Principiul de funcționare al motorului cu aburi

Conţinut

adnotare

1. Partea teoretică

1.1 Lanțul de timp

1.2 Motor cu aburi

1.2.1 Cazan cu abur

1.2.2 Turbine cu abur

1.3 Mașini cu abur

1.3.1 Primele vapoare

1.3.2 Nașterea vehiculelor cu două roți

1.4 Aplicarea motoarelor cu aburi

1.4.1 Avantajul motoarelor cu aburi

1.4.2 Eficiență

2. Partea practică

2.1 Construirea mecanismului

2.2 Modalități de îmbunătățire a mașinii și eficiența acesteia

2.3 Chestionar

Concluzie

Bibliografie

Cerere

motor cu aburiacțiune utilă

adnotare

Această lucrare științifică constă din 32 de foi și include o parte teoretică, o parte practică, o aplicație și o concluzie. În partea teoretică, veți afla despre principiul funcționării mașinilor și mecanismelor cu aburi, despre istoria lor și rolul aplicării lor în viață. Partea practică descrie în detaliu 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

O lume ascultătoare de orice mofturi ale naturii, în care mașinile sunt conduse de puterea musculară sau de puterea roților de apă și a morilor de vânt - așa era lumea tehnologiei înainte de crearea mașinii cu aburi. de exemplu, o foaie de hârtie) care se află în calea sa. Aceasta a făcut o persoană să se gândească la modul de utilizare a aburului ca mediu de lucru. Ca urmare a acestui fapt, după multe experimente, a apărut o mașină cu aburi. Și imaginați-vă fabrici cu coșuri de fumat, mașini cu aburi și turbine, locomotive cu aburi și bărci cu aburi - întreaga lume complexă și puternică a ingineriei cu abur creată de om. singurul motor universal și a jucat un rol imens în dezvoltarea omenirii.mașina cu aburi a fost impulsul dezvoltării ulterioare a vehiculelor. Timp de o sută de ani, a fost singurul motor industrial cu versatilitate care l-a făcut adecvat pentru utilizare în fabrici, căi ferate și navă. Și de-a lungul secolelor, întreaga semnificație a acestei invenții este simțită și mai accentuat.

Ipoteză:

Este posibil să construiești cu propriile mâini cel mai simplu mecanism care funcționa cu abur?

Scopul muncii: proiectarea unui mecanism care se poate deplasa pe un abur.

Obiectiv de cercetare:

1. Studiați literatura științifică.

2. Proiectați și construiți cel mai simplu mecanism alimentat cu abur.

3. Luați în considerare posibilitatea creșterii eficienței în viitor.

Această lucrare științifică va servi drept manual pentru lecțiile de fizică pentru elevii de liceu și pentru cei interesați de acest subiect.

1.TeoRepartea tică

Motorul cu aburi este un motor cu piston cu căldură în care energia potențială a vaporilor de apă provenind de la un cazan cu abur este transformată în lucru mecanic al mișcării pistonului alternativ sau al mișcării rotative a unui arbore.

Aburul este unul dintre cei mai comuni purtători de căldură din sistemele termice cu un lichid încălzit sau fluid de lucru gazos, împreună cu apă și uleiuri termice. Vaporii de apă prezintă o serie de avantaje, inclusiv simplitatea și flexibilitatea de utilizare, toxicitate redusă, capacitatea de a furniza o cantitate semnificativă de energie procesului tehnologic. Poate fi utilizat într-o varietate de sisteme care implică contactul direct al lichidului de răcire cu diferite elemente ale echipamentelor, contribuind în mod eficient la reducerea costurilor cu energia, reducerea emisiilor și recuperarea rapidă.

Legea conservării energiei este o lege fundamentală a naturii, stabilită empiric și constând în faptul că energia unui sistem fizic izolat (închis) este conservată 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. Dintr-un 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 Lanțul de timp

4000 î.Hr. NS. - omul a inventat roata.

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

2000 î.Hr. NS. - roata a căpătat o formă mai familiară pentru noi. Acum are un butuc, jantă și spițe care le leagă.

1700 î.Hr. NS. - au apărut primele drumuri pavate cu grinzi de lemn.

312 î.Hr. NS. - Primele drumuri de piatră au fost construite în Roma Antică. Zidăria avea o grosime de un metru.

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

1510 - trăsura trasă de cai a dobândit un corp cu pereți și acoperiș. Pasagerii au avut ocazia să se protejeze de vreme rea în timpul călătoriei.

1526 - Omul de știință și artistul german Albrecht Durer a dezvoltat un interesant proiect de „trăsură fără cal”, alimentat de puterea musculară a oamenilor. Oamenii care mergeau de-a lungul părții laterale ale trăsurii roteau mânerele speciale. Această rotație a fost transmisă prin intermediul unui angrenaj melcat la roțile echipajului. Din păcate, vagonul nu a fost făcut.

1600 - Simon Stevin construiește un iaht pe roți, condus de forța vântului. Ea a devenit primul design de trăsuri fără cai.

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

1649 - S-au trecut primele teste privind utilizarea unui arc răsucit anterior de o persoană ca forță motrice. Trăsura cu arc a fost construită de Johann Houch la Nürnberg. Cu toate acestea, istoricii pun la îndoială aceste informații, deoarece există o versiune conform căreia în loc de un arc mare, un bărbat stătea în interiorul trăsurii, care a pus mecanismul în mișcare.

1680 - primele exemple de transport public ecvestru au apărut în marile orașe.

1690 Stephan Farffler din Nürnberg inventează o trăsură cu trei roți care se mișcă cu două mânere rotite de mâini. Datorită acestei acțiuni, proiectantul vagoanelor se putea deplasa dintr-un loc în altul fără ajutorul picioarelor sale.

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

1741 - Mecanicul autodidact rus Leonty Lukyanovich Shamshurenkov a trimis cancelariei provinciale Nijni Novgorod un „raport” cu o descriere a „scaunului cu rotile cu funcționare automată”.

1769 - Inventatorul francez Cugno construiește prima mașină cu aburi din lume.

1784 James Watt construiește primul motor cu aburi.

1791 - Ivan Kulibin a proiectat o trăsură autopropulsată cu trei roți care putea găzdui doi pasageri. Unitatea a fost efectuată folosind un mecanism cu pedală.

1794 - Mașina cu aburi a lui Cugno a fost predată „depozitului de mașini, scule, modele, desene și descrieri de tot felul de arte și meserii” 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 Efim Artamonov.

1808 - Prima bicicletă franceză a apărut pe străzile Parisului. Era din lemn și consta dintr-o bară transversală care conecta două roți. Spre deosebire de bicicleta modernă, nu avea ghidon sau pedale.

1810 - Industria de transport a început să apară în America și Europa. În orașele mari, au apărut străzi întregi și chiar cartiere locuite de maești vagonari.

1816 - Inventatorul german Karl Friedrich Dreis construiește o mașină care seamănă cu o bicicletă modernă. De îndată ce a apărut pe străzile orașului, a primit numele de „mașină de alergat”, deoarece proprietarul său, împingând cu picioarele, a fugit de-a lungul solului.

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 anul acesta francezul Erne Michaud a creat prototipul motocicletei moderne.

1871 - Inventatorul francez Louis Perrault dezvoltă o mașină cu aburi pentru o bicicletă.

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

1875 - a avut loc la Paris o demonstrație a primei mașini cu aburi a lui Amadeus Bdley.

1884 - Americanul Louis Copeland construiește o motocicletă cu un motor cu abur montat deasupra roții din față. Acest design ar putea accelera la 18 km / h.

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

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

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

1905 - Americanul F. Marriott a depășit viteza de 200 km într-o mașină cu aburi

1.2 Aburmotor

Motor cu abur. Aburul produs prin încălzirea apei este folosit pentru mișcare. În unele motoare, aburul forțează pistoanele din cilindri să se miște. Aceasta creează o mișcare alternativă. Mecanismul conectat îl transformă de obicei în mișcare rotativă. La locomotivele cu aburi (locomotive) se folosesc motoare cu piston. Turbinele cu aburi sunt, de asemenea, utilizate ca motoare, care dau direct mișcare rotativă prin rotirea unei serii de roți cu lame. Turbinele cu aburi acționează generatoare de centrale electrice și elice pentru nave. În orice motor cu aburi, căldura generată prin încălzirea apei într-un cazan cu abur (cazan) este transformată în energie de mișcare. Căldura poate fi furnizată prin arderea combustibilului într-un cuptor sau dintr-un reactor nuclear. Primul din istoria motoarelor cu aburi a fost un fel de pompă, cu ajutorul căreia apa care a inundat minele a fost pompată. A fost inventat în 1689 de Thomas Savery. În această mașină, cu un design foarte simplu, aburul a fost condensat, transformându-se într-o cantitate mică de apă și, din această cauză, a fost creat un vid parțial, din cauza căruia apa a fost aspirată din arbore. În 1712, Thomas Newcomen a inventat o pompă cu piston acționată cu abur. În anii 1760. James Watt a îmbunătățit designul Newcomen și a creat motoare cu aburi mult mai eficiente. În curând au fost folosite în fabrici pentru alimentarea mașinilor-unelte. În 1884, inginerul englez Charles Parsone (1854-1931) a inventat prima turbină practică cu aburi. Proiectele sale au fost atât de eficiente încât au înlocuit în curând motoarele cu abur alternativ din centralele electrice. Cel mai uimitor progres în domeniul motoarelor cu aburi a fost crearea unui motor cu aburi microscopic, complet închis, care funcționează. Oamenii de știință japonezi l-au creat folosind tehnici utilizate pentru a realiza circuite integrate. Un mic curent care curge prin elementul de încălzire electric transformă picătura de apă în abur, care acționează pistonul. Acum oamenii de știință trebuie să descopere în ce domenii acest dispozitiv poate găsi aplicații practice.

