În ce constă un motor cu aburi. Principiul și mecanismul de funcționare al unui motor cu abur cu acțiune dublă

Locuiesc doar pe cărbune și apă și mai am suficientă energie pentru a accelera până la 100 de mile pe oră! Aceasta este exact ceea ce poate face o motorină cu aburi. Deși acești dinozauri mecanici uriași sunt acum dispăruți pe majoritatea căilor ferate din lume, tehnologia aburului trăiește în inimile oamenilor, iar locomotive ca acestea încă servesc drept atracții turistice pe multe căi ferate istorice.

Primele motoare moderne cu abur au fost inventate în Anglia la începutul secolului al XVIII-lea și au marcat începutul Revoluției industriale.

Astăzi ne întoarcem la energia cu abur. Datorită caracteristicilor de proiectare, motorul cu aburi produce mai puțină poluare decât motorul cu combustie internă în timpul combustiei. În această publicație de pe videoclip, vedeți cum funcționează.

Proiectarea și mecanismul de acțiune al motorului cu aburi

Ce a alimentat motorul cu aburi vintage?

Este nevoie de energie pentru a face absolut tot ce vă puteți gândi: călăriți un skateboard, zburați un avion, mergeți la magazine sau conduceți o mașină de-a lungul străzii. Cea mai mare parte a energiei pe care o folosim pentru transport azi provine din petrol, dar acest lucru nu a fost întotdeauna cazul. Până la începutul secolului XX, cărbunele a fost combustibilul preferat al lumii și a pus totul în mișcare: de la trenuri și nave până la avuțiile de vapori maltratate inventate de savantul american Samuel P. Langley, un concurent timpuriu al fraților Wright. Ce este atât de special despre cărbune? Există multe dintre ele în interiorul Pământului, deci a fost relativ ieftin și disponibil pe scară largă.

Cărbunele este o substanță chimică organică, ceea ce înseamnă că se bazează pe un element de carbon. Cărbunele se formează de-a lungul a milioane de ani când rămășițele plantelor moarte sunt îngropate sub pietre, comprimate sub presiune și gătite sub influența căldurii interne a Pământului. De aceea se numește combustibil fosil. Bucățile de cărbune sunt într-adevăr o grămadă de energie. Carbonul din interiorul lor este legat de atomii de hidrogen și oxigen de către compuși numiți legături chimice. Când ardem cărbune pe foc, legăturile se descompun și energia este eliberată sub formă de căldură.

Cărbunele conține aproximativ jumătate din cantitatea de energie pe kilogram decât combustibilii fosili mai curați, cum ar fi benzina, motorina și kerosenul - și acesta este unul dintre motivele pentru care motoarele cu abur trebuie să ardă atât de mult.

Istoricul dezvoltării motorului cu aburi este descris în detalii suficiente în acest articol. Iată cele mai cunoscute soluții și invenții ale anilor 1672-1891.

Primele dezvoltări.

Pentru început, încă din secolul al XVII-lea, aburul a fost considerat ca un mijloc de conducere, toate tipurile de experimente au fost efectuate cu acesta și abia în 1643 acțiunea de forță a presiunii aburului a fost descoperită de Evanghelistul Torricelli. Christian Huygens, 47 de ani mai târziu, a proiectat prima mașină electrică, condusă de o explozie de praf de pușcă într-un cilindru. A fost primul prototip al unui motor cu ardere internă. Starețul lui Ottheus este dispus pe un principiu similar. Curând, Denis Papen a decis să înlocuiască forța exploziei cu o forță mai puțin puternică a vaporilor. În 1690 a construit primul motor cu aburCunoscut și sub denumirea de cazan de abur.

Acesta consta dintr-un piston, care, folosind apă clocotită, se deplasa în sus în cilindru și, datorită răcirii ulterioare, a fost coborât din nou - asta a creat forța. Întregul proces s-a desfășurat în acest fel: sub cilindrul, care a servit și ca cazan, a fost așezat un cuptor; când pistonul era în poziția superioară, cuptorul a fost îndepărtat pentru a facilita răcirea.

Mai târziu, doi englezi, Thomas Newcomen și Cowley - unul fierar și altul ghețar - au îmbunătățit sistemul prin separarea cazanului și a cilindrului și adăugarea unui rezervor de apă rece. Acest sistem funcționează de robinete sau robinete - unul pentru aburi și unul pentru apă, care s-au deschis și închis alternativ. Apoi, englezul Bayton a reconstruit controlul valvei într-unul autentic.

Utilizarea motoarelor cu abur în practică.

Mașina lui Newcomen a devenit curând cunoscută peste tot și, în special, a fost îmbunătățită, dezvoltată de James Watt în 1765, un sistem cu acțiune dublă. acum motor cu abur  S-a dovedit a fi destul de completat pentru utilizare în vehicule, deși datorită dimensiunilor sale era mai potrivit pentru instalații staționare. Watt și-a propus invențiile în industrie; a construit și mașini pentru fabricile textile.

Primul motor cu abur folosit ca mijloc de transport a fost inventat de francezul Nicolas Joseph Cugno, inginer și iubitor de strategie militară. În 1763 sau 1765, a creat o mașină care putea transporta patru pasageri cu o viteză medie de 3,5 și o viteză maximă de 9,5 km / h. Prima încercare a fost urmată de a doua - a apărut o mașină care transporta arme. El a fost testat, desigur, de către armată, dar din cauza imposibilității unei funcționări continue (ciclul continuu al noii mașini nu a depășit 15 minute), inventatorul nu a primit sprijinul autorităților și finanțatorilor. Între timp, motorul cu aburi era îmbunătățit în Anglia. După mai multe încercări nereușite de Moore, William Murdoch și William Symington, a apărut un vehicul feroviar Richard Travisic, comandat de Mine de cărbune Wales. Un inventator activ a venit pe lume: din minele subterane a urcat pe pământ și în 1802 a introdus omenirii o mașină puternică, atingând o viteză de 15 km / h pe teren plat și 6 km / h în creștere.

Vehiculele cu feriboturi erau din ce în ce mai utilizate în Statele Unite: Nathan Reed a surprins locuitorii din Philadelphia în 1790 model de masina cu abur. Cu toate acestea, compatriotul său Oliver Evans, care paisprezece ani mai târziu a inventat o mașină amfibie, a devenit și mai faimos. După războaiele napoleoniene, în timpul cărora nu au fost efectuate „experimente auto”, a început din nou munca invenția și îmbunătățirea motorului cu aburi. În 1821, ar putea fi considerat perfect și destul de fiabil. De atunci, fiecare pas înainte în domeniul vehiculelor cu aburi a contribuit definitiv la dezvoltarea viitoarelor mașini.

În 1825, Sir Goldsworth Garni a organizat prima linie de pasageri pe o porțiune de 171 km de la Londra la Bath. În același timp, a folosit o căruță patentată de el, care avea un motor cu aburi. Acesta a fost începutul unei ere a echipajelor rutiere de mare viteză care, însă, au dispărut în Anglia, dar au devenit răspândite în Italia și Franța. Astfel de vehicule au atins cea mai mare evoluție odată cu apariția în 1873 a Reverance Amede Ball, care cântărea 4.500 kg și Mansel, una mai compactă, cântărea puțin peste 2.500 kg și atingea o viteză de 35 km / h. Ambii au fost precursorii tehnicii de performanță care au devenit caracteristice primelor mașini „reale”. În ciuda vitezei mari eficiența motorului cu abur  era foarte mic. Bolle a fost cel care a brevetat primul sistem de direcție care funcționează bine, el a plasat elementele de control și control atât de bine încât încă îl vedem pe tabloul de bord.

În ciuda progreselor extraordinare în crearea unui motor cu combustie internă, puterea cu aburi a asigurat încă o funcționare mai uniformă și mai lină a mașinii și, prin urmare, a avut mulți susținători. Ca și Bolle, care a construit alte mașini ușoare, precum Rapide în 1881 cu o viteză de 60 km / h, Nouvelle în 1873, care avea o punte față cu suspensie independentă a roților, Leon Chevrolet a lansat mai multe mașini între 1887 și 1907 cu un generator de abur ușor și compact, patentat de el în 1889. Compania De Dion-Bouton, fondată la Paris în 1883, în primii zece ani de existență a produs mașini cu aburi și a obținut un succes semnificativ - mașinile sale au câștigat cursa Paris-Rouen în 1894.

Succesul lui Panhard et Levassor în utilizarea benzinei a dus, însă, la faptul că De Dion a trecut la motoare cu ardere internă. Când frații Bolle au început să gestioneze compania tatălui lor, au procedat la fel. Apoi, Chevrolet și-a reconstruit și producția. Mașinile cu motoare cu aburi dispăreau din ce în ce mai repede de la orizont, deși erau folosite în SUA înainte de 1930. În acest moment, producția a încetat și inventarea motoarelor cu abur

Motoarele cu abur au fost utilizate ca motor de acționare în stații de pompare, locomotive, pe nave cu aburi, tractoare, mașini cu aburi și alte vehicule. Motoarele cu aburi au contribuit la utilizarea comercială pe scară largă a mașinilor în întreprinderi și au fost baza energetică a revoluției industriale din secolul XVIII. Ulterior, motoarele cu abur au fost înlocuite cu motoare cu combustie internă, turbine cu aburi, motoare electrice și reactoare nucleare, a căror eficiență este mai mare.

Motor cu abur în acțiune

Invenție și dezvoltare

Primul dispozitiv cunoscut, condus de abur, a fost descris de Heron din Alexandria în primul secol - așa-numita „baie a lui Heron”, sau „eolipil”. Aburul degajat tangențial din duzele montate pe o bilă a făcut ca acesta din urmă să se rotească. Se presupune că conversia aburului în mișcare mecanică a fost cunoscută în Egipt în perioada stăpânirii romane și a fost utilizată în dispozitive simple.

