Principiul de funcționare al motorului cu abur

Cuprins

adnotare

1. Partea teoretică

1.1 Cronologie

1.2 Motor cu abur

1.2.1 Cazan de abur

1.2.2 Turbine cu abur

1.3 Motoare cu abur

1.3.1 Primele bărci cu aburi

1.3.2 Nașterea vehiculelor cu două roți

1.4 Utilizarea motoarelor cu abur

1.4.1 Avantajul motoarelor cu abur

1.4.2 Eficiență

2. Partea practică

2.1 Construirea mecanismului

2.2 Modalități de îmbunătățire a mașinii și a eficienței acesteia

2.3 Chestionar

Concluzie

Bibliografie

Apendice

motor cu aburiacțiune utilă

adnotare

Această lucrare științifică este formată din 32 de fișe, care include o parte teoretică, o parte practică, o aplicație și o concluzie. În partea teoretică, veți afla despre principiul funcționării motoarelor și mecanismelor cu abur, despre istoria acestora și rolul aplicării lor în viață. Partea practică detaliază procesul de proiectare și testare a mecanismului de abur acasă. Această lucrare științifică poate servi ca un exemplu clar al muncii și utilizării energiei aburului.

Introducere

Lumea supusă oricăror capricii ale naturii, în care mașinile sunt conduse de puterea musculară sau de puterea roților de apă și a morilor de vânt - aceasta a fost lumea tehnologiei înainte de crearea unui motor cu abur. pe foc, este capabil să îndepărteze un obstacol ( de exemplu, o foaie de hârtie) care se află în cale. Acest lucru a făcut o persoană să se gândească la modul în care aburul poate fi folosit ca fluid de lucru. Drept urmare, după multe experimente, a apărut o mașină cu abur. Și imaginați-vă fabrici cu coșuri fumigene, mașini cu abur și turbine, locomotive cu abur și nave cu abur - întreaga lume complexă și puternică a ingineriei cu abur creată de om. Motorul cu abur a fost practic singurul motor universal și a jucat un rol uriaș în dezvoltarea omenirii.Invenția motorului cu abur a servit ca un impuls pentru dezvoltarea ulterioară a vehiculelor. Timp de o sută de ani, a fost singurul motor industrial, a cărui versatilitate i-a permis să fie folosit în fabrici, căi ferate și marină.Invenția motorului cu abur este o descoperire uriașă, situându-se la cumpăna a două ere. Și după secole, întreaga semnificație a acestei invenții este simțită și mai puternic.

Ipoteză:

Este posibil să construiți cu propriile mâini cel mai simplu mecanism care a funcționat pentru un cuplu.

Scopul lucrării: proiectarea unui mecanism capabil să se miște pe o pereche.

Obiectiv de cercetare:

1. Studiați literatura științifică.

2. Proiectează și construiește cel mai simplu mecanism care a funcționat pe abur.

3. Luați în considerare oportunitățile de a crește eficiența în viitor.

Această lucrare științifică va servi drept manual în lecțiile de fizică pentru elevii de liceu și pentru cei care sunt interesați de această temă.

1. TeoReparte tic

Motor cu abur - un motor cu piston termic în care energia potențială a vaporilor de apă provenind dintr-un cazan cu abur este transformată în lucru mecanic al mișcării alternative a pistonului sau mișcării de rotație a arborelui.

Aburul este unul dintre purtătorii de căldură obișnuiți în sistemele termice cu un lichid de lucru lichid sau gazos încălzit împreună cu apă și uleiuri termice. Vaporii de apă au o serie de avantaje, inclusiv ușurința și flexibilitatea în utilizare, toxicitatea scăzută și capacitatea de a furniza o cantitate semnificativă de energie procesului. Poate fi utilizat într-o varietate de sisteme care implică contactul direct al lichidului de răcire cu diferite elemente ale echipamentului, contribuind efectiv la reducerea costurilor cu energia, reducerea emisiilor și o amortizare rapidă.

Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii, stabilită empiric și constând în faptul că energia unui sistem fizic izolat (închis) se conservă în timp. Cu alte cuvinte, energia nu poate apărea din nimic și nu poate dispărea în nicăieri, ea poate trece doar de la o formă la alta. Din punct de vedere fundamental, conform teoremei lui Noether, legea conservării energiei este o consecință a omogenității timpului și în acest sens este universală, adică inerentă sistemelor de natură fizică foarte diferită.

1.1 Cronologie

4000 î.Hr e. - omul a inventat roata.

3000 î.Hr e. - primele drumuri au apărut în Roma antică.

2000 î.Hr e. - roata ne-a devenit mai familiară. Avea un butuc, o jantă și spițe care le legau.