Am dat peste un articol interesant pe internet.

"Inventatorul american Robert Green a dezvoltat o tehnologie complet nouă, care generează energie cinetică prin conversia energiei reziduale (ca și alți combustibili). Motoarele cu aburi Green sunt alimentate cu piston și sunt proiectate pentru o mare varietate de aplicații."
Gata, nici mai mult, nici mai puțin: o tehnologie complet nouă. Ei bine, bineînțeles că am început să mă uit, am încercat să înțeleg. Este scris peste tot unul dintre cele mai unice avantaje ale acestui motor este capacitatea de a genera energie din energia reziduală a motoarelor. Mai precis, energia reziduală de eșapament de la motor poate fi convertită în energie care merge către pompele și sistemele de răcire ale unității. Deci, ce se întâmplă, așa cum am înțeles, cu gaze de eșapament pentru a aduce apa la fierbere și apoi a transforma aburul în mișcare. Cât de necesar și rentabil, pentru că ... chiar dacă acest motor, așa cum se spune, este special conceput dintr-un număr minim de piese, dar totuși costă atât de mult și are sens să îngrădească o grădină, cu atât mai mult fundamental nou în această invenție, nu văd ... Și o mulțime de mecanisme pentru conversia mișcării alternative în mișcare de rotație au fost deja inventate. Pe site-ul autorului, modelul cu doi cilindri este vândut, în principiu, nu este scump
doar 46 USD.
Pe site-ul autorului există un videoclip folosind energia solară, există și o fotografie a cuiva pe o barcă care folosește acest motor.
Dar în ambele cazuri, aceasta nu este în mod clar căldură reziduală. Pe scurt, mă îndoiesc de fiabilitatea unui astfel de motor: "Rulmenții cu bile sunt în același timp canale goale prin care se furnizează abur cilindrilor." Care este părerea dvs., dragi utilizatori ai site-ului?
Articole în limba rusă

Interesul pentru vaporii de apă ca sursă accesibilă de energie a apărut odată cu primele cunoștințe științifice ale vechilor. Oamenii au încercat să îmblânzească această energie de trei milenii. Care sunt etapele principale ale acestei căi? A cui reflecții și proiecte au învățat omenirea să obțină beneficiul maxim din aceasta?

Condiții preliminare pentru apariția motoarelor cu aburi

Necesitatea unor mecanisme care pot facilita procesele care necesită muncă intensă a existat întotdeauna. Până la jumătatea secolului al XVIII-lea, mori de vânt și roți de apă erau folosite în acest scop. Posibilitatea utilizării energiei eoliene depinde în mod direct de capriciile vremii. Și pentru a folosi roțile de apă, fabricile trebuiau construite de-a lungul malurilor râului, ceea ce nu este întotdeauna convenabil și oportun. Iar eficacitatea ambelor a fost extrem de redusă. Aveam nevoie de un motor fundamental nou, ușor de gestionat și lipsit de aceste neajunsuri.

Istoria invenției și îmbunătățirea motoarelor cu aburi

Crearea unui motor cu aburi este rezultatul unei deliberări îndelungate, a succesului și a eșecului speranțelor multor oameni de știință.

Începutul drumului

Primele proiecte unice au fost doar curiozități interesante. De exemplu, Arhimede a proiectat un tun cu aburi, Heron din Alexandria a folosit energia aburului pentru a deschide ușile templelor antice. Și cercetătorii găsesc note despre utilizarea practică a energiei aburului pentru activarea altor mecanisme în lucru Leonardo da Vinci.

Să luăm în considerare cele mai semnificative proiecte pe această temă.

În secolul al XVI-lea, inginerul arab Tagi al-Din a dezvoltat un proiect pentru o turbină cu aburi primitivă. Cu toate acestea, nu a primit aplicații practice datorită împrăștierii puternice a jetului de abur furnizat palelor roții turbinei.

Treceți rapid la Franța medievală. Fizicianul și talentatul inventator Denis Papin, după multe proiecte nereușite, se oprește la următorul design: un cilindru vertical a fost umplut cu apă, peste care a fost instalat un piston.

Cilindrul a fost încălzit, apa a fiert și s-a evaporat. Aburul în expansiune ridică pistonul. A fost fixat în punctul de ridicare superior și se aștepta ca cilindrul să se răcească și aburul să se condenseze. După condensarea aburului în cilindru, s-a format un vid. Pistonul, eliberat de fixare, a fost repezit în vid sub influența presiunii atmosferice. Această cădere a pistonului trebuia să fie folosită ca cursă de lucru.

Deci, cursa utilă a pistonului a fost cauzată de formarea unui vid datorită condensării aburului și a presiunii externe (atmosferice).

Pentru că motorul cu aburi Papen la fel ca majoritatea proiectelor ulterioare au fost denumite mașini cu abur-atmosferă.

Acest design a avut un dezavantaj foarte semnificativ - repetabilitatea ciclului nu a fost furnizată. Denis vine cu ideea de a obține abur nu într-un cilindru, ci separat într-un cazan cu abur.

Denis Papin a intrat în istoria creării motoarelor cu aburi ca inventator al unui detaliu foarte important - cazanul cu abur.

Și de când au început să primească abur în afara cilindrului, motorul în sine a trecut în categoria motoarelor cu ardere externă. Dar din cauza lipsei unui mecanism de distribuție care să asigure funcționarea neîntreruptă, aceste proiecte au găsit cu greu vreo aplicație practică.

O nouă etapă în dezvoltarea motoarelor cu aburi

De aproximativ 50 de ani, a fost folosit pentru pomparea apei în minele de cărbune Pompa de abur a lui Thomas Newcomen. Repeta în mare măsură proiectele anterioare, dar conținea inovații foarte importante - o țeavă pentru îndepărtarea aburului condensat și o supapă de siguranță pentru eliberarea excesului de abur.

Dezavantajul său semnificativ era că cilindrul trebuia încălzit înainte de a injecta abur, apoi răcit înainte de condensare. Dar cererea pentru astfel de motoare a fost atât de mare încât, în ciuda ineficienței lor evidente, ultimele copii ale acestor mașini au fost puse în funcțiune până în 1930.

În 1765 Mecanic englez James Watt, preluarea îmbunătățirii mașinii Newcomen, a separat condensatorul de cilindrul de abur.

Acum este posibil să mențineți cilindrul încălzit constant. Eficiența mașinii a crescut imediat. În anii următori, Watt și-a îmbunătățit semnificativ modelul, echipându-l cu un dispozitiv pentru furnizarea de abur dintr-o parte sau alta.

A devenit posibilă utilizarea acestei mașini nu numai ca pompă, ci și pentru conducerea diferitelor mașini-unelte. Watt a primit un brevet pentru invenția sa - un motor continuu cu aburi. Începe producția în masă a acestor mașini.

La începutul secolului al XIX-lea, în Anglia erau în funcțiune mai mult de 320 de motoare cu aburi. Și alte țări europene au început să le cumpere. Acest lucru a contribuit la o creștere semnificativă a producției industriale în multe sectoare atât ale Angliei, cât și din țările vecine.

Douăzeci de ani mai devreme, Watt, în Rusia, un mecanic din Altai Ivan Ivanovici Polzunov a lucrat la un proiect de mașină cu aburi.

Șefii fabricii l-au rugat să construiască o unitate care să conducă suflanta cuptorului de topire.

Mașina pe care a construit-o era cu două cilindri și asigura o funcționare continuă a dispozitivului conectat la acesta.

După ce a funcționat cu succes mai mult de o lună și jumătate, cazanul a început să scurgă. În acest moment, Polzunov însuși nu mai era în viață. Nu au reparat mașina. Și minunata creație a unui inventator rus singuratic a fost uitată.

Datorită întârzierii Rusiei la acea vreme lumea a aflat despre invenția lui II Polzunov cu o mare întârziere ...

Deci, pentru a acționa un motor cu aburi, este necesar ca aburul generat de cazanul cu abur, în expansiune, să apese pe piston sau pe palele turbinei. Și apoi mișcarea lor a fost transferată către alte părți mecanice.