Primele motoare industriale

Niciunul dintre dispozitivele descrise nu a fost de fapt utilizat ca mijloc de soluționare a problemelor utile. Primul motor cu abur folosit în producție a fost un „motor de pompieri”, proiectat de inginerul militar englez Thomas Severy în 1698. În 1698, Saver a primit un brevet pentru dispozitivul său. Era o pompă de abur alternativă și, evident, nu foarte eficientă, deoarece căldura aburului se pierdea de fiecare dată în timpul răcirii containerului și era destul de periculos să funcționezi, deoarece din cauza presiunii mari a aburului, rezervoarele și conductele motorului explodau uneori. Întrucât acest dispozitiv putea fi folosit atât pentru a roti roțile unei mori de apă, cât și pentru a pompa apa din mine, inventatorul l-a numit „un prieten al minerului”.

Atunci, fierarul englez Thomas Newcomen în 1712 și-a demonstrat „motorul atmosferic”, care a fost primul motor cu aburi pentru care ar putea exista cerere comercială. A fost motorul avansat de abur Severy, în care Newcomen a redus semnificativ presiunea de abur funcțională. Nou-venitul s-ar fi putut baza pe o descriere a experimentelor lui Papen în Royal Society of London, la care ar putea avea acces printr-un membru al comunității Robert Hooke care a lucrat cu Papen.

Schema motorului cu aburi din Newcomen.
  - Aburul este afișat în violet, apă în albastru.
  - Ventilele deschise sunt afișate în verde, închise - în roșu

Prima utilizare a motorului Newcomen a fost pomparea apei dintr-o mină adâncă. În pompa axului, fasciculul era conectat la o tijă care cobora în arbore spre camera de pompare. Împingerea reciprocă a fost transmisă pistonului pompei, care alimenta apă în sus. Ventilele timpurii ale motorului Newcomen s-au deschis și s-au închis manual. Prima îmbunătățire a fost automatizarea supapelor, care erau conduse chiar de mașină. Legenda spune că această îmbunătățire a fost făcută în 1713 de băiatul Humphrey Potter, care trebuia să deschidă și să închidă robinetele; când l-a deranjat, a legat mânerele valvei cu funii și s-a dus să se joace cu copiii. Până în 1715, a fost deja creat un sistem de control al pârghiei, condus de mecanismul motorului în sine.

Primul motor cu vapori cu două cilindri din Rusia a fost proiectat de mecanicul I. I. Polzunov în 1763 și construit în 1764 pentru a conduce suflantele la uzinele Barnaul Kolyvano-Voskresensky.

Humphrey Gainsborough a construit un model de motor cu abur condensator în anii 1760. În 1769, mecanicul scoțian James Watt (folosind posibil ideile lui Gainsborough) a brevetat primele îmbunătățiri semnificative la motorul de vid al Newcomen, ceea ce l-a făcut semnificativ mai eficient. Contribuția lui Watt a fost de a separa faza de condensare a motorului de vid într-o cameră separată, în timp ce pistonul și cilindrul aveau temperatura vaporilor. Watt a adăugat mai multe detalii importante motorului Newcomer: a introdus un piston în interiorul cilindrului pentru a împinge aburul și a transformat mișcarea reciprocă a pistonului în mișcarea de rotație a roții motrice.

Pe baza acestor brevete, Watt a construit o motorizare cu aburi la Birmingham. Până în 1782, motorul cu aburi de la Watt era de peste 3 ori mai productiv decât mașina Newcomen. Creșterea eficienței motorului Watt a dus la utilizarea energiei cu abur în industrie. În plus, spre deosebire de motorul Newcomen, motorul Watt a permis transmiterea mișcării de rotație, în timp ce la modelele de motor cu abur timpuriu pistonul era conectat la fascicul, și nu direct la tija de conectare. Acest motor avea deja caracteristicile de bază ale motoarelor cu abur modern.

O creștere suplimentară a eficienței a fost utilizarea aburului de înaltă presiune (americanul Oliver Evans și englezul Richard Trevitik). R. Trevitik a construit cu succes motoare industriale de înaltă presiune cu un singur timp, cunoscute sub numele de "motoarele Cornish". Au funcționat la o presiune de 50 psi sau 345 kPa (3.405 atmosfere). Cu toate acestea, odată cu creșterea presiunii, a existat și un mare pericol de explozii la mașini și cazane, care inițial au dus la numeroase accidente. Din acest punct de vedere, cel mai important element al mașinii de înaltă presiune a fost supapa de siguranță, care a eliberat excesul de presiune. Funcționarea sigură și sigură a început numai cu acumularea de experiență și standardizarea procedurilor pentru construcția, operarea și întreținerea echipamentelor.

În 1769, inventatorul francez Nicholas-Joseph Kunho a demonstrat primul vehicul care funcționează cu abur autopropulsat: „fardier à vapeur” (căruciorul cu aburi). Poate că invenția sa poate fi considerată prima mașină. Un tractor cu aburi autopropulsat s-a dovedit a fi foarte util ca sursă mobilă de energie mecanică, care a pus în mișcare alte mașini agricole: scornitori, prese etc. În 1788, vaporul construit de John Fitch transporta deja o comunicare regulată de-a lungul râului Delaware, între Philadelphia (Pennsylvania) și Burlington (statul New York). El a ridicat 30 de pasageri la bord și a mers cu o viteză de 7-8 mile pe oră. Barca cu aburi J. Fitch nu a avut succes comercial, deoarece un drum terestru bun a concurat cu traseul său. În 1802, inginerul scoțian William Simington a construit un vapor aburitor competitiv, iar în 1807, inginerul american Robert Fulton a folosit motorul cu aburi Watt pentru a conduce primul vapor cu succes comercial. Pe 21 februarie 1804, prima locomotivă cu aburi feroviar autopropulsată construită de Richard Trevitick a fost expusă la Penidarren Steel Factory din Merthy Tydville, în Țara Galilor de Sud.

Motoare cu abur reciproc

Motoarele cu reacție folosesc energia aburului pentru a muta pistonul într-o cameră sigilată sau un cilindru. Acțiunea reciprocă a pistonului poate fi transformată mecanic în mișcare liniară a pompelor pistonului sau în mișcare de rotație pentru a conduce părțile rotative ale mașinilor sau roților vehiculelor.

Mașini cu vid

Motoarele cu abur timpuriu au fost denumite inițial „motoare de pompieri”, precum și motoare Watt „atmosferice” sau „condensate”. Au lucrat pe principiul vidului și de aceea sunt cunoscuți și sub denumirea de „motoare cu vid”. Astfel de mașini au funcționat pentru a conduce pompe cu piston, în orice caz, nu există dovezi că au fost folosite în alte scopuri. În timpul funcționării unui motor cu abur de tip vid, la începutul cursei, în camera de lucru sau în cilindru este introdus abur de joasă presiune. Valva de intrare apoi se închide și aburul se răcește prin condensare. În motorul Newcomen, apa de răcire este pulverizată direct în cilindru și condensul scapă în colectorul de condens. Astfel, în cilindru este creat un vid. Presiunea atmosferică în partea superioară a cilindrului apasă pe piston și determină ca acesta să se deplaseze în jos, adică cursa.

Răcirea constantă și reîncălzirea cilindrului de lucru al mașinii a fost foarte risipitoare și ineficiente, cu toate acestea, aceste motoare cu aburi au permis pomparea apei de la o adâncime mai mare decât a fost posibilă înainte de apariție. În an, a apărut o versiune a motorului cu aburi, creată de Watt în colaborare cu Matthew Boulton, a cărei principală inovație a fost eliminarea procesului de condensare într-o cameră specială separată (condensator). Această cameră a fost plasată într-o baie cu apă rece și a fost conectată la cilindru printr-un tub suprapus de o supapă. O cameră specială de vid mică (prototipul pompei de condens) a fost atașată la camera de condensare, condusă de un braț basculant și folosită pentru a scoate condensul din condensator. Apa caldă rezultată a fost alimentată înapoi la cazan cu o pompă specială (prototipul pompei de alimentare). O altă inovație radicală a fost închiderea capătului superior al cilindrului de lucru, în partea superioară a căruia era acum abur de joasă presiune. Aceeași vapori au fost prezenți în cutia dublă a cilindrului, menținându-și temperatura constantă. În timpul mișcării ascendente a pistonului, acest abur a fost transferat prin tuburi speciale în partea inferioară a cilindrului pentru a putea fi condensat în ciclul următor. De fapt, mașina a încetat să mai fie „atmosferică”, iar puterea sa depindea acum de diferența de presiune dintre aburul de joasă presiune și vidul care putea fi obținut. În motorul cu aburi de la Newcomen, pistonul era lubrifiat cu o cantitate mică de apă turnată deasupra acestuia; în mașina lui Watt, acest lucru a devenit imposibil, deoarece acum existau aburi în partea superioară a cilindrului, trebuia să trec la ungere cu un amestec de grăsime și ulei. Același lubrifiant a fost utilizat și în etanșarea tijei cilindrului.

Motoarele cu abur, în ciuda limitării evidente a eficienței lor, erau relativ sigure, au folosit abur de joasă presiune, ceea ce corespundea nivelului general scăzut al tehnologiei cazanului din secolul XVIII. Puterea mașinii a fost limitată de presiunea scăzută a vaporilor, dimensiunile cilindrului, rata de ardere a combustibilului și evaporarea apei în cazan, precum și dimensiunile condensatorului. Eficiența teoretică maximă a fost limitată de o diferență de temperatură relativ mică pe ambele părți ale pistonului; acest lucru a făcut mașini de vid concepute pentru uz industrial prea mari și scumpe.

comprimare

Fereastra de evacuare a cilindrului motorului cu abur este închisă ceva mai devreme decât pistonul atinge poziția extremă, ceea ce lasă o anumită cantitate de aburi de evacuare în cilindru. Aceasta înseamnă că în ciclul de funcționare există o fază de compresie care formează așa-numita „pernă de abur”, care încetinește mișcarea pistonului în pozițiile sale extreme. În plus, aceasta elimină o cădere bruscă de presiune chiar la începutul fazei de admisie când aburul proaspăt intră în cilindru.

plumb

Efectul descris al "pernei cu aburi" este, de asemenea, îmbunătățit prin faptul că intrarea de aburi proaspătă în cilindru începe ceva mai devreme decât pistonul atinge poziția extremă, adică există o anumită intrare în avans. Acest avans este necesar astfel încât înainte ca pistonul să înceapă cursa sa sub influența aburului proaspăt, aburul are timp să umple spațiul mort care a apărut ca urmare a fazei anterioare, adică canalele de admisie și evacuare și volumul cilindrului care nu este utilizat pentru mișcarea pistonului.