1700 î.Hr e. - au aparut primele drumuri pavate cu blocuri de lemn.

312 î.Hr e. - Primele drumuri asfaltate au fost construite în Roma antică. Grosimea zidăriei a ajuns la un metru.

1405 - au apărut primele trăsuri trase de cai de primăvară.

1510 - o trăsură trasă de cai a dobândit un corp cu pereți și acoperiș. Pasagerii au posibilitatea de a se proteja de vremea rea ​​în timpul călătoriei.

1526 - Omul de știință și artistul german Albrecht Dürer a dezvoltat un proiect interesant de „căruță fără cai” condusă de puterea musculară a oamenilor. Oamenii care mergeau pe partea laterală a căruciorului au rotit mânere speciale. Această rotație era transmisă roților căruciorului cu ajutorul unui angrenaj melcat. Din pacate, vagonul nu a fost facut.

1600 - Simon Stevin a construit un iaht pe roți, deplasându-se sub influența forței vântului. Ea a devenit primul design al unei căruțe fără cai.

1610 - trăsurile au suferit două îmbunătățiri semnificative. În primul rând, curelele nesigure și prea moi care legănau pasagerii în timpul călătoriei au fost înlocuite cu arcuri de oțel. În al doilea rând, hamul cailor a fost îmbunătățit. Acum calul a tras trăsura nu cu gâtul, ci cu pieptul.

1649 - a trecut primele teste privind utilizarea ca forță motrice a unui arc, răsucit anterior de o persoană. Căruciorul cu arc a fost construit de Johann Hauch în Nürnberg. Cu toate acestea, istoricii pun la îndoială această informație, deoarece există o versiune conform căreia, în loc de un arc mare, în interiorul trăsurii s-a așezat o persoană, care a pus mecanismul în mișcare.

1680 - au apărut primele mostre de transport public tras de cai în orașele mari.

1690 - Stefan Farffler din Nürnberg a creat un car cu trei roti care se misca cu ajutorul a doua manere rotite de maini. Datorită acestui antrenament, proiectantul de vagoane s-a putut deplasa dintr-un loc în altul fără ajutorul picioarelor sale.

1698 - Englezul Thomas Savery a construit primul cazan cu abur.

1741 - Mecanic autodidact rus Leonty Lukyanovich Shamshurenkov a trimis un „raport” care descrie o „trăsură care rulează singur” la biroul provincial Nijni Novgorod.

1769 - Inventatorul francez Cugno a construit prima mașină cu abur din lume.

1784 - James Watt construiește primul motor cu abur.

1791 - Ivan Kulibin a proiectat un vagon autopropulsat cu trei roți care putea găzdui doi pasageri. Conducerea a fost efectuată folosind un mecanism de pedală.

1794 - Mașina cu abur a lui Cugno a fost predată „depozitului de mașini, unelte, modele, desene și descrieri de tot felul de arte și meșteșuguri” ca o altă curiozitate mecanică.

1800 - există opinia că în acest an a fost construită prima bicicletă din lume în Rusia. Autorul său a fost iobagul Yefim Artamonov.

1808 - A apărut prima bicicletă franceză pe străzile Parisului. Era din lemn și era alcătuit dintr-o bară transversală care leagă două roți. Spre deosebire de bicicleta modernă, nu avea ghidon sau pedale.

1810 - industria trăsurilor a început să apară în America și în țările europene. În orașele mari au apărut străzi întregi și chiar cartiere populate de maeștri autocarori.

1816 - Inventatorul german Carl Friedrich Dries a construit o mașină care seamănă cu o bicicletă modernă. De îndată ce a apărut pe străzile orașului, a primit denumirea de „mașină care alergă”, deoarece proprietarul ei, împingând cu picioarele, alerga de fapt de-a lungul pământului.

1834 - un echipaj de navigație proiectat de M. Hakuet a fost testat la Paris. Acest echipaj avea un catarg înalt de 12 m.

1868 - Se crede că în acest an francezul Erne Michaud a creat prototipul motocicletei moderne.

1871 - Inventatorul francez Louis Perrault a dezvoltat un motor cu abur pentru biciclete.

1874 - un tractor cu roți cu abur a fost construit în Rusia. Mașina engleză „Evelyn Porter” a fost folosită ca prototip.

1875 - Primul motor cu abur al lui Amadeus Bdlly a fost demonstrat la Paris.

1884 - Americanul Louis Copland a construit o motocicletă pe care a fost montat un motor cu abur deasupra roții din față. Acest design ar putea accelera până la 18 km/h.

1901 - în Rusia, a fost construită o mașină cu abur de pasageri a fabricii de biciclete din Moscova „Duks”.