Utilizarea motoarelor cu aburi în transport

În ciuda faptului că eficiența mașinilor cu aburi de atunci nu depășea 5%, până la sfârșitul secolului al XVIII-lea au început să fie utilizate în mod activ în agricultură și transport:

• în Franța apare o mașină cu motor cu aburi;
• în Statele Unite, o barcă cu aburi începe să circule între orașele Philadelphia și Burlington;
• o locomotivă feroviară cu abur a fost demonstrată în Anglia;
• un țăran rus din provincia Saratov a brevetat un tractor cu șenile de 20 CP construit de el. cu.;
• S-au făcut mai multe încercări de a construi o aeronavă cu un motor cu aburi, dar, din păcate, puterea redusă a acestor unități, cu greutatea mare a aeronavei, a făcut ca aceste încercări să nu aibă succes.

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, motoarele cu aburi, care și-au jucat rolul în progresul tehnic al societății, cedează locul motoarelor electrice.

Dispozitive Steam în secolul 21

Odată cu apariția de noi surse de energie în secolele XX și XXI, apare din nou nevoia de utilizare a energiei cu abur. Turbinele cu abur devin o parte integrantă a centralelor nucleare. Aburul care le alimentează este obținut din combustibilul nuclear.

Aceste turbine sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în centralele termice cu condensare.

În mai multe țări, se efectuează experimente pentru a obține abur din energia solară.

Nici motoarele cu abur reciproc nu au fost uitate. În zonele înalte ca locomotivă se mai folosesc locomotive cu aburi.

Acești lucrători de încredere sunt atât mai siguri, cât și mai ieftini. Nu au nevoie de linii electrice, iar combustibilul - lemnul și cărbunele ieftin sunt întotdeauna la îndemână.

Tehnologiile moderne permit captarea a până la 95% din emisiile atmosferice și creșterea eficienței până la 21%, astfel încât oamenii au decis să nu se despartă de ele pentru moment și lucrează la o nouă generație de locomotive cu aburi.

Dacă acest mesaj îți este util, este bine să te văd.

Industrie Anglia avea nevoie de mult combustibil, iar pădurea a devenit din ce în ce mai puțină. În acest sens, extracția cărbunelui a devenit extrem de relevantă.
Principala problemă a mineritului a fost apa, a inundat minele mai repede decât au putut să o pompeze, au fost nevoiți să abandoneze minele dezvoltate și să caute altele noi.
Din aceste motive, mecanismele de pompare a apei erau de urgență necesare, iar primele motoare cu abur le-au devenit.

Următoarea etapă în dezvoltarea motoarelor cu aburi a fost crearea (în 1690 ani) un motor cu abur cu piston, care a efectuat lucrări utile datorită încălzirii și condensării aburului.

Născut în orașul francez Blois în 1647. La Universitatea din Angers, a studiat medicina și și-a luat doctoratul, dar nu a devenit medic. În multe privințe, soarta sa a fost predeterminată de întâlnirea sa cu fizicianul olandez H. Huygens, sub a cărui influență Papen a început să studieze fizica și mecanica. În 1688, a publicat o descriere (cu adăugirile sale constructive) prezentată de Huygens Academiei de Științe din Paris a proiectului unui motor cu pulbere sub forma unui cilindru cu piston.
Papen a propus, de asemenea, proiectarea unei pompe centrifuge, a proiectat un cuptor de topire a sticlei, un cărucior cu aburi și un submarin, a inventat o oală sub presiune și mai multe mașini pentru ridicarea apei.

Prima oală sub presiune din lume:

În 1685, Papen a fost nevoit să fugă din Franța (din cauza persecuției huguenotilor) în Germania și a continuat să lucreze la mașina sa acolo.
În 1704, la fabrica de la Veckerhagen, a turnat primul cilindru din lume pentru un motor cu aburi și în același an a construit o barcă cu abur.

Prima „mașină” a lui Denis Papin (1690)

Când a fost încălzită, apa din cilindru s-a transformat în abur și a mutat pistonul în sus, iar când a fost răcit (aburul condensat), a fost creat un vid și atmosferic presiunea a mutat pistonul în jos.

Pentru ca mașina să funcționeze, a fost necesar să se manipuleze tija supapei și dopul, să se deplaseze sursa de flacără și să se răcească cilindrul cu apă.

În 1705, Papen a dezvoltat un al doilea motor cu aburi

Când s-a deschis robinetul (D), aburul din cazan (în dreapta) s-a repezit în recipientul din mijloc și, prin piston, a împins apa în recipientul din stânga. Apoi robinetul (D) a fost închis, robinetele (G) și (L) au fost deschise, apa a fost adăugată la pâlnie și recipientul din mijloc a fost umplut cu o porțiune nouă, robinetele (G) și (L) au fost închise și ciclul s-a repetat. Astfel, era posibil să ridici apa la o înălțime.

În 1707, Papen a venit la Londra cu scopul de a obține un brevet pentru lucrările sale din 1690. Lucrarea nu a fost recunoscută, deoarece până atunci aparuseră mașinile lui Thomas Severi și Thomas Newcomen (vezi mai jos).

În 1712, Denis Papin a murit lipsit și a fost îngropat într-un mormânt nemarcat.

Primele motoare cu abur au fost pompe staționare voluminoase pentru pomparea apei. Acest lucru s-a datorat faptului că a fost necesară pomparea apei din mine și din minele de cărbune. Cu cât minele erau mai adânci, cu atât era mai dificilă pomparea apei rămase din ele, drept urmare, minele neamenajate trebuiau abandonate și mutate într-un loc nou.

În 1699, un inginer englez, a primit un brevet pentru invenția unui „pompier” conceput pentru a pompa apa din mine.
Mașina lui Severi este o pompă de abur, nu un motor; nu avea cilindru cu piston.

Principalul punct culminant al mașinii lui Severi a fost că aburul a fost generat în cazan separat.

referinţă

Mașina lui Thomas Severi

Când robinetul 5 a fost deschis, aburul din cazanul 2 a fost introdus în vasul 1, expulzând apa de acolo prin conducta 6. Valva 10 este deschisă și supapa 11 este închisă. La sfârșitul injecției, supapa 5 a fost închisă și apa rece a fost furnizată vasului 1 prin supapa 9. Aburul din vasul 1 a fost răcit, condensat și presiunea a scăzut, aspirând apă prin conducta 12. Supapa 11 a fost deschisă și supapa 10 a fost închisă.

Pompa Severi avea o putere redusă, consuma mult combustibil și funcționa intermitent. Din aceste motive, mașina Severi nu s-a răspândit și a fost înlocuită cu „motoare cu aburi cu piston”.

În 1705 combinând ideile construite de Severi (cazan autonom) și Papen (cilindru cu piston) pompa de abur cu piston pentru munca în mine.
Experimentele privind îmbunătățirea mașinii au durat aproximativ zece ani, până când a început să funcționeze corect.

Despre Thomas Newcomen

Născut la 28 februarie 1663 în Dartmouth. Fierar de profesie. În 1705, împreună cu jucătorul J. Cowley, a construit o pompă de abur. Această mașină atmosferică cu abur, destul de eficientă pentru vremea sa, a fost folosită pentru pomparea apei în mine și a devenit răspândită în secolul al XVIII-lea. Această tehnologie, în timpul nostru, este utilizată de pompele de beton la șantierele de construcții.
Newcomen nu a putut obține un brevet, deoarece ascensorul cu apă cu aburi a fost brevetat în 1699 de T. Severi. Motorul cu aburi Newcomen nu era un motor universal și putea funcționa doar ca o pompă. Încercările lui Newcomen de a folosi mișcarea pistonului alternativ pentru a roti roata cu palete pe nave nu au avut succes.

A murit la 7 august 1729 la Londra. Numele lui Newcomen poartă „Societatea istoricilor tehnici din Marea Britanie”.

Mașina lui Thomas Newcoman

La început, aburul a ridicat pistonul, apoi a fost injectată puțină apă rece în cilindru, aburul a fost condensat (formând astfel un vid în cilindru) și pistonul a fost coborât sub influența presiunii atmosferice.

Spre deosebire de „cilindrul Papen” (în care cilindrul servea drept cazan), în mașina Newcomen cilindrul era separat de cazan. Astfel, a fost posibil să se realizeze o muncă mai mult sau mai puțin uniformă.
În primele versiuni ale mașinii, supapele erau acționate manual, dar mai târziu Newcoman a venit cu un mecanism care deschide și închide automat robinetele corespunzătoare la momentul potrivit.

Fotografie

Despre cilindri

Primii cilindri ai mașinii Newcomen erau din cupru, țevile erau din plumb, iar balansierul din lemn. Părțile mici erau făcute din fier ductil. Mai târziu, mașinile Newcomen, după aproximativ 1718, aveau deja un cilindru din fontă.
Cilindrii au fost realizați la turnătoria Abraham Derby din Kolbrookdale. Derby a îmbunătățit tehnica de turnare și acest lucru a permis obținerea unor cilindri de o calitate suficient de bună. Pentru a obține o suprafață mai mult sau mai puțin regulată și netedă a pereților cilindrilor, a fost folosită o mașină pentru a găuri țeava pistolelor.