Extensie simplă

O simplă expansiune presupune că aburul funcționează numai atunci când se extinde în cilindru, iar aburul de evacuare este descărcat direct în atmosferă sau într-un condensator special. Căldura reziduală a aburului poate fi folosită, de exemplu, pentru încălzirea unei camere sau a unui vehicul, precum și pentru preîncălzirea apei care intră în cazan.

compus

În timpul expansiunii în cilindrul unei mașini de înaltă presiune, temperatura vaporilor scade proporțional cu expansiunea sa. Deoarece schimbul de căldură nu are loc (proces adiabatic), se dovedește că aburul intră în cilindru cu o temperatură mai mare decât iese. Astfel de schimbări de temperatură în cilindru duc la scăderea eficienței procesului.

Una din metodele de combatere a acestei diferențe de temperatură a fost propusă în 1804 de inginerul englez Arthur Wolfe, care a brevetat Mașină cu abur de înaltă presiune compusă Wolfe. În această mașină, aburul de temperatură înaltă din cazanul de abur a intrat în cilindrul de înaltă presiune, iar apoi aburul lucrat în el cu temperatură și presiune mai scăzute a intrat în cilindrul cu presiune joasă (sau cilindri). Aceasta a redus căderea de temperatură în fiecare cilindru, ceea ce a redus în general pierderea de temperatură și a îmbunătățit eficiența generală a motorului cu abur. Aburul de joasă presiune a avut un volum mai mare și, prin urmare, a necesitat un volum de cilindru mai mare. Prin urmare, în mașinile compuse, cilindrii cu presiune joasă aveau un diametru mai mare (și uneori o lungime mai mare) decât buteliile de înaltă presiune.

O astfel de schemă este cunoscută și sub denumirea de „dublă expansiune”, deoarece expansiunea vaporilor are loc în două etape. Uneori, un cilindru de înaltă presiune era conectat la doi cilindri de joasă presiune, ceea ce dă trei cilindri de aceeași dimensiune. Această schemă era mai ușor de echilibrat.

Mașinile compuse din doi cilindri pot fi clasificate în:

• Compus încrucișat  - Cilindrele sunt situate în apropiere, canalele lor conducătoare de abur sunt traversate.
• Compus de tandem  - Cilindrii sunt aranjați în serie și utilizează o tijă.
• Compus de colț  - Cilindrii sunt situați într-un unghi unul de celălalt, de obicei 90 de grade și funcționează pe o manivelă.

După anii 1880, motoarele cu aburi compuse s-au răspândit în producție și transport și au devenit aproape singurul tip folosit pe nave. Utilizarea lor pe locomotive cu aburi nu a fost atât de răspândită, deoarece s-au dovedit a fi prea complicate, parțial din cauza condițiilor dificile de lucru ale motoarelor cu abur în transportul feroviar. În ciuda faptului că locomotivele cu abur compus nu au devenit un fenomen de masă (în special în Marea Britanie, unde erau foarte rare și nu au fost folosite deloc după anii 1930), au câștigat o anumită popularitate în mai multe țări.

Extensie multiplă

Dispunerea simplă a motorului cu abur cu trei expansiuni simplificate.
  Aburul de înaltă presiune (roșu) din cazan trece prin mașină, lăsând condensatorul la presiune joasă (albastru).

Dezvoltarea logică a schemei compuse a fost adăugarea de etape de extindere suplimentare, ceea ce a crescut eficiența în muncă. Rezultatul a fost o schemă de expansiune multiplă, cunoscută sub denumirea de mașini de expansiune triplă sau chiar quad. Aceste motoare cu abur au folosit o serie de cilindri cu acțiune dublă, al căror volum a crescut cu fiecare etapă. Uneori, în loc să crească volumul cilindrilor cu presiune joasă, a fost utilizată o creștere a numărului lor, precum și la unele mașini compuse.

Imaginea din dreapta arată motorul cu aburi cu triplă expansiune. Steam trece prin mașină de la stânga la dreapta. Blocul de supapă al fiecărui cilindru este situat în stânga cilindrului corespunzător.

Apariția acestui tip de motoare cu aburi a devenit deosebit de relevantă pentru flotă, întrucât cerințele de mărime și greutate pentru motoarele navelor nu au fost foarte stricte și, cel mai important, această schemă a facilitat utilizarea unui condensator care returnează aburul de evacuare sub formă de apă dulce înapoi în cazan (folosiți apă sărată pentru a alimenta cazanele nu a fost posibil). Motoarele cu abur din uscat, de obicei, nu întâmpinau probleme cu alimentarea cu apă și, prin urmare, puteau descărca vaporii de evacuare în atmosferă. Prin urmare, o astfel de schemă a fost mai puțin relevantă pentru ei, în special ținând cont de complexitatea, dimensiunea și greutatea acesteia. Dominanța motoarelor cu aburi cu expansiune multiplă s-a încheiat doar cu apariția și disponibilitatea pe scară largă a turbinelor cu abur. Cu toate acestea, turbinele moderne cu abur folosesc același principiu de împărțire a debitului în cilindri de înaltă, medie și joasă presiune.

Motoare cu abur în linie

Motoarele cu abur direct au apărut ca urmare a încercării de a depăși un neajuns inerent al motoarelor cu abur cu distribuție tradițională a aburului. Cert este că aburul dintr-un motor cu abur convențional își schimbă constant direcția de mișcare, deoarece aceeași fereastră este folosită atât pentru intrarea, cât și pentru ieșirea aburului de pe fiecare parte a cilindrului. Când aburul de evacuare iese din cilindru, acesta își răcește pereții și canalele de distribuție a aburului. Prin urmare, aburul proaspăt cheltuiește o anumită parte din energie pentru încălzirea lor, ceea ce duce la o scădere a eficienței. Motoarele cu abur din linie au o fereastră suplimentară care se deschide cu un piston la sfârșitul fiecărei faze și prin care aburul iese din cilindru. Aceasta crește eficiența mașinii pe măsură ce aburul se mișcă într-o direcție, iar gradientul de temperatură al pereților cilindrilor rămâne mai mult sau mai puțin constant. Mașinile de extindere simplă prezintă aproximativ aceeași eficiență ca mașinile convenționale de distribuție a aburului. În plus, acestea pot funcționa cu viteze mai mari și, prin urmare, până la apariția turbinelor cu abur, ele erau adesea folosite pentru a conduce generatoare electrice care necesită o viteză mare de rotație.

Motoarele cu abur direct pot fi fie cu acțiune simplă, fie cu acțiune dublă.

Turbine cu abur

O turbină cu abur este o serie de discuri rotative montate pe o singură axă, numită rotor de turbină și o serie de discuri fixe alternante montate pe o bază, numită stator. Discurile rotorului au lame la exterior, aburul este furnizat la aceste lame și răsucește discurile. Discurile stator au lame similare montate într-un unghi opus, care servesc la redirecționarea fluxului de abur către discurile rotor care le urmează. Fiecare disc rotor și discul său stator corespunzător sunt numite stadiu de turbină. Numărul și dimensiunea etapelor fiecărei turbine sunt selectate astfel încât să maximizeze energia utilizabilă a aburului la viteza și presiunea care îi sunt furnizate. Aburul de evacuare care iese din turbină intră în condensator. Turbinele se rotesc cu o viteză foarte mare și, prin urmare, atunci când se transferă rotația către alte echipamente, se folosesc de obicei angrenaje speciale de reducere. În plus, turbinele nu pot schimba direcția de rotație a acestora și necesită adesea mecanisme de inversare suplimentare (uneori sunt utilizate etape suplimentare de rotație inversă).

Turbinele transformă energia aburului direct în rotație și nu necesită mecanisme suplimentare pentru transformarea mișcării reciproce în rotație. În plus, turbinele sunt mai compacte decât mașinile reciproce și au o forță constantă pe arborele de ieșire. Deoarece turbinele sunt mai simple în proiectare, ele necesită de obicei o întreținere mai mică.

Alte tipuri de motoare cu abur

cerere

Motoarele cu abur pot fi clasificate după aplicația lor după cum urmează:

Mașini staționare

Ciocan cu abur

Mașină cu abur într-o veche fabrică de zahăr, Cuba

Motoarele cu abur staționar pot fi împărțite în două tipuri în funcție de modul de utilizare:

• Mașini cu un regim variabil, care includ laminatoarele metalice, trolii cu abur și dispozitive similare, care de multe ori trebuie să se oprească și să schimbe direcția de rotație.
• Mașini electrice care se opresc foarte rar și nu ar trebui să schimbe direcția de rotație. Acestea includ motoarele electrice din centralele electrice, precum și motoarele industriale utilizate în fabrici, fabrici și căi ferate pe cablu înainte de apariția pe scară largă a tracțiunii electrice. Motoarele cu putere redusă sunt utilizate pe modelele navei și în dispozitivele speciale.

Troliu cu abur este în esență un motor staționar, dar este montat pe un cadru de sprijin, astfel încât să poată fi mișcat. Poate fi ancorat cu un cablu și mutat prin tracțiune proprie într-un loc nou.

Vehicule de transport

Motoarele cu abur au fost utilizate pentru a conduce diferite tipuri de vehicule, printre care:

• Vehicule terestre:
  • Mașină cu abur
  • Tractor cu abur
  • Excavator cu aburi și chiar
• Avion cu abur.

În Rusia, prima locomotivă cu abur care a funcționat a fost construită de E. A. și M. E. Cherepanovs la uzina de la Nizhne-Tagil în 1834 pentru a transporta minereul. El a dezvoltat o viteză de 13 mile pe oră și a transportat mai mult de 200 de lire sterline (3,2 tone) de marfă. Lungimea primei căi ferate a fost de 850 m.