1902 - Leon Serpollet pe una dintre mașinile sale cu abur a stabilit un record mondial de viteză - 120 km/h.

Un an mai târziu, a stabilit un alt record - 144 km/h.

1905 - Americanul F. Marriott pe o mașină cu abur a depășit viteza de 200 km

1.2 Aburmotor

Un motor alimentat cu abur. Aburul produs de încălzirea apei este folosit pentru propulsie. La unele motoare, aburul forțează pistoanele din cilindri să se miște. Aceasta creează o mișcare alternativă. Mecanismul conectat îl transformă de obicei în mișcare de rotație. Locomotivele cu abur (locomotivele) folosesc motoare cu piston. Turbinele cu abur sunt folosite și ca motoare, care dau mișcare directă de rotație prin rotirea unei serii de roți cu palete. Turbinele cu abur antrenează generatoarele de energie și elicele navelor. În orice motor cu abur, căldura generată de încălzirea apei într-un cazan cu abur (cazan) este transformată în energie de mișcare. Căldura poate fi furnizată din arderea combustibilului într-un cuptor sau dintr-un reactor nuclear. Prima mașină cu abur din istorie a fost un fel de pompă, cu ajutorul căreia pompau apa care inundă minele. A fost inventat în 1689 de Thomas Savery. În această mașină, cu un design destul de simplu, aburul s-a condensat într-o cantitate mică de apă și, din această cauză, a fost creat un vid parțial, datorită căruia apa a fost aspirată din puțul minei. În 1712, Thomas Newcomen a inventat pompa cu piston alimentată cu abur. În anii 1760 James Watt a îmbunătățit designul lui Newcomen și a creat motoare cu abur mult mai eficiente. Curând au fost folosite în fabrici pentru a alimenta mașinile-unelte. În 1884, inginerul englez Charles Parson (1854-1931) a inventat prima turbină practică cu abur. Proiectele sale au fost atât de eficiente încât au început curând să înlocuiască motoarele cu abur alternativ în centralele electrice. Cea mai uimitoare realizare în domeniul motoarelor cu abur a fost crearea unui motor cu abur complet închis, funcțional, de dimensiuni microscopice. Oamenii de știință japonezi l-au creat folosind tehnici folosite pentru a realiza circuite integrate. Un curent mic care trece prin elementul de încălzire electric transformă picătura de apă în abur, care mișcă pistonul. Acum oamenii de știință trebuie să descopere în ce domenii poate găsi acest dispozitiv aplicații practice.

Revoluția industrială a început la mijlocul secolului al XVIII-lea. în Anglia odată cu apariţia şi introducerea maşinilor tehnologice în producţia industrială. Revoluția industrială a fost o înlocuire a producției manuale, artizanale și manufacturiere cu producția din fabrică de mașini.

Creșterea cererii de mașini care nu mai erau construite pentru fiecare instalație industrială specifică, ci pentru piață și au devenit marfă, a dus la apariția ingineriei mecanice, o nouă ramură a producției industriale. S-a născut producția de mijloace de producție.

Utilizarea pe scară largă a mașinilor tehnologice a făcut ca a doua fază a revoluției industriale să fie absolut inevitabilă - introducerea în producție a unui motor universal.

Dacă mașinile vechi (pestle, ciocane etc.), care primeau mișcare de la roțile de apă, se mișcau încet și aveau un curs neuniform, atunci cele noi, în special mașinile de filat și țesut, necesitau mișcare de rotație cu viteză mare. Astfel, cerințele pentru caracteristicile tehnice ale motorului au dobândit noi caracteristici: un motor universal trebuie să dea lucru sub forma unei mișcări de rotație unidirecționale, continue și uniforme.

În aceste condiții, apar modele de motoare care încearcă să răspundă cerințelor urgente ale producției. În Anglia, au fost emise mai mult de o duzină de brevete pentru motoare universale cu o mare varietate de sisteme și modele.

Cu toate acestea, mașinile create de inventatorul rus Ivan Ivanovich Polzunov și englezul James Watt sunt considerate primele motoare cu abur universale care funcționează practic.

În mașina lui Polzunov, de la boiler, prin țevi, abur cu o presiune puțin mai mare decât atmosferică era furnizat alternativ la doi cilindri cu pistoane. Pentru a îmbunătăți etanșarea, pistoanele au fost umplute cu apă. Prin intermediul unor tije cu lanțuri, mișcarea pistoanelor era transmisă blănurilor a trei cuptoare de topire a cuprului.

Construcția mașinii lui Polzunov a fost finalizată în august 1765. Avea o înălțime de 11 metri, o capacitate a cazanului de 7 metri, o înălțime a cilindrului de 2,8 metri și o putere de 29 kW.