Ceva de genul:

Cu unele modificări, mașinile Newcomen au rămas singurele mașini potrivite pentru uz industrial timp de 50 de ani.

În 1720 a descris un motor cu abur cu doi cilindri. Invenția a fost publicată în lucrarea sa majoră „Theatri Machinarum Hydraulicarum”. Acest manuscris a fost prima analiză sistematică a ingineriei mecanice.

Mașină propusă de Jacob Leopold

S-a presupus că pistoanele, făcute din plumb, vor crește prin presiunea vaporilor și vor cădea sub propria greutate. O idee interesantă a unei macarale (între cilindri), cu ajutorul ei, aburul a fost injectat într-un cilindru și simultan eliberat de altul.
Jacob nu a construit această mașină, ci doar a inventat-o.

În 1766 Inventatorul rus, care lucra ca mecanic la fabricile miniere și metalurgice din Altai, a creat primul în Rusia și primul din lume cu două cilindri cu abur.
Polzunov a modernizat mașina lui Newcomen (a folosit doi cilindri în loc de unul pentru a asigura o funcționare continuă) și a propus utilizarea acestuia pentru a pune în mișcare burdufurile cuptoarelor de topire.

Trist ajutor

În Rusia la acea vreme, mașinile cu aburi nu erau practic folosite, iar Polzunov a primit toate informațiile din cartea „Instrucțiuni detaliate pentru afacerea minereului” (1760) scrisă de IA Schlatter, care descria mașina cu aburi a lui Newcomen.

Proiectul a fost raportat împărătesei Ecaterina a II-a. Ea l-a aprobat, a ordonat ca II Polzunov să fie promovat la „mecanici cu gradul și gradul de inginer căpitan-locotenent” și să acorde 400 de ruble ...
Polzunov a propus să construiască la început o mică mașină pe care să fie posibil să se identifice și să se elimine toate neajunsurile inevitabile într-o nouă invenție. Șefii fabricii nu au fost de acord cu acest lucru și au decis să construiască o mașină imensă deodată. În aprilie 1764 Polzunov a început construcția.
În primăvara anului 1766, construcția a fost în mare parte finalizată și testată.
Dar pe 27 mai Polzunov a murit de consum.
Numai elevii săi Levzin și Chernitsyn au început ultimele teste ale mașinii cu aburi. În „Nota zilei” din 4 iulie, s-a menționat că „acțiunea mașinii era în stare bună de funcționare”, iar la 7 august 1766, a fost pusă în funcțiune întreaga instalație, un motor cu aburi și o suflantă puternică. În doar trei luni de funcționare, mașina lui Polzunov nu numai că a justificat toate costurile construcției sale în valoare de 7233 ruble 55 copeici, dar a dat și un profit net de 12.640 ruble 28 copeici. Cu toate acestea, la 10 noiembrie 1766, după ce cazanul a ars, mașina a rămas în repaus timp de 15 ani, 5 luni și 10 zile. În 1782 mașina a fost demontată.

(Enciclopedia teritoriului Altai. Barnaul. 1996. T. 2. S. 281-282; Barnaul. Cronica orașului. Barnaul. 1994. h. 1.p.30).

Mașina lui Polzunov

Principiul de funcționare este similar cu mașina Newcomen.
Apa a fost injectată într-unul dintre cilindrii umpluți cu abur, aburul a fost condensat și s-a creat un vid în cilindru, pistonul a coborât sub influența presiunii atmosferice, în același moment aburul a intrat în celălalt cilindru și a crescut.

Alimentarea cu apă și abur a buteliilor a fost complet automatizată.

Modelul motorului cu aburi I.I. Polzunov, realizat conform desenelor originale din anii 1820.
Muzeul Regional Barnaul.

În 1765, James Watt un mecanic de lucru de la Universitatea din Glasgow avea sarcina de a repara un model de mașină Newcomen. Nu se știe cine a reușit-o, dar ea se afla la universitate de câțiva ani.
Prof. John Anderson l-a invitat pe Watt să vadă dacă ar putea face ceva cu acest dispozitiv curios, dar capricios.
Watt nu numai că a reparat, ci și a îmbunătățit mașina. El i-a adăugat un vas separat pentru răcirea aburului și l-a numit condensator.

Modelul de motor Newcomen cu aburi

Modelul a fost echipat cu un cilindru (diametru 5 cm) cu o cursă de lucru de 15 cm. Watt a efectuat o serie de experimente, în special, el a înlocuit un cilindru metalic cu unul din lemn uleiat cu ulei de in și uscat într-un cuptor, redus cantitatea de apă crescută într-un ciclu și modelul a început să funcționeze.
În timpul experimentelor, Watt a devenit convins de ineficiența mașinii.
Cu fiecare nou ciclu, o parte din energia aburului se îndrepta către încălzirea cilindrului, care a fost răcit după ce a fost injectată apă pentru a răci aburul.
După o serie de experimente, Watt a ajuns la concluzia:
„... Pentru a face un motor cu abur perfect, este necesar ca cilindrul să fie mereu fierbinte, precum și aburul care pătrunde în el; dar pe de altă parte, condensarea aburului pentru formarea unui vid trebuia să aibă loc la o temperatură nu mai mare de 30 de grade Reaumur "(38 Celsius) ...

Modelul mașinii Newcomen cu care a experimentat Watt

Cum a început totul...

Pentru prima dată, Watt s-a interesat de feribot în 1759, acest lucru a fost facilitat de prietenul său Robison, care s-a grăbit apoi cu ideea de a „folosi puterea unui motor cu aburi pentru a propulsa căruțele”.
În același an, Robison a plecat să lupte în America de Nord, iar Watt era deja inundat de afaceri.
Doi ani mai târziu, Watt a revenit la ideea de motoare cu aburi.

„În jurul anilor 1761-1762”, scrie Watt, „am făcut câteva experimente cu privire la forța aburului în ceaunul Papen și am făcut ceva de genul unui motor cu abur, atașând o seringă, de aproximativ 1/8 inch în diametru, cu un piston puternic, echipat cu o supapă de admisie. abur din cazan, precum și pentru a-l elibera din seringă în aer. " Când supapa a fost deschisă de la cazan la cilindru, aburul care pătrunde în cilindru și acționează asupra pistonului a ridicat o greutate semnificativă (15 lire sterline), care a fost încărcată pe piston. Când sarcina a fost ridicată la înălțimea necesară, comunicarea cu cazanul a fost închisă și supapa a fost deschisă pentru a elibera abur în atmosferă. Aburul a scăpat și încărcătura a coborât. Această operație a fost repetată de mai multe ori și, deși în acest dispozitiv macaraua a fost rotită manual, totuși, nu a fost dificil să vină cu un dispozitiv care să o rotească automat.

A - cilindru; B - piston; C - tija cu cârlig pentru suspendarea sarcinii; D - cilindru exterior (carcasă); E și G - intrări de abur; F - tub care leagă cilindrul de condensator; K - condensator; Р - pompă; R - rezervor; V - supapă pentru evacuarea aerului deplasat de abur; K, P, R - umplut cu apă. Aburul este admis prin G în spațiul dintre A și D și prin E în cilindrul A. Cu o ușoară ridicare a pistonului în cilindrul pompei P (pistonul nu este prezentat în figură), nivelul apei în K scade și aburul de la A merge la K și se instalează aici. În A se obține un vid, iar aburul situat între A și D apasă pe pistonul B și îl ridică împreună cu greutatea suspendată de acesta.

Ideea principală care distinge mașina lui Watt de mașina lui Newcomen a fost o cameră izolată pentru condens (răcirea aburului).

Imagine ilustrativă:

În mașina lui Watt, condensatorul "C" a fost separat de cilindrul de lucru "P"; nu a trebuit să fie încălzit și răcit constant, datorită căruia a fost posibil să crească ușor eficiența.

În 1769-1770, la mina proprietarului minei John Roebuck (Roebuck a fost interesat de motoarele cu aburi și a finanțat Watt de ceva timp), a fost construit un model mare de mașină Watt, pentru care a primit primul său brevet în 1769.

Esența brevetului

Watt și-a definit invenția ca „o nouă metodă de reducere a consumului de abur și, prin urmare, de combustibil în mașinile de pompieri”.
Brevetul (nr. 013) a prezentat o serie de noi tehnici. pozițiile utilizate de Watt în motorul său:
1) Menținerea temperaturii pereților cilindrului egală cu temperatura aburului care pătrunde în acesta datorită izolației termice, mantaua de abur
și lipsa de contact cu corpurile reci.
2) Condensarea aburului într-un vas separat - un condensator, a cărui temperatură trebuia menținută la nivelul ambiant.
3) Îndepărtarea aerului și a altor corpuri necondensabile din condensator prin intermediul pompelor.
4) Aplicarea excesului de presiune a aburului; în caz de lipsă de apă pentru condensarea aburului, utilizați numai excesul de presiune cu evacuare în atmosferă.
5) Utilizarea mașinilor „rotative” cu un piston rotativ unidirecțional.
6) Funcționare cu condensare incompletă (adică cu vid redus). Aceeași clauză de brevet descrie proiectarea etanșării pistonului și a pieselor individuale. La presiunile de abur de 1 atm utilizate în acel moment, introducerea unui condensator separat și evacuarea aerului din acesta a însemnat o posibilitate reală de reducere a consumului de abur și combustibil cu mai mult de jumătate.