Avantajele motoarelor cu abur

Principalul avantaj al motoarelor cu aburi este că pot folosi aproape orice sursă de căldură pentru a o transforma în lucru mecanic. Acest lucru le distinge de motoarele cu ardere internă, fiecare dintre acestea necesitând utilizarea unui anumit tip de combustibil. Acest avantaj este cel mai vizibil atunci când se utilizează energie nucleară, deoarece un reactor nuclear nu este capabil să genereze energie mecanică, ci produce doar căldură, care este utilizată pentru a genera abur care conduce motoarele cu abur (de obicei turbine cu aburi). În plus, există și alte surse de căldură care nu pot fi utilizate în motoarele cu combustie internă, de exemplu, energia solară. O direcție interesantă este utilizarea energiei diferenței de temperatură a Oceanului Mondial la adâncimi diferite.

Alte tipuri de motoare cu ardere externă, cum ar fi motorul Stirling, care poate oferi o eficiență foarte ridicată, dar au o greutate și dimensiuni semnificativ mai mari decât tipurile moderne de motoare cu aburi, au și ele proprietăți similare.

Locomotivele cu abur funcționează bine la altitudini mari, deoarece performanțele lor nu scad din cauza presiunii atmosferice scăzute. Locomotivele cu abur sunt încă utilizate în regiunile muntoase din America Latină, în ciuda faptului că în zonele joase au fost înlocuite de mult timp cu tipuri mai moderne de locomotive.

În Elveția (Brienz Rothhorn) și Austria (Schafberg Bahn), noi locomotive cu aburi uscate și-au dovedit valoarea. Acest tip de locomotivă cu aburi a fost dezvoltat pe baza modelelor elvețiene de locomotive și mașini (SLM), cu multe îmbunătățiri moderne, cum ar fi utilizarea rulmenților cu role, izolarea termică modernă, arderea fracțiilor de ulei ușor ca combustibil, a liniilor de abur îmbunătățite etc. . Drept urmare, aceste locomotive au un consum de combustibil cu 60% mai puțin și cerințe de întreținere semnificativ mai mici. Calitățile economice ale acestor locomotive sunt comparabile cu locomotivele diesel moderne și electrice.

În plus, locomotivele cu aburi sunt mult mai ușoare decât cele diesel și cele electrice, ceea ce este valabil mai ales pentru căile ferate montane. O caracteristică a motoarelor cu aburi este că nu au nevoie de o transmisie, transferând forța direct la roți.

Coeficient de performanță

Coeficientul de performanță (COP) al unui motor de căldură poate fi definit ca raportul dintre munca mecanică utilă și cantitatea de căldură cheltuită în combustibil. Restul de energie eliberată în mediu sub formă de căldură. Eficiența motorului termic este

Motorul cu aburi a fost primul motor mecanic pentru care există o aplicare practică largă. Primele motoare cu aburi cu piston au fost utilizate pentru prima dată în producția din fabrică, iar mai târziu au putut să se conecteze cu roți și să obțină mașini autopropulsate:

• aburitoare;
• locomotive cu aburi;
• tractoare;
• autoturisme.

Istoria invenției motorului cu aburi

Principiul de bază al funcționării oricărui motor cu aburi este că energia aburului fierbinte este transformată în energie mecanică, care poate fi:

• cu piston;
• rotație.

Iar energia mecanică obținută poate fi deja folosită în scopuri utile. Principiul motorului cu aburi a fost clar chiar și pentru grecii antici, dar în epoca întunecată oamenii au uitat de asta. Din nou, interesul pentru această problemă a reînviat abia în secolul al XVII-lea. Italianul Giovanni Branca din 1629 a propus un model al propriei turbine cu abur. Dar, din cauza pierderilor de energie inacceptabil de mari, acest prim motor cu aburi din lume nu a găsit o aplicare practică.

Acest francez este medic în formare, mutat în Anglia în 1675, unde a fost remarcat pentru o serie de invenții. Așa că, el a inventat „cacao de papen” - prototipul unui cazan dublu modern. Papen a putut observa relația dintre creșterea presiunii și punctul de fierbere al lichidului. El a fost capabil să construiască un cazan sigilat, unde s-a menținut presiunea ridicată. Drept urmare, apa din ea fierbea la o temperatură ridicată și a devenit posibilă prepararea alimentelor la temperaturi peste 100 de grade, ceea ce a accelerat procesul de gătire.

În ajunul mutării în Misty Albion, Papen a inventat un motor cu pulbere. Praful de foc care ardea în cilindru a împins pistonul. Gazele pulbere rezultate au fost eliminate prin robinet, iar cele rămase s-au răcit, din cauza cărora a apărut o ușoară rarefiere în cilindru, iar presiunea atmosferică a readus pistonul la locul său.

Printr-un principiu similar, Papen a creat în 1698 un motor similar, dar deja pe apă. A fost de fapt primul motor cu abur.

În ciuda faptului că ideea în sine a promis beneficii considerabile, aceasta nu a adus dividende autorului său. Cert este că, ceva mai devreme, Severy (un mecanic englez) și-a brevetat pompa de abur, care la acea vreme era singura modalitate de a o folosi pentru o motorizare cu aburi. S-a dovedit că inventatorul primei motoare cu aburi, Denis Papen, a murit în 1714 la Londra, fiind sărac și singur.

Thomas Newcomen Machine

  Profiturile mari au reușit să obțină acest englezoaic întreprinzător. Avea 35 de ani când a fost creată mașina Papen. Newcomen a studiat cu atenție moștenirea lui Papen și Severy și a remarcat deficiențele ambelor modele și a luat idei puternice în serviciu. Colaborând cu specialistul în apă și sticlă D. Culli, Newcomen și-a creat primul model până în 1712, continuând istoria motoarelor cu aburi. Opera sa principală arăta astfel:

• designul a fost un cilindru vertical cu piston (de la Papen);
• aburul a fost generat într-un cazan separat, care a acționat pe principiul invenției lui Savery;
• etanșarea cilindrului de abur a fost asigurată prin strângerea pielii a pistonului.

Prin pomparea presiunii, dispozitivul Newcomen a ridicat apa din mine. Dar era foarte voluminos și extrem de glutton pentru cărbune. Dar aceste neajunsuri nu au împiedicat funcționarea în mină a jumătății de secol a acestei invenții. Datorită lui, a fost posibil să reanimeze minele abandonate anterior din cauza inundațiilor de ape subterane. Dar, deoarece mașina sa era o compilație de invenții timpurii, Newcomen nu a putut obține un brevet pentru aceasta.

Watt mașină

Pasul decisiv a fost făcut de britanicul James Watt, datorită eforturilor căruia a apărut o primă motoră cu aburi cu piston suficient de puternic și compact. Ca mecanic la Universitatea din Glasgow, Watt în 1763 a preluat reparația unei motoare cu aburi Newcomen. În timpul procesului de reparație, el a venit cu o modalitate de a-i reduce gluttonia - cilindrul ei trebuia menținut în stare încălzită.

Dar era încă necesar să rezolvăm problema condensului de vapori. El a luat decizia, trecând pe lângă spălătorii, de sub capacele cazanelor din care se toarnă aburi. Și-a dat seama că aburul este un gaz care ar trebui lansat într-un cilindru cu presiune redusă. El a obținut etanșeitatea sistemului cu piston-cilindru prin înfășurarea primei funii ulei de cânepă, după care a devenit posibilă abandonarea presiunii atmosferice - un pas vizibil înainte.

În 1769, Watt a patentat un motor cu aburi în care temperatura aburului și a componentelor critice erau aceleași.

Primul videoclip al lui James Watt cu motorul cu aburi

Dar în viață, Watt a fost mai puțin norocos și a trebuit să depună un brevet pentru datoriile sale. După 3 ani, l-a întâlnit pe bogatul industrial Matthew Bolton, care și-a cumpărat brevetele pentru Watt. Sub grija lui, Watt s-a întors la muncă. Deja în 1773, noul model Watt în teste a arătat un consum de cărbune mult mai mic decât predecesorii săi. Și un an mai târziu, Anglia a început producția industrială a mașinilor Watt. În 1781, Watt a patentat un motor cu aburi care alimenta mașini industriale. Puțin mai târziu, aceleași tehnologii au început să fie folosite pentru circulația navelor și trenurilor, care vor deveni o adevărată revoluție tehnică.

  Nu suntem mai puțin dragi lui Ivan Polzunov, inventatorul rus al primei mașini cu aburi, care a fost capabil să conducă multe mecanisme de funcționare. Mai mult, el a făcut această invenție înainte de White - în 1763, lucrând în uzinele miniere din Altai. El a făcut cunoștință cu directorul fabricii cu proiectul său, iar el a primit aprobarea din capital pentru a asambla unitatea. Polzunov a primit ordin să construiască o mașină mare.

Această lucrare a durat 21 de luni, dar când era aproape gata, inventatorul, care era bolnav de consum, a murit înainte de efectuarea primelor încercări. Motorul cu aburi din Polzunov ar putea funcționa continuu și automat. Acest lucru a fost dovedit ca urmare a testelor efectuate în 1766 de studenții Polzunov. O lună mai târziu, utilajul începuse deja să funcționeze, nu numai că a recuperat toate costurile creării sale, dar a adus profit și proprietarilor.

Cine credeți că poate fi numit primul inventator al unei motoare cu aburi? Povestește-ne despre asta

Inventatorii motorului cu aburi au încercat să folosească același design, dar numai în direcția opusă. Primele motoare cu abur, însă, nu au fost atât motoare, cât pompe cu abur folosite pentru pomparea apei din minele adânci. Primul model al unei astfel de mașini a fost propus în 1690 de Papen. Papen a fixat vertical cilindrul mașinii, deoarece robinetul cilindrului nu își poate îndeplini funcția într-o poziție diferită.

Dacă această lucrare nu vi se potrivește în partea de jos a paginii, există o listă de lucrări similare. Puteți utiliza și butonul de căutare

introducere

Până în a doua jumătate a secolului 18, oamenii foloseau în principal motoarele cu apă pentru nevoile de producție. Deoarece este imposibil să se transmită mișcare mecanică de la roata de apă pe distanțe lungi, toate fabricile trebuiau construite pe malurile râurilor, ceea ce nu era întotdeauna convenabil. În plus, pentru funcționarea eficientă a unui astfel de motor au fost deseori necesare lucrări de pregătire costisitoare (construcția iazurilor, construcția de baraje etc.). Au existat și alte dezavantaje ale roților de apă: aveau o putere mică, munca depindea de perioada anului și era dificil de ajustat. Treptat, nevoia unui motor fundamental nou a început să fie simțită brusc: puternic, ieftin, autonom și ușor de controlat. Acest motor de un secol a devenit pentru o persoană un motor cu aburi.