Mașina lui Polzunov a creat o forță continuă și a fost prima mașină universală care putea fi folosită pentru a pune în mișcare orice mecanism din fabrică.

Watt și-a început munca în 1763 aproape simultan cu Polzunov, dar cu o abordare diferită a problemei motorului și într-un cadru diferit. Polzunov a început cu o declarație energetică generală a problemei înlocuirii complete a hidrocentralelor dependente de condițiile locale cu un motor termic universal. Watt a început cu o sarcină privată - să îmbunătățească eficiența motorului Newcomen în legătură cu munca care i-a fost încredințată ca mecanic la Universitatea din Glasgow (Scoția) pentru a repara un model de instalație de abur care drenează apa.

Motorul lui Watt a primit finalizarea industrială finală în 1784. În motorul cu abur al lui Watt, doi cilindri au fost înlocuiți cu unul închis. Aburul a acționat alternativ pe ambele părți ale pistonului, împingându-l mai întâi într-o direcție, apoi în cealaltă. Într-o astfel de mașină cu dublă acțiune, aburul de evacuare a fost condensat nu în cilindru, ci într-un vas separat de acesta - un condensator. Constanța vitezei volantului a fost menținută de un regulator de viteză centrifugal.

Principalul dezavantaj al primelor motoare cu abur a fost eficiența scăzută, nu depășind 9%, eficiența.

Specializarea centralelor cu abur și dezvoltarea ulterioară

motoare cu aburi

Extinderea domeniului de aplicare al motorului cu abur a necesitat o versatilitate tot mai mare. A început specializarea centralelor termice. Instalațiile de ridicare a apei și de abur din mine au continuat să fie îmbunătățite. Dezvoltarea producției metalurgice a stimulat îmbunătățirea suflantelor. Au apărut suflante centrifuge cu motoare cu abur de mare viteză. Centralele cu abur rulant și ciocanele cu abur au început să fie folosite în metalurgie. O nouă soluție a fost găsită în 1840 de J. Nesmith, care a combinat o mașină cu abur cu un ciocan.

O direcție independentă a fost formată din locomobile - centrale mobile cu abur, a căror istorie începe în 1765, când constructorul englez J. Smeaton a dezvoltat o unitate mobilă. Cu toate acestea, locomobilele au primit o distribuție notabilă abia de la mijlocul secolului al XIX-lea.

După 1800, când s-a încheiat termenul de zece ani al privilegiilor lui Watt și Bolton, care a adus un capital enorm partenerilor, alți inventatori au primit în sfârșit mână liberă. Aproape imediat, au fost implementate metode progresive nefolosite de Watt: presiune mare și expansiune dublă. Respingerea balansierului și utilizarea expansiunii multiple a aburului în mai mulți cilindri au condus la crearea de noi forme structurale de motoare cu abur. Motoarele cu dublă expansiune au început să prindă contur sub forma a doi cilindri: presiune înaltă și presiune joasă, fie ca mașini compuse cu un unghi de fixare între manivele de 90 °, fie ca mașini tandem în care ambele pistoane sunt montate pe o tijă comună și lucrează la o manivela.

De mare importanță pentru creșterea eficienței motoarelor cu abur a fost utilizarea aburului supraîncălzit de la mijlocul secolului al XIX-lea, al cărui efect a fost subliniat de omul de știință francez G.A. Girn. Trecerea la utilizarea aburului supraîncălzit în cilindrii motoarelor cu abur a necesitat o muncă îndelungată la proiectarea bobinelor cilindrice și a mecanismelor de distribuție a supapelor, dezvoltarea tehnologiei de obținere a uleiurilor minerale lubrifiante care pot rezista la temperaturi ridicate și proiectarea de noi tipuri. de etanșări, în special cu ambalaj metalic, pentru a trece treptat de la abur saturat la abur supraîncălzit cu o temperatură de 200 - 300 de grade Celsius.

Ultimul pas major în dezvoltarea motoarelor cu piston cu abur a fost inventarea mașinii cu abur care trece o singură dată, realizată de profesorul german Stumpf în 1908.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea s-au format practic toate formele constructive de motoare cu piston cu abur.

O nouă direcție în dezvoltarea motoarelor cu abur a apărut atunci când acestea au fost folosite ca motoare ale generatoarelor electrice la centralele electrice din anii 80 - 90 ai secolului al XIX-lea.

Cerința pentru viteză mare, uniformitate ridicată a mișcării de rotație și putere în creștere continuă a fost impusă motorului primar al generatorului electric.