După ceva timp, Roebuck a dat faliment și industriașul englez Matthew Bolton a devenit noul partener al lui Watt.
În urma lichidării acordului lui Watt cu Roebuck, vehiculul complet a fost demontat și expediat la fabrica Bolton din Soho. Pe aceasta, Watt a testat mult timp aproape toate îmbunătățirile și invențiile sale.

Despre Matthew Bolton

Dacă Roebuck a văzut în mașina lui Watt în primul rând doar o pompă îmbunătățită, care trebuia să-i salveze minele de inundații, atunci Bolton, în invențiile lui Watt, a văzut un nou tip de motor care trebuia să înlocuiască roata de apă.
Bolton însuși a încercat să aducă îmbunătățiri mașinii lui Newcomen pentru a reduce consumul de combustibil. El a făcut un model care a încântat numeroși prieteni și patroni ai societății din Londra. Bolton a corespondat cu omul de știință și diplomatul american Benjamin Franklin despre modul cel mai bun de a injecta apă de răcire în butelie, despre cel mai bun sistem de supape. Franklin din această zonă nu a putut sfătui nimic sensibil, dar a atras atenția asupra unui alt mod de a obține economie de combustibil, de a-l arde mai bine și de a distruge fumul.
Bolton nu visa decât la un monopol mondial asupra producției de mașini noi. „A fost gândul meu”, a scris Bolton către Watt, „să înființez o întreprindere lângă fabrica mea unde să concentrez toate mijloacele tehnice necesare pentru a construi mașini și de unde să aprovizionăm întreaga lume cu mașini de toate dimensiunile.”

Bolton era clar conștient de condițiile prealabile pentru aceasta. O mașină nouă nu poate fi construită folosind metode vechi de artizanat. „Am presupus”, i-a scris lui Watt, „că mașina dvs. va necesita bani, o muncă foarte precisă și conexiuni extinse pentru ao pune în circulație în cel mai profitabil mod. Cea mai bună modalitate de a-și menține reputația și de a acorda credit invenției este eliminarea producției sale din mâinile multor tehnicieni care, din cauza ignoranței lor, a lipsei de experiență și a mijloacelor tehnice, ar face o muncă slabă, iar acest lucru ar afecta reputația inventia. "
Pentru a evita acest lucru, el a propus să construiască o fabrică specială în care „cu ajutorul dumneavoastră, am putea atrage și instrui un anumit număr de muncitori excelenți care, echipați cu cele mai bune instrumente, ar putea realiza această invenție cu douăzeci la sută mai ieftin și cu o diferență la fel de mare în acuratețea muncii. care există între munca unui fierar și un maestru al instrumentelor matematice. "
Un cadru de muncitori cu înaltă calificare, echipamente tehnice noi - acest lucru era necesar pentru a construi o mașină la scară masivă. Bolton a gândit deja în termenii capitalismului avansat al secolului al XIX-lea. Dar deocamdată acestea erau încă vise. Nu de Bolton și Watt, ci de fiii lor, treizeci de ani mai târziu, a fost organizată producția în masă de mașini - prima fabrică de construcție de mașini.

Bolton și Watt discută despre producția de motoare cu abur la uzina Soho

Următoarea etapă a dezvoltării motoarelor cu aburi a fost etanșarea părții superioare a cilindrului și furnizarea de abur nu numai către partea inferioară, ci și către partea superioară a cilindrului.

Deci, Watt și Bolton au fost construiți motor cu aburi cu acțiune dublă.

Acum aburul a fost furnizat alternativ în ambele cavități ale cilindrilor. Pereții cilindrului au fost termoizolați de mediul exterior.

Deși mașina lui Watt a devenit mai eficientă decât cea a lui Newcomen, eficiența a fost încă extrem de scăzută (1-2%).

Cum și-au construit Watt și Bolton mașinile

În secolul al XVIII-lea nu s-a putut vorbi de producție și cultură de producție. Scrisorile lui Watt către Bolton sunt pline de plângeri privind beția, furtul și lenea lucrătorilor. „Ne putem baza foarte puțin pe lucrătorii noștri din Soho”, i-a scris lui Bolton. - James Taylor a început să bea mai tare. Este încăpățânat, capricios și nemulțumit. Mașina la care lucra Cartwright era o serie de greșeli și greșeli. Smith și ceilalți sunt ignoranți și toți trebuie să fie îngrijiți zilnic pentru a se asigura că nu se întâmplă nimic mai rău ".
El a cerut măsuri stricte de la Bolton și a fost înclinat să nu mai producă mașini în Soho. „Toți leneșii ar trebui să li se spună”, a scris el, „că, dacă sunt la fel de neatenți ca până acum, vor fi dați afară din fabrică. Costul construirii unei mașini în Soho este foarte scump pentru noi și, dacă producția nu poate fi îmbunătățită, atunci trebuie să o oprim cu totul și să externalizăm munca. "

Confecționarea pieselor pentru mașini a necesitat un echipament adecvat. Prin urmare, diferite unități de mașini au fost produse la diferite fabrici.
Deci, la fabrica Wilkinson, cilindrii au fost turnați și plictisiți, au fost fabricate acolo și chiulase, un piston, o pompă de aer și un condensator. Carcasa din fontă a cilindrului a fost turnată într-una din turnătorii din Birmingham, au fost aduse țevi de cupru din Londra și au fost produse piese mici la șantierul utilajului. Toate aceste piese au fost comandate de Bolton & Watt pe cheltuiala clientului - proprietarul minei sau fabricii.
Treptat, piesele individuale au fost aduse la fața locului și asamblate sub supravegherea personală a lui Watt. Ulterior, el a elaborat instrucțiuni detaliate pentru asamblarea mașinii. Cazanul era de obicei nituit la fața locului de către fierarii locali.

După lansarea cu succes a unei mașini de pompat apă la una dintre minele din Cornwall (considerată cea mai dificilă mină), Bolton & Watt au primit multe comenzi. Proprietarii de mine au văzut că mașina lui Watt se descurca bine acolo unde mașina lui Newcomen era neputincioasă. Și au început imediat să comande pompe Watt.
Watt a fost copleșit de muncă. A stat săptămâni întregi peste desenele sale, a condus la instalații de mașini - nicăieri nu s-ar putea face fără ajutorul și supravegherea lui. Era singur și trebuia să țină pasul peste tot.

Pentru ca motorul cu aburi să poată acționa alte mecanisme, a fost necesar să se convertească mișcările alternative în cele de rotație și să se adapteze roata ca un volant pentru o mișcare uniformă.

În primul rând, a fost necesar să legați ferm pistonul și bara de echilibru (până în acest moment, s-a folosit un lanț sau o frânghie).
Watt a presupus să efectueze transferul de la piston la echilibrat folosind o bandă dințată și să plaseze un sector dințat pe balansier.

Sectorul angrenajelor

Acest sistem s-a dovedit a fi nesigur și Watt a fost forțat să-l abandoneze.

Transmisia cuplului a fost planificată să se efectueze folosind un mecanism cu manivelă.

Mecanism cu manivelă

Dar manivela trebuia abandonată, deoarece acest sistem fusese deja patentat (în 1780) de James Picard. Picard s-a oferit să licențieze încrucișat Watt, dar Watt a refuzat oferta și a folosit unelte planetare în mașina sa. (există ambiguități despre brevete, puteți citi la sfârșitul articolului)

Unelte planetare

Motorul lui Watt (1788)

Când a creat o mașină cu mișcare rotativă continuă, Watt a trebuit să rezolve o serie de probleme non-banale (distribuția aburului pe două cavități ale cilindrilor, controlul automat al vitezei și mișcarea rectilinie a tijei pistonului).

Paralelogram de Watt

Mecanismul Watt a fost inventat pentru a oferi pistonului o mișcare liniară.

Motor cu abur brevetat de James Watt în 1848 în Freiberg, Germania.

Regulator centrifugal

Principiul de funcționare al regulatorului centrifugal este simplu, cu cât arborele se rotește mai repede, cu atât sarcinile diferă mai mult sub acțiunea forței centrifuge și cu atât conducta de abur este mai blocată. Greutățile sunt reduse - linia de abur se deschide.
Un sistem similar a fost cunoscut de mult în industria morăritului pentru reglarea distanței dintre pietrele de moară.
Watt a adaptat regulatorul pentru motorul cu aburi.

