieszenie do 120 km/h!

Wszystkie te cechy wysokiej prędkości zostały uwzględnione w czterocylindrowym silniku. Dwa tłoki zostały wypchnięte parą pod wysokim ciśnieniem 140 atmosfer, podczas gdy pozostałe dwa wysłały schłodzoną parę o niskim ciśnieniu do chłodnicy o strukturze plastra miodu. Ale w pierwszej połowie lat 30. ci przystojni bracia Doble nie byli już produkowani.

Ciężarówki parowe

Nie należy jednak zapominać, że w transporcie towarowym dynamicznie rozwijała się również trakcja parowa. To właśnie w miastach samochody parowe powodowały alergie wśród snobów. Ale towar musi być dostarczony przy każdej pogodzie i nie tylko w mieście. A co z autobusami międzymiastowymi i sprzętem wojskowym? Nie można tam wysiąść małymi samochodami.

Transport towarowy ma jedną istotną przewagę nad transportem pasażerskim - jego wymiary.

Transport towarowy ma jedną istotną przewagę nad transportem pasażerskim - jego wymiary. To one pozwalają na umieszczenie potężnych elektrowni w dowolnym miejscu w samochodzie. Co więcej, zwiększy tylko nośność i zdolność do jazdy w terenie. Nie zawsze zwraca się uwagę na to, jak będzie wyglądała ciężarówka.

Wśród ciężarówek parowych chciałbym zwrócić uwagę na angielski Sentinel i sowiecki NAMI. Oczywiście było wiele innych, np. Foden, Fowler, Yorkshire. Ale to Sentinel i NAMI okazały się najbardziej wytrwałe i były produkowane do końca lat 50. ubiegłego wieku. Mogli pracować na dowolnym paliwie stałym - węglu, drewnie, torfie. „Wszystkożerny charakter” tych ciężarówek odróżniał je od wpływu cen produktów naftowych, a także pozwalał na stosowanie ich w trudno dostępnych miejscach.

Pracoholik Sentinel z angielskim akcentem

Te dwie ciężarówki różnią się nie tylko krajem produkcji. Inne były również zasady rozmieszczenia wytwornic pary. Santinele charakteryzują się górnym i dolnym ustawieniem silników parowych względem kotła. W górnym położeniu wytwornica pary dostarczała gorącą parę bezpośrednio do komory silnika, która była połączona z osiami za pomocą układu kardana. Dzięki dolnemu usytuowaniu silnika parowego, czyli na podwoziu, kocioł podgrzewał wodę i dostarczał parę do silnika rurami, co gwarantowało straty temperatury.

Santinele charakteryzują się górnym i dolnym ustawieniem silników parowych względem kotła.

Obecność napędu łańcuchowego od koła zamachowego silnika parowego do przegubów Cardana była typowa dla obu typów. Pozwoliło to projektantom ujednolicić produkcję Santineli w zależności od klienta. Dla krajów gorących, takich jak Indie, produkowano ciężarówki parowe z niższą, odseparowaną lokalizacją kotła i silnika. Dla krajów o mroźnych zimach - z górnym, kombinowanym typem.

Dla krajów gorących, takich jak Indie, produkowano ciężarówki parowe z niższą, odseparowaną lokalizacją kotła i silnika.

W tych ciężarówkach zastosowano wiele sprawdzonych technologii. Szpule i zawory dystrybucji pary, silniki jedno- i dwustronnego działania, wysokie lub niskie ciśnienie, z lub bez skrzyni biegów. Nie przedłużyło to jednak żywotności angielskich parowozów. Choć produkowano je do końca lat 50. XX wieku, a nawet służyły w służbie wojskowej przed i podczas II wojny światowej, nadal były nieporęczne i przypominały nieco parowozy. A ponieważ nie było osób zainteresowanych ich radykalną modernizacją, ich los był przesądzony.

Choć produkowano je do końca lat 50. XX wieku, a nawet służyły w służbie wojskowej przed i podczas II wojny światowej, nadal były nieporęczne i przypominały nieco parowozy.

Do kogo co, ale do nas - US

Aby podnieść rozdartą wojną gospodarkę Związku Radzieckiego, konieczne było znalezienie sposobu, aby nie marnować zasobów ropy, przynajmniej w trudno dostępnych miejscach - na północy kraju i na Syberii. Radzieccy inżynierowie otrzymali możliwość przestudiowania projektu Santinela z czterocylindrowym silnikiem parowym o bezpośrednim działaniu podwieszanym i opracowania swojej „odpowiedzi na Chamberlaina”.

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

W latach 30. rosyjskie instytuty i biura projektowe wielokrotnie podejmowały próby stworzenia alternatywnej ciężarówki dla przemysłu drzewnego. Ale za każdym razem sprawa zatrzymywała się na etapie testów. Korzystając z własnego doświadczenia i możliwości zbadania przechwyconych pojazdów promowych, inżynierom udało się przekonać przywódców kraju o potrzebie takiej ciężarówki parowej. Ponadto benzyna była 24 razy droższa niż węgiel. A przy kosztach drewna opałowego w tajdze nie można nawet o tym wspomnieć.