Capacitățile tehnice ale mașinii cu abur cu piston - mașina cu abur - care a fost motorul universal al industriei și transportului de-a lungul întregului secol al XIX-lea, nu mai corespundeau nevoilor apărute la sfârșitul secolului al XIX-lea în legătură cu construcția puterii. plantelor. Aceștia ar putea fi mulțumiți numai după crearea unui nou motor termic - o turbină cu abur.

fierbător cu aburi

Primele cazane de abur foloseau abur la presiune atmosferică. Prototipurile cazanelor cu abur au fost proiectarea cazanelor digestive, din care a apărut termenul „cazan” care a supraviețuit până în zilele noastre.

Creșterea puterii motoarelor cu abur a dat naștere tendinței încă existente în construcția cazanelor: o creștere a

capacitatea de abur - cantitatea de abur produsă de centrală pe oră.

Pentru a atinge acest obiectiv, au fost instalate două sau trei cazane pentru a alimenta un cilindru. În special, în 1778, conform proiectului inginerului englez D. Smeaton, a fost construită o uzină cu trei cazane pentru pomparea apei din docurile maritime Kronstadt.

Cu toate acestea, dacă creșterea puterii unitare a centralelor cu abur a necesitat o creștere a producției de abur a unităților de cazane, atunci pentru a crește eficiența, a fost necesară o creștere a presiunii aburului, pentru care au fost necesare cazane mai durabile. Astfel a apărut a doua tendință și încă activă în construcția cazanelor: creșterea presiunii. Deja la sfârșitul secolului al XIX-lea presiunea din cazane a ajuns la 13-15 atmosfere.

Cerința de creștere a presiunii era contrară dorinței de creștere a capacității de abur a cazanelor. O minge este cea mai bună formă geometrică a unui vas care poate rezista la o presiune internă ridicată, oferă o suprafață minimă pentru un volum dat și este necesară o suprafață mare pentru a crește producția de abur. Cea mai acceptabilă a fost folosirea unui cilindru – forma geometrică care urmează mingii din punct de vedere al rezistenței. Cilindrul vă permite să-și măriți în mod arbitrar suprafața prin creșterea lungimii. În 1801 O. Ehns în SUA a construit un cazan cilindric cu un cuptor interior cilindric cu o presiune extrem de mare pentru acea vreme, aproximativ 10 atmosfere. În 1824 St. Litvinov din Barnaul a dezvoltat un proiect al unei centrale electrice originale cu abur, cu o unitate de cazan cu trecere o dată, constând din tuburi cu aripioare.

Pentru a crește presiunea cazanului și debitul de abur, a fost necesar să se reducă diametrul cilindrului (rezistența) și să se mărească lungimea acestuia (productivitate): cazanul s-a transformat într-o țeavă. Existau două moduri de zdrobire a unităților de cazan: calea de gaz a cazanului sau spațiul de apă a fost zdrobit. Astfel, au fost definite două tipuri de cazane: tub de foc și tub de apă.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, au fost dezvoltate generatoare de abur suficient de fiabile, care au făcut posibilă o capacitate de abur de până la sute de tone de abur pe oră. Cazanul de abur era o combinație de țevi de oțel cu pereți subțiri de diametru mic. Aceste conducte, cu grosimea peretelui de 3-4 mm, pot rezista la presiuni foarte mari. Performanța ridicată se realizează datorită lungimii totale a țevilor. Până la mijlocul secolului al XIX-lea, se dezvoltase un tip constructiv de cazan cu abur cu un mănunchi de țevi drepte, ușor înclinate, rostogolite în pereții plani ai două camere - așa-numitul cazan cu tuburi de apă. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea a apărut un cazan vertical cu tuburi de apă, având forma a două butoaie cilindrice legate printr-un mănunchi vertical de țevi. Aceste cazane, cu tamburele lor, ar putea rezista la presiuni mai mari.

În 1896, la Târgul All-Rusian din Nijni Novgorod, a fost demonstrată boilerul lui V.G. Shukhov. Cazanul original pliabil al lui Shukhov era transportabil, avea un cost redus și un consum redus de metal. Șuhov a fost primul care a propus un ecran de cuptor, care este folosit în timpul nostru. t£L ##0#lfo 9-1* #5^^^

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, cazanele cu abur cu tuburi de apă au făcut posibilă obținerea unei suprafețe de încălzire de peste 500 m și o productivitate de peste 20 de tone de abur pe oră, care a crescut de 10 ori la mijlocul secolului al XX-lea.

Motoarele cu abur au fost instalate și au alimentat majoritatea locomotivelor cu abur de la începutul anilor 1800 până în anii 1950. Aș dori să remarc că principiul de funcționare al acestor motoare a rămas întotdeauna neschimbat, în ciuda modificării designului și dimensiunilor lor.