Dispozitiv de distribuție a aburului

Sistem de supape cu piston

Desenul a fost întocmit de unul dintre asistenții lui Watt în 1783 (scrisori furnizate pentru clarificare). B și B - pistoane conectate printr-un tub C și care se deplasează într-un tub D conectat la un condensator H și tuburile E și F cu un cilindru A; G - linia de abur; K este un stoc care servește la mișcarea explozivului.
În poziția pistoanelor BB prezentate în desen, spațiul conductei D între pistoanele B și B, precum și partea inferioară a cilindrului A sub piston (care nu este prezentat în figură) adiacent lui F, sunt umplute cu abur, în timp ce în partea superioară a cilindrului A, deasupra pistonului, comunică prin E și prin C cu condensatorul H - stare de rarefacție; când explozivul crește peste F și E, partea inferioară a A-F va comunica cu H, iar partea superioară prin E și D - cu linia de abur.

Desen insolent

Cu toate acestea, până în 1800, Watt a continuat să utilizeze supape de tip poppet (discuri metalice ridicate sau coborâte deasupra ferestrelor respective și puse în mișcare printr-un sistem complex de pârghii), deoarece fabricarea sistemului „supapă cu piston” necesita o precizie ridicată.

Dezvoltarea mecanismului de distribuție a aburului a fost realizată în principal de asistentul lui Watt, William Murdoch.

Murdoch, a continuat să îmbunătățească mecanismul de distribuție a aburului și în 1799 a brevetat bobina în formă de D (bobină cutie).

În funcție de poziția bobinei, ferestrele (4) și (5) comunică cu spațiul închis (6) din jurul bobinei și umplut cu abur, sau cu cavitatea 7 conectată la atmosferă sau condensator.

După toate îmbunătățirile, a fost construită următoarea mașină:

Aburul, cu ajutorul unui distribuitor de abur, a fost alimentat alternativ în diferite cavități ale cilindrului, iar regulatorul centrifugal a controlat supapa de alimentare cu abur (dacă mașina a fost prea accelerată, supapa a fost închisă și invers s-a deschis dacă a încetinit prea mult).

Videoclip vizual

Această mașină era deja capabilă să funcționeze nu numai ca pompă, ci și să acționeze alte mecanisme.

În 1784 Watt a primit un brevet pentru motor universal cu aburi(brevetul nr. 1432).

Despre moară

În 1986, Bolton și Watt au construit o fabrică (Albion Mill) în Londra, alimentată de un motor cu aburi. Când moara a fost pusă în funcțiune, a început un adevărat pelerinaj. Londonezii erau foarte interesați de îmbunătățirile tehnice.

Watt, nefamiliarizat cu marketingul, s-a arătat supărat de spectatorii care se amestecau în munca sa și a cerut încetarea accesului neautorizat. Bolton credea că cât mai mulți oameni ar trebui să afle despre mașină și, prin urmare, a respins cererile lui Watt.
În general, Bolton și Watt nu au experimentat o lipsă de clienți. În 1791, moara a ars (sau poate a fost incendiată, deoarece morarii se temeau de concurență).

La sfârșitul anilor optzeci, Watt încetează să-și îmbunătățească mașina. În scrisori către Bolton, el scrie:
"Este foarte posibil ca, cu excepția unor îmbunătățiri în mecanismul mașinii, nimic mai bun decât ceea ce am produs deja nu va fi permis de natură, care și-a predeterminat nec plus ultra pentru majoritatea lucrurilor."
Și mai târziu, Watt a susținut că nu putea descoperi nimic nou în motorul cu aburi și, dacă era angajat în el, atunci doar îmbunătățirea detaliilor și verificarea concluziilor și observațiilor sale anterioare.

Lista literaturii ruse

A.V. Kamensky James Watt, viața și activitățile sale științifice și practice. SPb, 1891
Weissenberg L.M. James Watt, inventatorul mașinii cu aburi. M. - L., 1930
Lesnikov M.P. James Watt. M., 1935
Konfederatov I.Ya. James Watt este inventatorul mașinii cu aburi. M., 1969

Astfel, putem presupune că prima etapă a dezvoltării motoarelor cu aburi sa încheiat.

Citat de la TSB

Datorită economiei sale, motorul universal al lui Watt a devenit răspândit și a jucat un rol important în tranziția către producția de mașini capitaliste. „Marele geniu al lui Watt”, a scris K. Marx, „se regăsește în faptul că brevetul, luat de el în aprilie 1784, care descrie mașina cu aburi, îl descrie nu ca o invenție numai în scopuri speciale, ci ca un universal motorul industriei mari "(K. Marx, Capital, v. 1.1955, pp. 383-384).

Fabrica Watt și Bolton a construit St. 250 de motoare cu aburi, iar până în 1826 în Anglia existau până la 1.500 de mașini cu o capacitate totală de aprox. 80.000 CP Cu rare excepții, acestea erau mașini de tip Watt. După 1784, Watt s-a angajat în principal în îmbunătățirea producției și, după 1800, s-a retras complet.

În mintea majorității oamenilor din epoca smartphone-urilor, mașinile cu aburi sunt ceva arhaic care te face să zâmbești. Paginile aburitoare ale istoriei industriei auto au fost foarte luminoase și fără ele este dificil să ne imaginăm transportul modern în general. Oricât de greu ar fi încercat scepticii legii, precum și lobbyiștii din diferite țări, să restricționeze dezvoltarea mașinii pentru un cuplu, au reușit să o facă doar pentru o vreme. La urma urmei, mașina cu aburi este ca Sfinxul. Ideea unei mașini pentru un cuplu (adică pe un motor cu ardere externă) este relevantă până în prezent.

În mintea majorității oamenilor din epoca smartphone-urilor, mașinile cu aburi sunt ceva arhaic care te face să zâmbești.

Așadar, în 1865, a fost introdusă o interdicție în Anglia cu privire la mișcarea vagoanelor autopropulsate de mare viteză pe o unitate cu abur. Li s-a interzis să se deplaseze mai repede de 3 km / h în oraș și să nu scoată pufuri de abur, pentru a nu înspăimânta caii înhămați la trăsurile obișnuite. Cea mai gravă și tangibilă lovitură a camioanelor cu aburi a fost deja în 1933, legea privind impozitul pe vehiculele grele. Abia în 1934, când s-au redus taxele la importul produselor petroliere, victoria motoarelor pe benzină și diesel asupra motoarelor cu abur a apărut la orizont.

Numai în Anglia își puteau permite să-și bată joc de progres într-un mod atât de rafinat și cu sânge rece. În SUA, Franța, Italia, mediul inventatorilor entuziaști era literalmente plin de idei, iar mașina cu aburi a căpătat forme și caracteristici noi. Deși britanicii au inventat o contribuție semnificativă la dezvoltarea vehiculelor cu abur, legile și prejudecățile autorităților nu le-au permis să participe pe deplin la lupta cu motorul cu ardere internă. Dar să vorbim despre toate în ordine.

Referință preistorică

Istoria dezvoltării motorului cu aburi este indisolubil legată de istoria apariției și îmbunătățirii motorului cu aburi. Când în secolul I d.Hr. NS. Heron din Alexandria și-a propus ideea de a face aburul să rotească o bilă de metal, iar ideea sa a fost tratată ca fiind doar ceva mai mult decât distractiv. Dacă alte idei erau mai îngrijorate de inventatori, dar primul care a pus un cazan cu abur pe roți a fost călugărul Ferdinand Verbst. În 1672. „Jucăria” sa a fost, de asemenea, tratată ca o distracție. Dar următorii patruzeci de ani nu au fost în zadar pentru istoria motorului cu aburi.

Proiectul de echipaj autopropulsat al lui Isaac Newton (1680), aparatul de incendiu al mecanicului Thomas Severi (1698) și instalația atmosferică a lui Thomas Newcomen (1712) au demonstrat potențialul enorm al utilizării aburului pentru efectuarea lucrărilor mecanice. La început, motoarele cu aburi pompau apa din mine și ridicau încărcăturile, dar la mijlocul secolului al XVIII-lea, existau deja câteva sute de astfel de instalații cu abur la întreprinderile din Anglia.

Ce este un motor cu aburi? Cum poate mișca aburul roțile? Principiul motorului cu aburi este simplu. Apa este încălzită într-un rezervor închis la abur. Aburul este evacuat prin conducte într-un cilindru închis și stoarce pistonul. Această mișcare de translație este transmisă arborelui volantului printr-o bielă intermediară.

Această diagramă schematică a funcționării unui cazan de abur în practică a avut dezavantaje semnificative.

Prima porție de abur s-a revărsat în cluburi, iar pistonul răcit, sub propria greutate, s-a scufundat pentru următoarea lovitură. Această diagramă schematică a funcționării unui cazan de abur în practică a avut dezavantaje semnificative. Absența unui sistem de control al presiunii aburului a dus adesea la o explozie a cazanului. A fost nevoie de mult timp și combustibil pentru a aduce cazanul în stare de funcționare. Alimentarea constantă și dimensiunile gigantice ale instalației de abur au sporit doar lista deficiențelor sale.