Motor cu abur - un motor de căldură cu ardere externă care transformă energia aburului încălzit în lucru mecanic înapoi - translaționalămișcarea pistonului și apoi în mișcarea de rotație a arborelui. Într-un sens mai larg, un motor cu aburi este orice motor cu ardere externă care convertițienergia aburului în

lucru mecanic.

Partea principală. Apariția unui motor universal cu abur

1. Istoricul motoarelor cu abur

Ideea unei motorizări cu aburi a fost parțial sugerată inventatorilor săi prin proiectarea unei pompe cu apă cu piston, cunoscută chiar și în antichitate.

Principiul funcționării sale a fost foarte simplu: când pistonul a fost ridicat, apa a fost aspirată în cilindru prin robinetul din fundul său. Valva laterală care leagă cilindrul cu riderul a fost închisă în acest moment, deoarece apa de la această conductă a încercat, de asemenea, să intre în cilindru și astfel a închis această supapă. La coborârea pistonului, a început să pună presiune pe apa din cilindru, datorită căreia robinetul de jos a fost închis și valva laterală deschisă. În acest moment, apa din cilindru era alimentată cu conducta de apă. Într-o pompă cu piston, lucrările primite din exterior au fost cheltuite pentru deplasarea fluidului prin cilindrul pompei. Inventatorii motorului cu aburi au încercat să folosească același design, dar numai în direcția opusă. Un cilindru cu piston este baza tuturor motoarelor cu piston cu abur. Primele motoare cu abur, însă, nu au fost atât motoare, cât pompe cu abur folosite pentru a pompa apa din minele adânci. Principiul acțiunii lor s-a bazat pe faptul că, după răcirea și condensarea în apă, aburul a ocupat un spațiu de 170 de ori mai puțin decât în \u200b\u200bstare încălzită. Dacă deplasați aerul din vas cu abur încălzit, închideți-l și apoi răciți aburul, presiunea în interiorul vasului va fi mult mai mică decât în \u200b\u200bexterior. Presiunea atmosferică externă va comprima un astfel de vas și, dacă este introdus un piston în el, acesta se va deplasa spre interior cu o forță mai mare, cu atât suprafața este mai mare.

Primul model al unei astfel de mașini a fost propus în 1690 de Papen. Denis Papen a fost asistent la Huygens, iar din 1688 profesor de matematică la Universitatea din Marburg. El a venit cu ideea de a folosi un cilindru gol cu \u200b\u200bun piston care se deplasează în el pentru un motor atmosferic. Papen s-a confruntat cu sarcina de a forța pistonul să efectueze muncă prin presiune atmosferică. În 1690, a fost creat un proiect fundamental al motorului cu aburi. Apa din cilindru, atunci când este încălzită, s-a transformat în abur și a mutat pistonul în sus. Aburul a împins aerul printr-o supapă specială și s-a creat spațiu rar în timpul condensării cu abur; presiunea externă a deplasat pistonul în jos. În timp ce cobora, pistonul trase o frânghie cu o sarcină. Papen a fixat vertical cilindrul mașinii, deoarece robinetul cilindrului nu își poate îndeplini funcția în nicio altă poziție. Motorul lui Papen a efectuat o muncă utilă slab, deoarece nu a putut efectua acțiuni continue. Pentru a forța pistonul să ridice sarcina, a fost necesară manipularea tijei și dopului de supapă, mișcarea sursei de flacără și răcirea cilindrului cu apă.

Îmbunătățirea utilajelor atmosferice cu abur a fost continuată de Thomas Severi. În 1698, Thomas Severi a inventat o pompă de abur pentru pomparea apei din mine. „Minerul său prieten” lucra fără piston. Apa a fost absorbită prin condensarea vaporilor și crearea unui spațiu rarefiat peste nivelul apei din vas. Severi a separat centrala de pe vasul în care s-a efectuat condensul. Acest motor cu aburi a avut o eficiență scăzută, dar a găsit totuși o aplicație largă.

Dar cea mai folosită în prima jumătate a secolului al XVIII-lea a fost motorul cu aburi Newcomen, creat în 1711. Cilindrul cu abur a fost plasat la Newcomen deasupra cazanului de abur. Tija pistonului (tija conectată la piston) a fost conectată printr-o conexiune flexibilă la capătul echilibrului. O tijă de pompă a fost conectată la celălalt capăt al echilibrului. Pistonul s-a ridicat în poziția superioară sub acțiunea unui contragreutaj atașat la capătul opus al echilibratorului. În plus, mișcarea în sus a pistonului a fost asistată de aburul lansat în acel moment în cilindru. Când pistonul era în cea mai înaltă poziție, supapa a fost închisă, care a lăsat aburul din cazan în cilindru, iar apa a fost pulverizată în cilindru. Sub influența acestei ape, aburul din cilindru s-a răcit rapid, s-a condensat și presiunea din cilindru a scăzut. Datorită diferenței de presiune creată în interiorul și în afara cilindrului, pistonul s-a mișcat în jos prin presiunea atmosferică, făcând o muncă utilă - a pus în mișcare balansatorul care a mișcat tija pompei. Astfel, lucrările utile s-au efectuat numai atunci când pistonul s-a deplasat în jos. Apoi din nou, aburul a fost lansat în cilindru. Pistonul s-a ridicat din nou și întregul cilindru a fost umplut cu abur. Când apa a fost pulverizată din nou, aburul se condensează din nou, după care pistonul face o nouă mișcare utilă în jos, etc. De fapt, presiunea atmosferică a funcționat în mașina lui Newcomen, iar aburul a servit doar pentru a crea un spațiu descărcat.

În lumina dezvoltării ulterioare a motorului cu aburi, dezavantajul principal al mașinii Newcomer devine clar, cilindrul de lucru din acesta era în același timp un condensator. Din această cauză, a fost necesară răcirea alternativă, apoi încălzirea cilindrului, iar consumul de combustibil a fost foarte mare. Au fost momente în care mașina era de 50 de cai, abia aveau timp să livreze combustibilul necesar. Coeficientul de performanță (COP) al acestei mașini a depășit cu greu 1%. Cu alte cuvinte, 99% din întreaga valoare calorică s-a pierdut fără rod. Cu toate acestea, această mașină era răspândită în Anglia, în special în minele, unde cărbunele era ieftin. Inventatorii ulterior au adus mai multe îmbunătățiri pompei Newcomen. În special, în 1718, Beiton a venit cu un mecanism de distribuție cu acțiune care acționează sau oprește automat aburul și lăsa apa să intre. A completat centrala cu aburi cu o supapă de siguranță.

Dar diagrama schematică a mașinii Newcomer a rămas neschimbată timp de 50 de ani, până când James Watt, mecanic la Universitatea din Glasgow, a început să o îmbunătățească. În anii 1763-1764, a trebuit să repare un model de mașină Newcomen, deținut de Universitate. Watt și-a făcut modelul mic și a început să-și studieze efectul. În același timp, el putea folosi unele dispozitive aparținând universității și a folosit sfatul profesorilor. Toate acestea i-au permis să privească problema mai larg decât o uitau mulți mecanici înaintea lui și a fost capabil să creeze o motorizare cu abur mult mai avansată.

Lucrând cu modelul, Watt a descoperit că atunci când aburul a fost lansat într-un cilindru răcit, acesta condensa în cantități semnificative pe pereții săi. Watt a devenit imediat clar că pentru o funcționare mai economică a motorului, ar fi mai convenabil să menținem cilindrul încălzit constant. Dar cum în acest caz să condensăm aburul? Timp de câteva săptămâni, s-a întrebat cum să rezolve această problemă și în cele din urmă și-a dat seama că răcirea aburului ar trebui să aibă loc într-un cilindru separat conectat la tubul scurt principal. Însuși Watt și-a amintit că, odată în timpul unei plimbări de seară, a trecut pe lângă spălătorie și aici, la vederea norilor de aburi care scapă de pe fereastră, și-a dat seama că vaporii, fiind un corp elastic, ar trebui să se repezească în spațiul evacuat. Tocmai atunci, i s-a venit gândul că mașina nou-venit trebuie să fie completată cu un vas separat pentru condensarea cu abur. O pompă simplă, condusă de mașina în sine, ar putea îndepărta aerul și apa din condensator, astfel încât cu fiecare cursă a mașinii să existe un spațiu gol.

După aceea, Watt a făcut mai multe îmbunătățiri, în urma cărora mașina a luat următoarea formă. Tuburile au fost aduse pe ambele părți ale cilindrului: prin aburul inferior a intrat în interiorul cazanului de aburi, prin cel superior a fost deviat către condensator. Condensatorul era format din două tuburi de staniu care stau în poziție verticală și comunicau între ele în vârful unui scurt tub orizontal, cu o deschidere suprapusă de un robinet. Partea inferioară a acestor tuburi a fost conectată la un al treilea tub vertical, care servea ca o pompă de by-pass de aer. Tuburile care compuneau frigiderul și pompa de aer erau așezate într-un cilindru mic cu apă rece. Tubul de abur a fost conectat la cazan, din care aburul a fost descărcat în cilindru. Când aburul a umplut cilindrul, supapa de abur a fost închisă și pistonul pompei de aer a condensatorului a fost ridicat, ca urmare a obținerii unui spațiu puternic descărcat în tuburile condensatorului. Aburul s-a năpustit în tuburi și s-a condensat acolo, iar pistonul s-a ridicat, ducând sarcina împreună cu acesta (așa s-a măsurat munca utilă a pistonului). Apoi robinetul de ieșire a fost închis.