O ilustrație animată arată cum funcționează un motor cu abur.

Pentru generarea aburului furnizat motorului s-au folosit cazane care functionau atat pe lemne si carbune, cat si pe combustibili lichizi.

Prima măsură

Aburul din cazan intră în camera de abur, din care intră în partea superioară (față) a cilindrului prin supapa supapei de abur (indicată cu albastru). Presiunea creată de abur împinge pistonul în jos până la BDC. În timpul mișcării pistonului de la PMS la BDC, roata face o jumătate de rotație.

Eliberare

La sfârșitul cursei pistonului către BDC, supapa de abur este deplasată, eliberând aburul rămas prin orificiul de evacuare situat sub supapă. Restul aburului izbucnește, creând sunetul caracteristic motoarelor cu abur.

A doua măsură

În același timp, deplasarea supapei pentru a elibera restul de abur deschide intrarea aburului în partea inferioară (spate) a cilindrului. Presiunea creată de aburul din cilindru face ca pistonul să se deplaseze la PMS. În acest moment, roata face încă o jumătate de rotație.

Eliberare

La sfârșitul mișcării pistonului către PMS, aburul rămas este eliberat prin același orificiu de evacuare.

Ciclul se repetă din nou.

Motorul cu abur are un așa-numit. punct mort la sfârșitul fiecărei curse când supapa trece de la cursa de expansiune la cursa de evacuare. Din acest motiv, fiecare motor cu abur are doi cilindri, permițând pornirea motorului din orice poziție.

Un motor cu abur este un motor termic în care energia potențială a aburului în expansiune este convertită în energie mecanică dată consumatorului.

Ne vom familiariza cu principiul de funcționare al mașinii folosind diagrama simplificată din Fig. unu.

În interiorul cilindrului 2 este un piston 10 care se poate mișca înainte și înapoi sub presiunea aburului; cilindrul are patru canale care pot fi deschise și închise. Două canale superioare de abur1 Și3 sunt conectate printr-o conductă la cazanul de abur, iar prin ele poate pătrunde abur proaspăt în cilindru. Prin cele două capace inferioare 9 și 11, perechea, care a finalizat deja lucrarea, este eliberată din cilindru.

Diagrama arată momentul în care canalele 1 și 9 sunt deschise, canalele 3 și11 închis. Prin urmare, abur proaspăt de la cazan prin canal1 intră în cavitatea stângă a cilindrului și, cu presiunea acestuia, deplasează pistonul spre dreapta; în acest moment, aburul de evacuare este îndepărtat din cavitatea dreaptă a cilindrului prin canalul 9. Cu poziția extremă dreaptă a pistonului, canalele1 Și9 sunt închise, iar 3 pentru intrarea aburului proaspăt și 11 pentru evacuarea aburului de evacuare sunt deschise, drept urmare pistonul se va deplasa spre stânga. În poziția extremă din stânga a pistonului, canalele se deschid1 și 9 și canalele 3 și 11 sunt închise și procesul se repetă. Astfel, se creează o mișcare alternativă rectilinie a pistonului.

Pentru a transforma această mișcare în rotație, se folosește așa-numitul mecanism manivelă. Este alcătuit dintr-o tijă de piston - 4, legată la un capăt de piston, iar la celălalt, pivotant, prin intermediul unui glisor (trapă) 5, alunecând între paralelele de ghidare, cu o tijă de legătură 6, care transmite mișcarea către arborele principal 7 prin genunchiul sau manivela 8.

Cantitatea de cuplu pe arborele principal nu este constantă. Într-adevăr, putereaR , îndreptată de-a lungul tulpinii (Fig. 2), poate fi descompusă în două componente:LA îndreptate de-a lungul bielei șiN , perpendicular pe planul paralelelor de ghidare. Forța N nu are efect asupra mișcării, ci doar apasă cursorul pe paralelele de ghidare. PutereLA se transmite de-a lungul bielei si actioneaza asupra manivelei. Aici poate fi din nou descompus în două componente: forțaZ , îndreptată de-a lungul razei manivelei și apăsând arborele împotriva rulmenților, și forțaT perpendicular pe manivelă și determinând rotirea arborelui. Mărimea forței T va fi determinată din luarea în considerare a triunghiului AKZ. Deoarece unghiul ZAK = ? + ?, atunci

T = K păcat (? + ?).