Noua mașină a fost propusă de James Watt în 1765. A îndreptat aburul stors de piston într-o cameră de condensare suplimentară și a eliminat necesitatea de a adăuga în mod constant apă la cazan. În cele din urmă, în 1784, a rezolvat problema redistribuirii mișcării aburului astfel încât acesta să împingă pistonul în ambele direcții. Datorită bobinei pe care a creat-o, motorul cu aburi putea funcționa fără întreruperi între cicluri. Acest principiu al unui motor termic cu efect dublu a constituit baza majorității tehnologiei aburului.

Mulți oameni deștepți au lucrat la crearea motoarelor cu aburi. La urma urmei, acesta este un mod simplu și ieftin de a obține energie din aproape nimic.

O scurtă excursie în istoria mașinilor cu aburi

Totuși, oricât de grandioase ar fi succesele britanice în domeniu, primul care a pus motorul cu aburi pe roți a fost francezul Nicolas Joseph Cugno.

Prima mașină cu aburi a lui Kyunho

Mașina lui a apărut pe drumuri în 1765. Viteza scaunului cu rotile a fost de 9,5 km / h. În el, inventatorul a oferit patru locuri pentru pasageri, care puteau fi rulate cu briza la o viteză medie de 3,5 km / h. Acest succes nu a fost suficient pentru inventator.

Nevoia de a opri pentru alimentarea și aprinderea unui nou foc la fiecare kilometru de drum nu a fost un dezavantaj semnificativ, ci doar stadiul tehnicii din acea vreme.

A decis să inventeze un tractor pentru tunuri. Așa că s-a născut o căruță cu trei roți, cu un cazan masiv în față. Nevoia de a opri pentru alimentarea și aprinderea unui nou foc la fiecare kilometru de drum nu a fost un dezavantaj semnificativ, ci doar stadiul tehnicii din acea vreme.

Următorul model de Cugno, modelul 1770, cântărea aproximativ o tonă și jumătate. Noul cărucior ar putea transporta aproximativ două tone de marfă la o viteză de 7 km / h.

Maestrul Cugno a fost mai preocupat de ideea creării unui motor cu abur de înaltă presiune. Nici măcar nu i-a fost jenă faptul că cazanul ar putea exploda. Cuyunho a fost cel care a venit cu ideea de a pune focarul sub cazan și de a purta „focul” cu el. În plus, „căruța” sa poate fi numită pe bună dreptate primul camion. Demisia patronului și o serie de revoluții au făcut imposibil ca comandantul să dezvolte modelul într-un camion cu drepturi depline.

Autodidact Oliver Evans și amfibianul său

Ideea de a crea motoare cu abur a avut proporții universale. În statele nord-americane, inventatorul Oliver Evans a creat aproximativ cincizeci de instalații cu abur pe baza mașinii Watt. Într-un efort de a reduce dimensiunea fabricii James Watt, el a proiectat motoare cu aburi pentru fabricile de făină. Cu toate acestea, Oliver Evans a câștigat faima la nivel mondial pentru mașina sa cu aburi amfibie. În 1789, prima sa mașină din Statele Unite a trecut cu succes testele de teren și apă.

Pe amfibianul său, care poate fi numit prototipul vehiculelor de teren, Evans a instalat o mașină cu o presiune de abur de zece atmosfere!

Vagonul de nouă metri cântărea aproximativ 15 tone. Motorul cu aburi a condus roțile din spate și elicea. De altfel, Oliver Evans a fost, de asemenea, un susținător al motorului cu abur de înaltă presiune. Pe amfibianul său, care poate fi numit prototipul vehiculelor de teren, Evans a instalat o mașină cu o presiune de abur de zece atmosfere!

Dacă inventatorii secolelor 18-19 ar avea la îndemână tehnologiile secolului 21, vă puteți imagina cu câtă tehnologie ar fi venit!? Și ce tehnică!

Secolul XX și 204 km / h pe o mașină cu aburi Stanley

Da! Secolul al XVIII-lea a dat un puternic impuls dezvoltării transportului cu abur. Numeroase și variate modele de vagoane cu aburi autopropulsate au început să dilueze din ce în ce mai mult transportul tras de animale pe drumurile din Europa și America. La începutul secolului al XX-lea, mașinile cu abur s-au răspândit semnificativ și au devenit un simbol familiar al timpului lor. La fel ca și fotografia.

Secolul al XVIII-lea a dat un puternic impuls dezvoltării transportului cu abur

Frații Stanley au vândut-o compania lor fotografică atunci când, în 1897, au decis să devină serioși cu privire la producția de mașini cu aburi în Statele Unite. Au construit feriboturi bine vândute. Dar acest lucru nu le-a fost suficient pentru a-și satisface planurile ambițioase. La urma urmei, ei erau doar unul dintre mulți dintre aceiași producători de automobile. Asta până când și-au proiectat „racheta”.

Frații Stanley au vândut-o compania lor fotografică atunci când, în 1897, au decis să devină serioși cu privire la producția de mașini cu aburi în Statele Unite.

Desigur, mașinile Stanley aveau reputația de a fi o mașină de încredere. Unitatea de abur era amplasată în spate, iar cazanul era încălzit cu torțe pe benzină sau kerosen. Volanta unui motor cu două cilindri cu abur cu rotație dublă acțiune către puntea spate prin intermediul unei transmisii cu lanț. Stanley Steamer nu a avut cazuri de explozii ale cazanelor. Dar aveau nevoie de o stropire.

Desigur, mașinile Stanley aveau reputația de a fi o mașină de încredere.

Cu „racheta” lor au făcut o stropire în toată lumea. 205,4 km / h în 1906! Nimeni nu a condus vreodată atât de repede! O mașină cu motor cu ardere internă a doborât acest record doar 5 ani mai târziu. Placarea cu abur a lui Stanley „Rocket” a definit forma mașinilor de curse pentru mulți ani de acum încolo. Dar după 1917, Stanley Steemer a experimentat din ce în ce mai mult competiția de la ieftinul Ford T și a demisionat.

Feriboturile unice ale fraților nobili

Această faimoasă familie a reușit să ofere rezistență decentă motoarelor pe benzină până la începutul anilor 30 ai secolului XX. Nu au construit mașini de înregistrare. Frații și-au iubit cu adevărat mașinile de feribot. În caz contrar, cum altfel să explicăm radiatorul celular și butonul de aprindere inventat de ei? Modelele lor nu semănau cu mici locomotive cu aburi.

Frații Abner și John au revoluționat transportul cu abur.

Frații Abner și John au revoluționat transportul cu abur. Pentru a se deplasa, mașina lui nu a trebuit încălzită timp de 10-20 de minute. Butonul de aprindere a pompat kerosen din carburator în camera de ardere. A ajuns acolo după ce a aprins cu o bujie. Apa s-a încălzit în câteva secunde și, după un minut și jumătate, aburul a creat presiunea necesară și ați putea merge.

Aburul de evacuare a fost direcționat către un radiator pentru condensare și pregătire pentru ciclurile ulterioare. Prin urmare, pentru o rulare lină de 2000 km, mașinile lui Doblov aveau nevoie doar de nouăzeci de litri de apă în sistem și de câțiva litri de kerosen. Nimeni nu ar putea oferi o astfel de economie! Poate că la Salonul Auto de la Detroit din 1917 Stanley a făcut cunoștință cu modelul fraților Doble și a început să le reducă producția.

Modelul E a devenit cea mai luxoasă mașină din a doua jumătate a anilor 20 și cea mai recentă versiune a mașinii de feribot Doblov. Interiorul din piele, lemnul lustruit și oasele de elefant încântă proprietarii bogați din interiorul mașinii. Într-o astfel de cabină, vă puteți bucura de alergare la viteze de până la 160 km / h. Doar 25 de secunde au separat momentul aprinderii de momentul pornirii. A durat încă 10 secunde pentru ca o mașină cu 1,2 tone să accelereze la 120 km / h!

Toate aceste calități de mare viteză au fost încorporate în motorul cu patru cilindri. Două pistoane au fost împinse afară de abur la o presiune ridicată de 140 de atmosfere, în timp ce ceilalți doi au trimis abur de joasă presiune răcit într-un radiator cu condensator de tip fagure. Dar în prima jumătate a anilor '30, acești frați frumoși Doble nu au mai fost produși.

Camioane cu aburi

Cu toate acestea, nu trebuie uitat că tracțiunea cu abur se dezvoltă rapid și în transportul de marfă. În orașe, mașinile cu aburi au provocat alergii în rândul snobilor. Dar bunurile trebuie livrate pe orice vreme și nu numai în oraș. Și ce zici de autobuze interurbane și echipamente militare? Nu poți coborî cu mașini mici acolo.

Transportul de marfă are un avantaj semnificativ față de transportul de călători - dimensiunile sale.

Transportul de marfă are un avantaj semnificativ față de transportul de călători - dimensiunile sale. Acestea vă permit să amplasați centrale electrice puternice oriunde în mașină. Mai mult, va crește doar capacitatea de încărcare și capacitatea trans-țară. Și la ceea ce va arăta camionul nu este întotdeauna acordat atenție.