În următorii câțiva ani, Watt a muncit din greu pentru a-și îmbunătăți motorul. În mașina din 1776, în comparație cu proiectarea din 1765, s-au făcut mai multe îmbunătățiri fundamentale. Pistonul a fost plasat în interiorul cilindrului, înconjurat de o carcasă cu abur (sacou). Datorită acestui fapt, pierderea de căldură a fost redusă la minimum. Carcasa de deasupra era închisă, în timp ce cilindrul era deschis. Aburul a intrat în cilindru din cazan printr-o conductă laterală. Cilindrul era conectat la condensator printr-o conductă echipată cu o supapă de evacuare cu abur. Puțin mai mare decât această supapă și mai aproape de cilindru era o a doua supapă de echilibrare. Când ambele supape au fost deschise, aburul eliberat din cazan a umplut întregul spațiu de deasupra și sub piston, deplasând aerul prin conductă în condensator. Când valvele au fost închise, întregul sistem a continuat să rămână în echilibru. Apoi s-a deschis valva inferioară de evacuare, care separă spațiul de sub piston de condensator. Aburul din acest spațiu a fost trimis la un condensator, răcit aici și condensat. În acest caz, s-a creat un spațiu rarefiat sub piston, iar presiunea a scăzut. De sus, aburul care provine din cazan a continuat să exercite presiune. Sub acțiunea sa, pistonul a coborât și a făcut o treabă utilă, care cu ajutorul unui echilibrator a fost transmisă tijei pompei. După ce pistonul a căzut la poziția cea mai joasă, valva de echilibrare superioară s-a deschis. Steam a umplut din nou spațiul de deasupra și de sub piston. Presiunea din cilindru a fost echilibrată. Sub acțiunea contragreutății situată la capătul echilibrului, pistonul s-a ridicat liber (fără a face nicio lucrare utilă). Apoi întregul proces a continuat în aceeași secvență.

Deși această mașină Watt, precum și motorul Newcomer, au rămas pe o parte, aceasta a avut deja o diferență importantă - dacă munca lui Newcomen a fost făcută de presiunea atmosferică, atunci de Watt a fost realizată cu abur. Prin creșterea presiunii de vapori, a fost posibilă creșterea puterii motorului și afectarea funcționării acestuia. Totuși, acest lucru nu a eliminat principalul dezavantaj al acestui tip de mașini - au făcut doar o singură mișcare de lucru, au funcționat năprasnic și, prin urmare, nu au putut fi utilizate decât ca pompe. În anii 1775-1785, au fost construite 66 de astfel de motoare cu aburi.

Crawler și-a început munca aproape simultan cu Watt,dar cu o abordare diferită a problemei motorului și în condiții economice complet diferite. Polzunov a început cu o formulare de energie generală a problemei înlocuirii complete a centralelor hidroenergetice dependente de putere locală cu un motor universal de căldură, dar nu și-a putut realiza planurile sale îndrăznețe în iobagul din Rusia.

În 1763, I.I. Polzunov a dezvoltat un proiect detaliat al unui motor cu abur de 1,8 CP, iar în 1764, împreună cu elevii săi, au procedat la crearea unei „mașini de stingere a incendiilor”. În primăvara anului 1766, ea era aproape gata. Datorită consumului trecător, inventatorul însuși nu a putut să-și vadă creierul în acțiune. Testele motorului cu aburi au început la o săptămână după moartea lui Polzunov.

Mașina lui Polzunov se deosebea de motoarele cu abur cunoscute la acea vreme, în primul rând prin faptul că era destinată nu numai pentru ridicarea apei, ci și pentru conducerea mașinilor din fabrică - burduf de suflant. A fost o mașină continuă, care a fost obținută prin utilizarea a doi cilindri în loc de unul: pistoanele cilindrilor s-au deplasat unul către celălalt și au acționat alternativ asupra unui arbore comun. În proiectul său, Polzunov a indicat toate materialele din care ar trebui să fie fabricată mașina și a prezentat, de asemenea, procesele tehnologice care ar fi necesare în timpul construcției sale (lipire, turnare, lustruire). Experții spun că memoriul care conține proiectul s-a distins prin claritatea extremă a gândirii și exactitatea filigrană a calculelor.

Potrivit inventatorului, aburul din cazanul mașinii a fost furnizat unuia dintre cei doi cilindri și a ridicat pistonul la cea mai înaltă poziție. După aceea, apa răcită a fost injectată în cilindru din rezervor, ceea ce a dus la condensarea vaporilor. Sub presiunea atmosferei exterioare, pistonul a fost coborât, în timp ce în celălalt cilindru pistonul s-a ridicat ca urmare a presiunii vaporilor. Folosind un dispozitiv special, au fost efectuate două operațiuni - intrarea automată a aburului din cazan în cilindri și admisia automată a apei reci. Un sistem de scripete (roți speciale) transmite mișcarea de la pistoane la pompele care pompează apa în rezervor și la suflă.

În paralel cu mașina principală, inventatorul a dezvoltat multe piese noi, dispozitive și dispozitive care au simplificat foarte mult procesul de producție. Un exemplu este regulatorul de acțiune directă pe care l-a proiectat pentru a menține un nivel constant de apă în cazan. În procesul de testare, au fost descoperite defecte grave ale motorului: tratarea inexactă a suprafeței cilindrilor folosiți, burduful scurger, prezența învelișurilor în părți metalice etc. Și realizările științifice din acea perioadă nu au permis calcularea corectă a cantității necesare de apă de răcire. Cu toate acestea, toate deficiențele au fost soluționate, iar în iunie 1766, instalația cu burduf a fost testată cu succes, după care a început construcția cuptoarelor.

1. Valoarea motoarelor cu abur

stații de pompare, locomotive pe navele cu aburitractoare , autovehicule cu abur și alte vehicule. Motoarele cu aburi au contribuit la utilizarea comercială pe scară largă a mașinilor în întreprinderi și au stat la baza energieirevoluție industrială  Secolul XVIII. Motoarele cu aburi au fost ulterior înlocuite., turbine cu abur, motoare electrice  și reactoare nucleare, A cărei eficiență este mai mare.

Turbine cu abur , formal un fel de motor cu aburi, sunt încă utilizate pe scară largă ca acționărigeneratoare de electricitate . Aproximativ 86% din energia electrică a lumii este generată cu turbine cu abur.

Principiul funcționării

Pentru a conduce un motor cu abur este necesarcazan de abur . Extinderea preselor cu abur pe piston sau omoplatturbină cu abur a cărei mișcare este transmisă altor părți mecanice. Unul dintre avantajele motoarelor cu ardere externă este că, datorită separării centralei de motorul cu abur, acestea pot utiliza aproape orice tip de combustibil - de lalemne de foc la uraniu.

1. Clasificarea motorului cu abur

Motoarele cu abur sunt clasificate după cum urmează.

Motoare cu abur reciproc

Motoarele cu reacție folosesc energia aburului pentru a deplasa pistonul într-o cameră etanșă sau închisă. Acțiunea reciprocă a pistonului poate fi transformată mecanic în mișcare liniară a pompelor pistonului sau în mișcare de rotație pentru părțile conduse ale mașinilor-unelte sau ale roților vehiculului.

Mașini cu vid

Motoarele cu aburi timpurii au fost numite pentru prima dată „aprindere   utilaje ", precum și„atmosferic Motoare cu Watt „sau„ condensând ”. Au muncit pentruvacuum principiu și, prin urmare, cunoscut și sub denumirea de "motoare cu vid". Astfel de mașini funcționau pentru a conduce pistonulpompe în orice caz, nu există dovezi că acestea au fost utilizate în alte scopuri. În timpul funcționării unui motor cu abur de tip vid, la începutul cursei, în camera de lucru sau în cilindru este introdus abur de joasă presiune. Valva de intrare apoi se închide și aburul se răcește prin condensare. În motorul Newcomen, apa de răcire este pulverizată direct în cilindru și condensul scapă în rezervorul de condens. Astfel, în cilindru este creat un vid. Presiunea atmosferică în partea superioară a cilindrului apasă pe piston, determinând ca acesta să se deplaseze în jos, adică cursa.

Lanț piston   cu capătul unui balansier mare care se rotește în jurul mijlocului său. Pompa de preîncărcare este conectată printr-un lanț la capătul opus al fasciculului, care, sub acțiunea pompei, întoarce pistonul în partea superioară a cilindruluigravitate . Acesta este drumul de întoarcere. Presiunea scăzută a vaporilor poate să nu contracareze mișcarea pistonului.

Răcirea constantă și reîncălzirea cilindrului de lucru al mașinii a fost foarte risipitoare și ineficientă, cu toate acestea, aceste motoare cu aburi au permis pompareaapă   dintr-o adâncime mai mare decât era posibil înainte de apariție.1774   În anul a existat o versiune a motorului cu aburi creat de Watt în colaborare cu Matthew Boulton, a cărei principală inovație a fost eliminarea procesului de condensare într-o cameră specială separată (condensator ). Această cameră a fost plasată într-o baie cu apă rece și conectată la cilindru cu un tub suprapus de o supapă. În camera de condensare a fost atașat un vid special mic.pompă (prototipul unei pompe de condens) condus de un fascicul și folosit pentru a scoate condensul din condensator. Apa caldă rezultată a fost furnizată de o pompă specială (prototipul pompei de alimentare) înapoi cazanului. O altă inovație radicală a fost închiderea capătului superior al cilindrului de lucru, în partea superioară a căruia acum exista abur de joasă presiune. Aceeași vapori au fost prezenți în cutia dublă a cilindrului, menținându-și temperatura constantă. În timpul mișcării ascendente a pistonului, acești vapori au fost transferați prin tuburi speciale în partea inferioară a cilindrului pentru a suferi condens în timpul ciclului următor. Mașina, de fapt, a încetat să mai fie „atmosferică”, iar puterea sa depindea acum de diferența de presiune dintre aburul de joasă presiune și vidul care putea fi obținut. În motorul cu aburi Newcomen, pistonul era lubrifiat cu o cantitate mică de apă turnată deasupra acestuia, în mașina Watt a devenit imposibil, deoarece acum existau aburi în partea superioară a cilindrului, a trebuit să trec la ungere cu un amestec de grăsime și ulei. Același lubrifiant a fost utilizat și în etanșarea tijei cilindrului.