Grupa projektantów pod przewodnictwem Yu Shebalina maksymalnie uprościła jednostkę parową. Połączyli czterocylindrowy silnik i kocioł w jedną jednostkę i umieścili ją między nadwoziem a kabiną. Umieściliśmy tę instalację na podwoziu seryjnego YaAZ (MAZ) -200. Pracę pary i jej kondensację połączono w obiegu zamkniętym. Dostawa wlewków z bunkra odbywała się automatycznie.

Tak narodziło się NAMI-012, a właściwie na leśnym terenie. Oczywiście zasada bunkrowego zasilania paliwem stałym i umieszczenie silnika parowego na ciężarówce zostały zapożyczone z praktyki generatorów gazu.

Losy właściciela lasów - NAMI-012

Charakterystyka parowej domowej ciężarówki z platformą i transportera drewna NAMI-012 była następująca

• Nośność - 6 ton
• Prędkość - 45 km/h
• Zasięg bez tankowania to 80 km, jeśli można było odnowić dopływ wody, to 150 km
• Moment obrotowy przy niskich prędkościach - 240 kgm, czyli prawie 5 razy wyższy niż wskaźniki podstawy YAZ-200
• Kocioł z naturalną cyrkulacją wytworzył ciśnienie 25 atmosfer i doprowadził parę do temperatury 420°C
• Możliwe było uzupełnianie zapasów wody bezpośrednio ze zbiornika poprzez eżektory
• Całkowicie metalowa kabina nie miała maski i została przesunięta do przodu
• Prędkość regulowana była ilością pary w silniku za pomocą dźwigni posuwu/odcięcia. Z jego pomocą butle zostały napełnione do 25/40/75%.
• Jeden bieg wsteczny i trzy pedały.

Poważnymi mankamentami parowozu było zużycie 400 kg drewna opałowego na 100 km toru oraz konieczność pozbycia się wody w kotle w warunkach mrozu.

Poważnymi mankamentami parowozu było zużycie 400 kg drewna opałowego na 100 km toru oraz konieczność pozbycia się wody w kotle w warunkach mrozu. Ale główną wadą, która była obecna w pierwszej próbce, była słaba przepuszczalność w stanie nieobciążonym. Potem okazało się, że przednia oś była przeciążona przez kabinę i jednostkę parową, w porównaniu z tylną. Poradzili sobie z tym zadaniem, instalując zmodernizowaną elektrownię parową na napędzie na wszystkie koła YaAZ-214. Teraz pojemność ciężarówki do przewozu drewna NAMI-018 została zwiększona do 125 koni mechanicznych.

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

Ale nie mając czasu na rozprzestrzenienie się po całym kraju, ciężarówki z generatorami pary zostały wyrzucone w drugiej połowie lat 50. ubiegłego wieku. Jednak wraz z generatorami gazu. Ponieważ koszt konwersji samochodów, korzyści ekonomiczne i łatwość użytkowania były czasochłonne i wątpliwe w porównaniu z ciężarówkami benzynowymi i wysokoprężnymi. Co więcej, do tego czasu w Związku Radzieckim już powstawało wydobycie ropy naftowej.

Szybki i niedrogi nowoczesny wagon parowy

Nie myśl, że idea samochodu napędzanego parą została zapomniana na zawsze. Obecnie obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania silnikami, alternatywnymi silnikami spalinowymi na benzynę i olej napędowy. Światowe rezerwy ropy nie są nieograniczone. Tak, a koszty produktów naftowych stale rosną. Projektanci tak bardzo starali się ulepszyć silnik spalinowy, że ich pomysły prawie osiągnęły granicę.

Samochody elektryczne, samochody wodorowe, generatory gazu i samochody parowe ponownie stały się gorącymi tematami. Witaj zapomniany XIX wiek!

Obecnie obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania silnikami, alternatywnymi silnikami spalinowymi na benzynę i olej napędowy.

Brytyjski inżynier (znów Anglia!) zademonstrował nowe możliwości maszyny parowej. Stworzył swoje Inspuration nie tylko po to, aby zademonstrować znaczenie samochodów napędzanych parą. Jego pomysł jest stworzony do rekordów. 274 km/h – to prędkość, z jaką rozpędza się dwanaście kotłów zainstalowanych na 7,6 metrowym samochodzie. Tylko 40 litrów wody wystarczy, aby skroplony gaz dosłownie w jednej chwili podniósł temperaturę pary do 400 ° C. Pomyśl tylko, że 103 lata zajęło historii pobicie rekordu prędkości samochodu parowego ustanowionego przez Rocket!

W nowoczesnej wytwornicy pary można wykorzystać węgiel w postaci proszku lub inne tanie paliwo np. olej opałowy, gaz płynny. Dlatego samochody parowe zawsze były i będą popularne.

Ale aby przyszła przyszłość przyjazna środowisku, konieczne jest ponowne pokonanie oporu lobbystów naftowych.