Dintre camioanele cu aburi, aș dori să evidențiez engleza Sentinel și sovietica NAMI. Desigur, au fost multe altele, de exemplu Foden, Fowler, Yorkshire. Dar Sentinel și NAMI s-au dovedit a fi cele mai tenace și au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului trecut. Ar putea lucra la orice combustibil solid - cărbune, lemn, turbă. „Natura omnivoră” a acestor camioane le deosebește de influența prețurilor la produsele petroliere și le-a permis, de asemenea, să fie utilizate în locuri greu accesibile.

Workaholic Sentinel cu accent englezesc

Aceste două camioane diferă nu numai în țara de fabricație. Principiile de amenajare a generatoarelor de abur erau, de asemenea, diferite. Santinelele se caracterizează prin dispunerea superioară și inferioară a motoarelor cu abur în raport cu cazanul. În poziția superioară, generatorul de abur a furnizat abur fierbinte direct în camera motorului, care a fost conectată la axe printr-un sistem de arbori cardanici. Cu poziția inferioară a motorului cu aburi, adică pe șasiu, cazanul încălzea apa și furniza abur motorului prin conducte, ceea ce garantează pierderile de temperatură.

Santinelele se caracterizează prin dispunerea superioară și inferioară a motoarelor cu abur în raport cu cazanul.

Prezența unei transmisii cu lanț de la volanta motorului cu abur la articulațiile cardanice a fost tipică pentru ambele tipuri. Acest lucru a permis proiectanților să unifice producția de Santinels în funcție de client. Pentru țările fierbinți, cum ar fi India, camioanele cu abur au fost produse cu o locație mai mică și separată a cazanului și a motorului. Pentru țările cu ierni reci - cu tipul superior, combinat.

Pentru țările fierbinți, cum ar fi India, camioanele cu aburi au fost produse cu o locație mai mică, separată a cazanului și a motorului.

Multe tehnologii dovedite au fost utilizate pe aceste camioane. Bobine și supape de distribuție a aburului, motoare cu acțiune simplă și dublă, de înaltă sau mică presiune, cu sau fără cutie de viteze. Cu toate acestea, acest lucru nu a prelungit durata de viață a camioanelor cu aburi englezești. Deși au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului XX și chiar au servit în serviciul militar înainte și în timpul celui de-al doilea război mondial, erau încă voluminoase și semănau oarecum cu locomotivele cu aburi. Și întrucât nu au existat persoane interesate de modernizarea lor radicală, soarta lor a fost o concluzie înaintată.

Deși au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului XX și chiar au servit în serviciul militar înainte și în timpul celui de-al doilea război mondial, erau încă voluminoase și semănau oarecum cu locomotivele cu aburi.

Pentru cine ce, dar pentru noi - SUA

Pentru a ridica economia ruptă de război a Uniunii Sovietice, a fost necesar să găsim o modalitate de a nu irosi resursele de petrol, cel puțin în locuri greu accesibile - în nordul țării și în Siberia. Inginerilor sovietici li s-a oferit ocazia să studieze proiectul lui Santinel cu un motor cu aburi cu acțiune directă cu patru cilindri și să dezvolte propriul „răspuns la Chamberlain”.

În anii 1930, institutele și birourile de design rusești au încercat în mod repetat să creeze un camion alternativ pentru industria lemnului.

În anii 1930, institutele și birourile de proiectare rusești au făcut încercări repetate de a crea un camion alternativ pentru industria lemnului. Dar de fiecare dată când cazul s-a oprit în etapa de testare. Folosindu-și propria experiență și oportunitatea de a studia vehiculele de feribot capturate, inginerii au reușit să convingă conducerea țării de necesitatea unui astfel de camion cu aburi. Mai mult, benzina era de 24 de ori mai scumpă decât cărbunele. Și cu costul lemnului de foc în taiga, nici măcar nu îl poți menționa.

Un grup de designeri sub conducerea lui Yu. Shebalin a simplificat cât mai mult unitatea de abur în ansamblu. Au combinat un motor cu patru cilindri și un cazan într-o singură unitate și l-au plasat între caroserie și cabină. Am pus această instalare pe șasiul seriei YaAZ (MAZ) -200. Munca aburului și condensarea acestuia au fost combinate într-un ciclu închis. Furnizarea de lingouri de lemn din buncăr a fost efectuată automat.

Așa s-a născut NAMI-012, sau mai bine zis pe pădure off-road. Evident, principiul aprovizionării cu buncăr de combustibil solid și amplasarea unui motor cu abur pe un camion au fost împrumutate din practica centralelor de generare a gazului.

Soarta proprietarului pădurilor - NAMI-012

Caracteristicile camionului cu platformă menajeră cu aburi și ale transportatorului de lemn NAMI-012 au fost după cum urmează

• Capacitate de transport - 6 tone
• Viteza - 45 km / h
• Autonomia fără realimentare este de 80 km, dacă a fost posibilă reînnoirea alimentării cu apă, atunci 150 km
• Cuplul la viteze mici - 240 kgm, care a fost de aproape 5 ori mai mare decât indicatorii bazei YAZ-200
• Un cazan de circulație naturală a creat o presiune de 25 de atmosfere și a adus aburul la o temperatură de 420 ° C
• A fost posibilă alimentarea cu apă a rezervorului direct din rezervor prin ejectoare
• Cabina complet metalică nu avea capotă și a fost împinsă înainte
• Viteza a fost reglată de volumul de abur din motor folosind pârghia de alimentare / oprire. Cu ajutorul său, buteliile au fost umplute la 25/40/75%.
• O treaptă de mers înapoi și trei comenzi de pedală.

Dezavantajele grave ale camionului cu aburi au fost consumul de 400 kg de lemn de foc la 100 km de cale și necesitatea de a scăpa de apa din cazan în condiții de ger.

Dezavantajele grave ale camionului cu aburi au fost consumul a 400 kg de lemn de foc la 100 km de cale și necesitatea de a scăpa de apa din cazan în condiții de ger. Dar principalul dezavantaj care a fost prezent în primul eșantion a fost permeabilitatea slabă într-o stare descărcată. Apoi s-a dovedit că puntea față a fost supraîncărcată de cabină și unitatea de abur, în comparație cu spatele. Au făcut față acestei sarcini instalând o centrală electrică cu abur modernizată pe tracțiunea integrală YaAZ-214. Acum, capacitatea camionului pentru lemn NAMI-018 a fost mărită la 125 de cai putere.

Dar, neavând timp să se răspândească în toată țara, camioanele generatoare de abur au fost eliminate în a doua jumătate a anilor 50 ai secolului trecut.

Dar, neavând timp să se răspândească în toată țara, camioanele generatoare de abur au fost eliminate în a doua jumătate a anilor 50 ai secolului trecut. Totuși, împreună cu generatoarele de gaz. Deoarece costul transformării mașinilor, beneficiile economice și ușurința în utilizare au fost consumatoare de timp și discutabile în comparație cu camioanele pe benzină și diesel. Mai mult, în acest moment, producția de petrol era deja înființată în Uniunea Sovietică.

O mașină modernă cu aburi, rapidă și accesibilă

Nu credeți că ideea unei mașini cu abur a fost uitată pentru totdeauna. Acum există o creștere semnificativă a interesului pentru motoare, motoare alternative cu combustie internă pe benzină și motorină. Rezervele mondiale de petrol nu sunt nelimitate. Da, iar costul produselor petroliere este în continuă creștere. Proiectanții s-au străduit atât de mult să îmbunătățească motorul cu ardere internă încât ideile lor aproape că au atins limita.

Mașinile electrice, mașinile cu hidrogen, generatoarele de gaz și mașinile cu abur au devenit din nou subiecte fierbinți. Bună, uitat în secolul al XIX-lea!

Acum există o creștere semnificativă a interesului pentru motoare, motoare alternative cu combustie internă pe benzină și motorină.

Un inginer britanic (din nou Anglia!) A demonstrat noile capacități ale motorului cu aburi. El și-a creat Inspuration nu numai pentru a demonstra relevanța mașinilor cu abur. Creația sa este făcută pentru înregistrări. 274 km / h - aceasta este viteza pe care o accelerează doisprezece cazane instalate pe o mașină de 7,6 metri. Doar 40 de litri de apă sunt suficienți pentru ca gazul lichefiat să aducă temperatura aburului la 400 ° C într-o clipă. Gândiți-vă, a durat istoria 103 ani pentru a bate recordul de viteză pentru o mașină cu abur setată de Rocket!

Într-un generator modern de abur, puteți utiliza cărbune sub formă de pulbere sau alt combustibil ieftin, de exemplu, păcură, gaz lichefiat. De aceea, mașinile cu aburi au fost și vor fi întotdeauna populare.

Dar pentru ca un viitor ecologic să vină, este din nou necesar să depășim rezistența lobbyiștilor petrolieri.