Motoarele cu abur, în ciuda limitării evidente a eficienței lor, erau relativ sigure, au folosit abur de joasă presiune, ceea ce corespundea nivelului general scăzut al tehnologiilor cazanuluiSecolul XVIII . Puterea mașinii a fost limitată de presiunea de vapori scăzută, dimensiunile cilindrului, rata de ardere a combustibilului și evaporarea apei în cazan, precum și dimensiunile condensatorului. Eficiența teoretică maximă a fost limitată de o diferență de temperatură relativ mică pe ambele părți ale pistonului; acest lucru a făcut mașini de vid concepute pentru uz industrial prea mari și scumpe.

aproximativ1811   an, Richard Trevitnik a avut nevoie să îmbunătățească mașina Watt pentru a o adapta la noile cazane Cornish. Presiunea de vapori de deasupra pistonului a atins 275 kPa (2,8 atmosfere) și a fost cea care a dat principala putere de a face cursa de lucru; În plus, condensatorul a fost îmbunătățit semnificativ. Astfel de mașini au fost numite mașini Cornish, au fost dispărute până în anii 1890. Multe dintre mașinile vechi ale lui Watt au fost remodelate la acest nivel, unele mașini Cornish erau destul de mari.

Motoare cu abur de înaltă presiune

În motoarele cu abur, aburul curge din cazan în camera de lucru a cilindrului, unde se extinde, exercitând presiune asupra pistonului și făcând lucrări utile. După aceea, aburul extins poate fi descărcat în atmosferă sau poate intra în condensator. O diferență importantă între mașinile cu înaltă presiune și vid este că presiunea aburului de evacuare depășește presiunea atmosferică sau este egală cu aceasta, adică vidul nu este creat. Aburul de evacuare a avut de obicei o presiune peste presiunea atmosferică și a fost adesea eliberathorn asta a permis creșterea pescajului unui cupru.

Importanța creșterii presiunii de vapori este aceea că, în acest sens, dobândește o temperatură mai ridicată. Astfel, mașina cu înaltă presiune cu abur funcționează la o diferență de temperatură mai mare decât cea care poate fi obținută la mașinile cu vid. După ce mașinile cu înaltă presiune au înlocuit cele cu vid, acestea au devenit baza dezvoltării și îmbunătățirii în continuare a tuturor motoarelor cu abur alternativ. Cu toate acestea, presiunea care a fost luată în considerareAnul 1800   ridicat (275-345 kPa), este acum considerat ca fiind foarte scăzut - presiunea în cazanele moderne cu abur este de zece ori mai mare.

Un avantaj suplimentar al mașinilor de înaltă presiune este că acestea sunt mult mai mici decât nivelul de putere atribuit și, în consecință, semnificativ mai puțin costisitoare. În plus, un astfel de motor cu aburi poate fi suficient de ușor și compact pentru a fi utilizat pe vehicule.Transportul cu abur rezultat (locomotive cu aburi, bărci cu aburi) a revoluționat transportul comercial și de pasageri, strategia militară și, în general, a afectat aproape toate aspectele vieții publice.

Mașini cu abur cu acțiune dublă

Următorul pas important în dezvoltarea motoarelor cu abur de înaltă presiune a fost apariția mașinilor cu acțiune dublă. În mașinile cu acțiune unică, pistonul s-a mișcat într-o direcție prin forța unei perechi în expansiune, dar a revenit fie sub influența gravitației, fie datorită momentului volantului rotativ de inerție conectat la motorul cu aburi.

În motoarele cu aburi cu acțiune dublă, aburul proaspăt este furnizat alternativ pe ambele părți ale cilindrului de lucru, în timp ce aburul de evacuare din cealaltă parte a cilindrului este eliberat în atmosferă sau în condensator. Aceasta a necesitat crearea unui mecanism destul de complex de distribuție a aburului. Principiul dublei acțiuni crește viteza mașinii și îmbunătățește netezimea.

Pistonul unui astfel de motor cu abur este conectat la o tijă glisantă care iese din cilindru. În acest sens, este stocată tija de legătură pivotantă, care pune în mișcare manivela volantă. Sistem de distribuție a aburului condus de alțiimecanism de manivelă. Mecanismul de distribuție a aburului poate avea o funcție inversă, astfel încât este posibilă schimbarea direcției de rotație a volanului mașinii.

Un motor cu abur cu acțiune dublă este de aproximativ două ori mai puternic decât un motor cu abur convențional și poate funcționa, de asemenea, cu o volană mult mai ușoară. Acest lucru reduce greutatea și costul mașinilor.

Majoritatea motoarelor cu abur folosesc acest principiu particular de funcționare, care se vede clar în locomotivele cu aburi. Când o astfel de mașină are doi sau mai mulți cilindri, manivelele sunt montate cu un schimb de 90 de grade pentru a garanta posibilitatea pornirii mașinii cu orice poziție a pistoanelor în cilindri. Unele aburi cu roată aveau un motor cu abur monocilindric cu două acțiuni și trebuiau să se asigure că roata nu se opreștecentru mort adică într-o poziție în care mașina nu poate fi pornită.

Turbine cu abur

O turbină cu abur este un tambur sau o serie de discuri rotative fixate pe o singură axă, ele sunt numite rotorul turbinei și o serie de discuri fixe care alternează cu ele, fixate pe o bază, numită stator. Discurile rotorului au lame la exterior, aburul este furnizat la aceste lame și răsucește discurile. Discurile stator au lame similare (active sau similare în reactive), montate într-un unghi opus, care servesc la redirecționarea fluxului de abur către discurile rotor care le urmează. Fiecare disc rotor și discul stator corespunzător sunt apelateetapă   turbină. Numărul și dimensiunea etapelor fiecărei turbine sunt selectate astfel încât să maximizeze utilizarea energiei utile a aburului la viteza și presiunea care îi sunt furnizate. Aburul de evacuare care iese din turbină intră în condensator. Turbinele se rotesc cu o viteză foarte mare și, prin urmare, atunci când transferă rotația către alte echipamente, specialereducerea transmiterii. În plus, turbinele nu pot schimba direcția de rotație a acestora și necesită adesea mecanisme de inversare suplimentare (uneori sunt utilizate etape suplimentare de rotație inversă).

Turbinele transformă energia aburului direct în rotație și nu necesită mecanisme suplimentare pentru transformarea mișcării reciproce în rotație. În plus, turbinele sunt mai compacte decât mașinile reciproce și au o forță constantă pe arborele de ieșire. Deoarece turbinele sunt mai simple în proiectare, ele necesită de obicei o întreținere mai mică.

Principalul domeniu de aplicare pentru turbinele cu abur este generarea de electricitate (aproximativ 86% din energia electrică a lumii este produsăgeneratoare de turbocare sunt acționate de turbine cu abur), în plus, sunt adesea utilizate ca motoare pentru nave (inclusiv nave nucleare șisubmarine). De asemenea, au fost construite uneleturbină cu abur dar nu au fost răspândite și au fost repede înlocuitelocomotive diesel și locomotive electrice.

Motoarele cu abur sunt împărțite:

• prin modul în care aburul acționează asupra mașinilor cu și fără expansiune, primele fiind considerate cele mai economice
• pentru perechea uzată
  • presiune scăzută (până la 12 kg / cm²)
  • presiune medie (până la 60 kg / cm²)
  • presiune înaltă (peste 60 kg / cm²)
• după numărul de rotații ale arborelui
  • viteză mică (până la 50 rpm, ca pe roțivapoare cu aburi)
  • de mare viteză.
• presiunea aburului
  • la condens (presiunea în condensator 0.1-0.2 ata)
  • eșapament (cu o presiune de 1,1-1,2 ata)
  • cogenerare cu selecție de abur pentru încălzire sau turbine cu abur cu presiune de la 1,2 atm până la 60 atm în funcție de scopul selecției (încălzire, regenerare, procese tehnologice, funcționarea unor picături mari înturbine cu abur în amonte).
• prin dispunerea cilindrilor
  • orizontală
  • înclinat
  • vertical
• după numărul de cilindri
  • un singur cilindru
  • multi cilindru
    • gemene, construite etc., în care fiecare cilindru este alimentat cu abur proaspăt
    • motoare cu aburi cu expansiune multiplă, în care aburul se extinde secvențial în 2, 3, 4 cilindri de volum în creștere, trecând de la cilindru la cilindru prin așa-numitele.receptori (colectori).

După tipul mecanismului de transmisie, motoarele cu aburi cu expansiune multiplă sunt împărțite înmașini tandem (Fig. 4) și mașini compuse   (fig. 5). Un grup specialmotoare cu abur cu flux directîn care eliberarea aburului din cavitatea cilindrului se realizează prin marginea pistonului.

Prin aplicarea lor: pe mașini staționare și non-staționare (inclusiv mobile) instalate pe diferite tipurivehicule.
Motoarele cu abur staționar pot fi împărțite în două tipuri în funcție de modul de utilizare:

• Mașini cu mod variabil, care includ mașinilaminatoare metalice, trolii cu abur și dispozitive similare care trebuie să se oprească frecvent și să schimbe direcția de rotație.
• Mașini electrice care se opresc foarte rar și nu ar trebui să schimbe direcția de rotație. Acestea includ motoarele cu energie pornităcentrale electriceprecum și motoare industriale utilizate în fabrici, fabrici și încăi ferate prin cablu  la tracțiune electrică răspândită. Motoarele cu putere redusă sunt utilizate pe modelele navei și în dispozitivele speciale.

Troliu cu abur   este în esență un motor staționar, dar montat pe un cadru de sprijin, astfel încât să poată fi mișcat. Poate fi fixat cu un cablu laancoră   și s-a mutat prin propria forță într-un loc nou.

Coeficient de performanță  (Eficiența) unui motor de căldură poate fi definit ca raportul dintre utillucru mecanic  la cheltuitcantitate de căldurăconținut în combustibil . Restul de energie este eliberat înmediul  sub formă de căldură .
Eficiența motorului termic este

unde

W out   - lucru mecanic, J;

Q in   - cantitatea consumată de căldură, J.