Dar din triunghiul TOC puterea

K= P/ cos ?

de aceea

T= psin( ? + ?) / cos ? ,

În timpul funcționării mașinii pentru o rotație a arborelui, unghiurile? Și? și putereR sunt în continuă schimbare și, prin urmare, mărimea forței de torsiune (tangențială).T de asemenea variabil. Pentru a crea o rotație uniformă a arborelui principal în timpul unei revoluții, pe acesta este montat un volant greu, datorită inerției căreia se menține o viteză unghiulară constantă de rotație a arborelui. În acele momente când putereaT crește, nu poate crește imediat viteza de rotație a arborelui până când volantul accelerează, ceea ce nu se întâmplă instantaneu, deoarece volantul are o masă mare. În acele momente când munca produsă de forța de răsucireT , munca forțelor de rezistență create de consumator devine mai mică, volantul, din nou, datorită inerției sale, nu își poate reduce imediat viteza și, renunțând la energia primită în timpul accelerației sale, ajută pistonul să depășească sarcina.

La pozițiile extreme ale unghiurilor pistonului? +? = 0, deci sin (? + ?) = 0 și, prin urmare, T = 0. Deoarece nu există forță de rotație în aceste poziții, dacă mașina ar fi fără volant, somnul ar trebui să se oprească. Aceste poziții extreme ale pistonului sunt numite poziții moarte sau puncte moarte. Prin ele trece și manivela datorită inerției volantului.

În poziții moarte, pistonul nu este adus în contact cu capacele cilindrilor, între piston și capac rămâne un așa-zis spațiu dăunător. Volumul spațiului dăunător include și volumul canalelor de abur de la organele de distribuție a aburului la cilindru.

Accident vascular cerebralS numită calea parcursă de piston la trecerea dintr-o poziţie extremă în alta. Dacă distanța de la centrul arborelui principal până la centrul știftului manivelei - raza manivelei - este notă cu R, atunci S = 2R.

Deplasarea cilindrului V h numit volumul descris de piston.

De obicei, motoarele cu abur au acțiune dublă (față dublă) (vezi Fig. 1). Uneori se folosesc mașini cu acțiune simplă, în care aburul exercită presiune asupra pistonului doar din partea laterală a capacului; cealaltă parte a cilindrului la astfel de mașini rămâne deschisă.

În funcție de presiunea cu care aburul iese din cilindru, mașinile se împart în evacuare, dacă aburul iese în atmosferă, în condensare, dacă aburul intră în condensator (un frigider în care se menține presiunea redusă), și extragerea căldurii, în pentru care aburul evacuat în mașină este utilizat în orice scop (încălzire, uscare etc.)

MOTOR ROTATOR CU ABUR și MOTOR CU PISTONE AXIAL CU ABUR

Motorul rotativ cu abur (motor cu abur de tip rotativ) este o mașină de putere unică, a cărei dezvoltare nu a fost încă dezvoltată în mod adecvat.

Pe de o parte, diferite modele de motoare rotative au existat în ultima treime a secolului al XIX-lea și chiar au funcționat bine, inclusiv pentru antrenarea dinamurilor pentru a genera energie electrică și a furniza tot felul de obiecte. Dar calitatea și acuratețea fabricării unor astfel de motoare cu abur (motoare cu abur) era foarte primitivă, astfel încât aveau eficiență scăzută și putere redusă. De atunci, motoarele cu abur mici au devenit un lucru din trecut, dar, împreună cu motoarele cu abur alternativ cu adevărat ineficiente și nepromițătoare, motoarele cu abur rotative care au perspective bune au devenit și ele un lucru din trecut.

Motivul principal este că, la nivelul tehnologiei de la sfârșitul secolului al XIX-lea, nu a fost posibil să se realizeze un motor rotativ cu adevărat de înaltă calitate, puternic și durabil.
Prin urmare, din întreaga varietate de motoare cu abur și motoare cu abur, doar turbinele cu abur de o putere enormă (de la 20 MW și peste) au supraviețuit cu succes și în mod activ până în vremea noastră, care reprezintă astăzi aproximativ 75% din producția de energie electrică din țara noastră. Turbinele cu abur de mare putere furnizează, de asemenea, energie din reactoarele nucleare în submarinele de luptă purtătoare de rachete și pe marile spărgătoare de gheață arctice. Dar toate sunt mașini grozave. Turbinele cu abur își pierd dramatic toată eficiența atunci când sunt reduse în dimensiune.

…. De aceea, motoarele cu abur de putere și motoarele cu abur cu putere sub 2000 - 1500 kW (2 - 1,5 MW), care ar funcționa efectiv cu abur obținut din arderea combustibilului solid ieftin și a diverselor deșeuri combustibile gratuite, nu se află acum în lume.
În acest domeniu gol al tehnologiei de astăzi (și o nișă comercială absolut goală, dar foarte nevoie), în această nișă de piață a mașinilor de putere redusă, motoarele rotative cu abur pot și ar trebui să ocupe locul lor foarte demn. Iar nevoie de ele doar în țara noastră este de zeci și zeci de mii... În special mașinile electrice mici și mijlocii pentru generarea autonomă de energie și alimentarea independentă sunt necesare întreprinderilor mici și mijlocii din zonele îndepărtate de orașele mari și centrale mari: - la gatere mici, mine indepartate, in tabere de camp si terenuri forestiere etc., etc.
…..