Un motor de căldură nu poate avea o eficiență mai mare decâtciclul Carnot în care cantitatea de căldură este transferată de la încălzitorul de temperatură înaltă la frigiderul cu temperatură scăzută. Eficiența unui motor ideal de căldură Carnot depinde exclusiv de diferența de temperatură, iar în calcule este utilizattemperatura termodinamică absolută. Prin urmare, pentru motoarele cu abur, cea mai mare temperatură T posibilă1   la începutul ciclului (obținut, de exemplu, prinsupraîncălzitor ) și temperatura cea mai scăzută posibilă T2   la sfârșitul buclei (de exemplu, folosireacondensator)

Un motor cu abur care eliberează aburul în atmosferă va avea o eficiență practică (inclusiv un cazan) de la 1 la 8%, dar un motor cu condensator și extinderea părții de curgere poate îmbunătăți eficiența cu până la 25% și chiar mai mult.Centrala termica  cu supraîncălzitor  iar încălzirea regenerativă a apei poate atinge o eficiență de 30-42%.Plante cu ciclu combinat  cu un ciclu combinat în care energia combustibilului este utilizată mai întâi pentru a conduce o turbină cu gaz, iar apoi pentru o turbină cu abur, poate obține o eficiență de 50-60%. peCHP   eficiența este sporită prin utilizarea aburului parțial epuizat pentru necesitățile de încălzire și producție. În acest caz, se folosește până la 90% din energia combustibilului și doar 10% este împrăștiat inutil în atmosferă.

Astfel de diferențe de performanță se datorează naturiiciclul termodinamic  motoare cu abur. De exemplu, cea mai mare sarcină de încălzire scade pe perioada de iarnă, astfel încât eficiența centralelor termice în timpul iernii crește.

Unul dintre motivele scăderii eficienței este că temperatura medie a vaporilor din condensator este puțin mai mare decât temperatura ambiantă (așa-numitacap de temperatură). Temperatura medie a temperaturii poate fi redusă prin utilizarea condensatoarelor multi-pass. De asemenea, eficiența utilizează economizatoare, încălzitoare de regenerare și alte mijloace de optimizare a ciclului aburului.

La motoarele cu abur, o proprietate foarte importantă este aceea că dilatarea și contracția izotermelor apar la presiune constantă, mai exact, la presiunea aburului care vine din cazan. Prin urmare, schimbătorul de căldură poate avea orice dimensiune, iar diferența de temperatură dintre fluidul de lucru și răcitor sau încălzitor este de aproape 1 grad. Drept urmare, pierderea de căldură poate fi redusă la minimum. Pentru comparație, diferențele de temperatură între încălzitor sau răcitor și fluidul de lucru dinstirling   poate atinge 100 ° C.

1. Avantajele și dezavantajele unei motoare cu aburi

Principalul avantaj al motoarelor cu abur ca motoare cu combustie externă este că, datorită separării cazanului de motorul cu abur, se poate utiliza aproape orice tip de combustibil (sursă de căldură) - dinbalegă în uraniu . Acest lucru le distinge de motoarele cu ardere internă, fiecare dintre acestea necesitând utilizarea unui anumit tip de combustibil. Acest avantaj este cel mai vizibil atunci când se utilizează energia nucleară, deoarecereactor nuclear   incapabil să genereze energie mecanică, dar produce numai căldură, care este utilizată pentru a genera abur, care conduce motoarele cu abur (de obicei turbine cu abur). În plus, există și alte surse de căldură care nu pot fi utilizate în motoarele cu ardere internă, de exemplu,energia solară. O zonă interesantă este utilizarea energiei la diferența de temperaturăoceanul mondial   la diferite adâncimi.

Alte tipuri de motoare cu ardere externă, cum ar fimotorul stirling, care poate oferi o eficiență foarte ridicată, dar au o greutate și dimensiuni semnificativ mai mari decât tipurile moderne de motoare cu aburi.

Locomotivele cu abur funcționează bine la altitudini mari, deoarece performanțele lor nu scad din cauza presiunii atmosferice scăzute. Locomotivele cu abur sunt încă utilizate în regiunile muntoase din America Latină, în ciuda faptului că în zonele joase au fost înlocuite de mult timp cu tipuri mai moderne de locomotive.

În Elveția (Brienz Rothhorn) și Austria (Schafberg Bahn), noi locomotive cu aburi uscate și-au dovedit valoarea. Acest tip de locomotive a fost dezvoltat pe baza modelelor elvețiene de locomotive și mașini (SLM).1930 , cu multe îmbunătățiri moderne, cum ar fi utilizarea rulmenților, izolarea termică modernă, arderea fracțiilor de ulei ușor ca combustibil, liniile de abur îmbunătățite, etc. Ca urmare, astfel de locomotive au un consum de combustibil cu 60% mai puțin și cerințe de întreținere semnificativ mai mici. Calitățile economice ale acestor locomotive sunt comparabile cu locomotivele diesel moderne și locomotivele electrice.

În plus, locomotivele cu aburi sunt mult mai ușoare decât cele diesel și cele electrice, ceea ce este valabil mai ales pentru căile ferate montane. O caracteristică a motoarelor cu aburi este că nu au nevoiesistemul de propulsie transmiterea forței direct la roți.

1. Aplicație pentru motorul cu abur

Până la mijlocSecolul XX   motoarele cu abur au fost utilizate pe scară largă în zonele în care calitățile lor pozitive (fiabilitate ridicată, capacitatea de a lucra cu fluctuații mari în sarcină, posibilitatea supraîncărcărilor îndelungate, durabilitate, costuri reduse de exploatare, ușurință de întreținere și ușurință de inversare) au făcut ca utilizarea unui motor cu abur să fie mai adecvată decât folosirea altor motoare în ciuda deficiențelor sale, care rezultă în principal din prezența unui mecanism de manivelă. Aceste domenii includ:transport feroviar  (vezi locomotiva cu aburi); transport pe apă  (vezi barca cu aburi ), unde motorul cu aburi și-a împărtășit aplicarea cu motoarele cu ardere internă și turbinele cu abur; întreprinderi industriale cu consum de energie electrică și termică: fabrici de zahăr, confecționare de chibrituri, textile, fabrici de hârtie, întreprinderi alimentare individuale. Natura consumului de căldură al acestor întreprinderi a fost determinată de schema de căldură a instalației și de tipul corespunzător de motor cu aburi de cogenerare: cu extracție cu abur final sau intermediar.

Instalații de încălzire face posibilă reducerea consumului de combustibil cu 5-20% în comparație cu cele separate și instalațiile constând în motoare cu aburi cu condensare și case de cazane individuale care produc aburi pentru procese tehnologice și încălzire. AdusURSS   Studiile au arătat fezabilitatea transferării instalațiilor separate către instalațiile de cogenerare prin introducerea unei selecții controlate de abur dinreceptor   motor cu abur cu expansiune dublă Capacitatea de a lucra pe orice tip de combustibil a făcut ca utilizarea motoarelor cu abur să funcționezedeșeuri industriale și agricole: la gatere, îninstalații locomotive  etc., în special în prezența consumului de căldură, cum ar fi, de exemplu, la întreprinderile de prelucrare a lemnului care au deșeuri combustibile și consumă căldură scăzută pentru uscarea lemnului.

Motorul cu aburi este convenabil pentru utilizare întransport rutier  , din moment ce nu necesitătransmisieCu toate acestea, nu a fost răspândit aici din cauza unor dificultăți de proiectare nerezolvate. De asemenea: aburun tractor, un excavator cu aburi și chiar un avion cu aburi.

Motoarele cu abur au fost utilizate ca motor de antrenare înstații de pompare, locomotive, pe nave cu aburi, tractoare , și alte vehicule. Motoarele cu abur au contribuit la utilizarea comercială pe scară largă a mașinilor în întreprinderi și au furnizat baza energeticărevoluție industrială  Secolul XVIII. Mașinile cu abur târziu au fost eliminatemotoare cu combustie interna, turbine cu abur  și motoare electrice, A cărei eficiență este mai mare.

Turbine cu abur , formal un tip de motor cu aburi, sunt încă utilizate pe scară largă ca acționărigeneratoare de electricitate. Aproximativ 86% din energia electrică a lumii este generată cu turbine cu abur.

concluzie

Consecințele creării unui motor cu aburi sunt:

Revoluția industrială;

-   emigrarea în masă a europenilor în Lumea Nouă (navele s-au mișcat mai repede și au transportat mult mai mulți pasageri decât bărcile cu pânze)

-   crearea transportului feroviar (în Statele Unite, de exemplu, a permis începerea dezvoltării Vestului Sălbatic)
-   dezvoltarea ulterioară a echipamentelor militare.

Motoarele cu abur voluminoase, grele și neeconomice sunt acum înlocuite complet de turbine cu abur și motoare cu ardere internă.

Orice utilaj și tehnologicprocesul său de fabricație este îmbunătățit continuu. Inventatorii și raționalizatorii care lucrează în producție creează noi mașini, echipamente, dispozitive și fac multe propuneri diferite pentru îmbunătățirea utilajelor și echipamentelor existente.

Sarcina tehnologiei este de a transforma natura și lumea omului în conformitate cu obiectivele stabilite de oameni pe baza nevoilor și dorințelor lor. Fără tehnologie, oamenii nu ar putea face față mediului lor natural. Prin urmare, tehnologia este o parte necesară a existenței umane de-a lungul istoriei ...

Surse de internet

1. http://www.iq-coaching.ru/razvitie-mashinostroeniya/vidy-dvigatelei/68.html
   1. http://vsedvigateli.narod.ru/1/tep_dvig/dvig_vnesh_sg/par_dvig/par_dvig.htm
      1. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1086627#.D0.98.D0.B7.D0.BE.D0.B1.D1.80.D0.B5.D1.82.D0.B5 .D0.BD.D0.B8.D0.B5_.D0.B8_.D1.80.D0.B0.D0.B7.D0.B2.D0.B8.D1.82.D0.B8.D0.B5
      2. http://class-fizika.narod.ru/parpols.htm
      3. http://helpiks.org/2-16428.html
      4. http://www.youtube.com/watch?v\u003dFIO6n5tqpx8
      5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1 % 88% D0% B8% D0% BD% D0% B0
      6. http://5klass.net/fizika-10-klass/Izobretenie-parovoj-mashiny/005-Parovaja-mashina-T.-Njukomena.html

Întrebări pentru public:

1. Ce este o motorizare cu aburi?
   1.   Om de știință rus care a dezvoltat un design detaliat al unui motor cu vapori de 1,8 CP
      1. Principalele avantaje ale motorului cu aburi.
      2. Dezavantajele motorului cu aburi.
      3. Ce a dus la crearea unei motorizări cu aburi?

PAGINA \\ * MERGEFORMAT 1