..
Să aruncăm o privire la factorii care fac motoarele cu abur rotative mai bune decât rudele lor cele mai apropiate, motoarele cu abur sub formă de mașini cu abur alternative și turbine cu abur.
… — 1) Motoarele rotative sunt mașini de putere cu expansiune volumetrică - precum motoarele cu piston. Acestea. au un consum redus de abur pe unitatea de putere, deoarece aburul este furnizat din când în când în cavitățile lor de lucru, și în porțiuni strict măsurate, și nu într-un debit constant din belșug, ca în turbinele cu abur. De aceea, motoarele rotative cu abur sunt mult mai economice decât turbinele cu abur pe unitatea de putere de ieșire.
— 2) Motoarele cu abur rotative au un umăr pentru aplicarea forțelor de gaz care acționează (umărul de cuplu) semnificativ (de multe ori) mai mult decât motoarele cu abur alternative. Prin urmare, puterea dezvoltată de ei este mult mai mare decât cea a motoarelor cu piston cu abur.
— 3) Motoarele rotative cu abur au o cursă de putere mult mai mare decât motoarele cu abur alternative, adică. au capacitatea de a converti cea mai mare parte a energiei interne a aburului în muncă utilă.
— 4) Motoarele rotative cu abur pot funcționa eficient pe abur saturat (umed), permițând fără dificultate condensarea unei părți semnificative a aburului cu trecerea acestuia la apă direct în secțiunile de lucru ale motorului rotativ cu abur. Acest lucru crește, de asemenea, eficiența centralei cu abur folosind un motor rotativ cu abur.
— 5 ) Motoarele rotative cu abur funcționează cu o viteză de 2-3 mii de rotații pe minut, care este viteza optimă pentru generarea de energie electrică, spre deosebire de motoarele cu piston cu turație prea mică (200-600 de rotații pe minut) ale aburului tradițional de tip locomotivă. motoare, sau de la turbine de viteză prea mare (10-20 mii de rotații pe minut).

În același timp, motoarele rotative cu abur sunt tehnologic relativ ușor de fabricat, ceea ce face ca costurile lor de fabricație să fie relativ scăzute. Spre deosebire de turbinele cu abur extrem de scumpe de fabricat.

DECI, REZUMAT AL ACESTUI ARTICOL - un motor rotativ cu abur este o mașină cu abur foarte eficientă pentru transformarea presiunii aburului din căldura arderii combustibilului solid și a deșeurilor combustibile în putere mecanică și în energie electrică.

Autorul acestui site a primit deja mai mult de 5 brevete pentru invenții pe diverse aspecte ale designului motoarelor rotative cu abur. Au fost produse și o serie de motoare rotative mici, cu o putere de la 3 la 7 kW. Acum proiectăm motoare rotative cu abur cu putere de la 100 la 200 kW.
Dar motoarele rotative au un „defect generic” - un sistem complex de etanșări, care pentru motoarele mici se dovedește a fi prea complex, miniatural și scump de fabricat.

În același timp, autorul site-ului dezvoltă motoare cu piston axial cu abur cu mișcare opusă a pistonului. Acest aranjament este cea mai eficientă variație din punct de vedere energetic în ceea ce privește puterea din toate schemele posibile pentru utilizarea unui sistem cu piston.
Aceste motoare de dimensiuni mici sunt ceva mai ieftine și mai simple decât motoarele rotative și etanșările din ele sunt folosite cel mai tradițional și mai simplu.

Mai jos este un videoclip cu un mic motor cu pistoane axiale care se mișcă în sens invers.

În prezent, se fabrică un astfel de motor boxer cu piston axial de 30 kW. Resursa motorului este de așteptat să fie de câteva sute de mii de ore, deoarece turația motorului cu abur este de 3-4 ori mai mică decât turația motorului cu ardere internă, perechea de frecare piston-cilindru este supusă nitrurării ion-plasmă într-un mediu de vid și frecare. duritatea suprafeţei este de 62-64 unităţi.HRC. Pentru detalii despre procesul de întărire a suprafeței prin nitrurare, vezi.

Iată o animație a principiului de funcționare a unui astfel de motor boxer cu piston axial, similar ca aspect, cu o mișcare a pistonului care se apropie