Motoarele cu aburi au fost folosite ca motoare în stațiile de pompare, locomotive, nave cu aburi, tractoare, vagoane cu aburi și alte vehicule. Mașinile cu aburi au contribuit la utilizarea comercială pe scară largă a mașinilor în fabrici și au oferit baza energetică pentru revoluția industrială din secolul al XVIII-lea. Mai târziu, motoarele cu aburi au fost înlocuite de motoarele cu ardere internă, turbine cu abur, motoare electrice și reactoare nucleare, a căror eficiență este mai mare.
Motor cu aburi în acțiune
Invenție și dezvoltare
Primul dispozitiv cunoscut, alimentat de un abur, a fost descris de Heron din Alexandria în secolul I - așa-numita „baie a Heron” sau „eolipil”. Aburul scăpând tangențial din duzele atașate la bilă a făcut ca acestea din urmă să se rotească. Se presupune că transformarea aburului în mișcare mecanică a fost cunoscută în Egipt în perioada romană și a fost utilizată în dispozitive simple.
Primele motoare industriale
Niciunul dintre dispozitivele descrise nu a fost de fapt folosit ca mijloc de rezolvare a problemelor utile. Prima mașină cu aburi folosită în producție a fost o „mașină de pompieri” proiectată de inginerul militar englez Thomas Severy în 1698. Severy a primit un brevet pentru dispozitivul său în 1698. Era o pompă cu abur cu piston și, evident, nu era foarte eficientă, deoarece căldura aburului se pierdea de fiecare dată când recipientul era răcit și era destul de periculos în funcționare, deoarece datorită presiunii ridicate a aburului, containerele și conductele motorului uneori a explodat. Deoarece acest dispozitiv ar putea fi utilizat atât pentru rotirea roților unei mori de apă, cât și pentru pomparea apei din mine, inventatorul l-a numit „prietenul minerului”.
Apoi fierarul englez Thomas Newcomen și-a demonstrat „motorul atmosferic” în 1712, care a fost primul motor cu aburi pentru care ar putea exista cerere comercială. A fost un motor cu aburi Severy îmbunătățit, în care Newcomen a redus semnificativ presiunea de lucru a aburului. Newcomen s-ar fi putut baza pe o descriere a experimentelor lui Papen din Societatea Regală din Londra, la care ar fi putut avea acces prin intermediul colegului său Robert Hooke, care a lucrat cu Papen.
Schema motorului cu aburi Newcomen.
- Aburul este afișat în violet, apa este afișat în albastru.
- Supapele deschise sunt afișate în verde, supapele închise în roșu
Prima aplicație a motorului Newcomen a fost de a pompa apă dintr-un arbore adânc. În pompa de mină, balansierul a fost conectat la o forță care a coborât în mină către camera pompei. Mișcările de împingere reciproce au fost transmise pistonului pompei, care a furnizat apă către vârf. Supapele motoarelor Newcomen timpurii au fost deschise și închise manual. Prima îmbunătățire a fost automatizarea supapelor, care au fost acționate chiar de mașină. Legenda spune că această îmbunătățire a fost făcută în 1713 de băiatul Humphrey Potter, care a trebuit să deschidă și să închidă supapele; când s-a săturat de asta, a legat mânerele supapelor cu frânghii și s-a dus să se joace cu copiii. Până în 1715, fusese deja creat un sistem de control al pârghiei, acționat de mecanismul motorului însuși.
Primul motor cu abur cu două cilindri din Rusia a fost proiectat de mecanicul I.I.
Humphrey Gainsborough a construit un model de motor cu abur cu condensator în anii 1760. În 1769, mecanicul scoțian James Watt (folosind eventual ideile lui Gainsborough) a brevetat primele îmbunătățiri semnificative ale motorului de vid al lui Newcomen, care l-au făcut semnificativ mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil. Contribuția lui Watt a fost separarea fazei de condensare a motorului de vid într-o cameră separată, în timp ce pistonul și cilindrul erau la temperatura aburului. Watt a adăugat alte câteva detalii importante motorului lui Newcomen: el a plasat un piston în interiorul cilindrului pentru a expulza aburul și a transformat mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a roții motrice.
Pe baza acestor brevete, Watt a construit o mașină cu aburi la Birmingham. Până în 1782, motorul cu aburi al lui Watt era de peste 3 ori capacitatea mașinii Newcomen. Îmbunătățirea eficienței motorului Watt a condus la utilizarea energiei cu abur în industrie. În plus, spre deosebire de motorul Newcomen, motorul Watt a făcut posibilă transmiterea mișcării de rotație, în timp ce la primele modele de motoare cu abur, pistonul era conectat la brațul basculant mai degrabă decât direct la biela. Acest motor avea deja caracteristicile de bază ale motoarelor moderne cu aburi.
O creștere suplimentară a eficienței a fost utilizarea aburului de înaltă presiune (americanul Oliver Evans și englezul Richard Trevithick). R. Trevithick a construit cu succes motoare industriale cu o singură cursă, de înaltă presiune, cunoscute sub numele de „motoare Cornish”. Au funcționat la 50 psi, sau 345 kPa (3.405 atmosfere). Cu toate acestea, pe măsură ce presiunea a crescut, a existat și un mare pericol de explozie la mașini și cazane, ceea ce a dus inițial 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, funcționarea și întreținerea echipamentelor.
Inventatorul francez Nicholas-Joseph Cugno a demonstrat în 1769 primul vehicul autopropulsat cu abur: „fardier à vapeur” (căruța cu aburi). Poate că invenția sa poate fi considerată prima mașină. Tractorul cu aburi autopropulsat sa dovedit a fi foarte util ca sursă mobilă de energie mecanică, care a pus în mișcare alte mașini agricole: treier, prese etc. În 1788, o barcă cu aburi construită de John Fitch a efectuat deja un serviciu regulat pe râul Delaware între Philadelphia (Pennsylvania) și Burlington (statul New York). A ridicat 30 de pasageri la bord și a mers cu o viteză de 7-8 mile pe oră. Aburiul lui J. Fitch nu a avut succes din punct de vedere comercial, deoarece un drum rutier bun a concurat cu traseul său. În 1802, inginerul scoțian William Symington a construit un abur competitiv, iar în 1807, inginerul american Robert Fulton a folosit motorul cu aburi Watt pentru a alimenta primul vapor cu succes comercial. La 21 februarie 1804, prima locomotivă cu aburi feroviare autopropulsată, construită de Richard Trevithick, a fost expusă la Penidarren Steel Works din Merthyr Tydville, South Wales.
Motoare cu aburi alternative
Motoarele alternative folosesc energia aburului pentru a deplasa un piston într-o cameră sau cilindru etanș. Acțiunea alternativă a pistonului poate fi transformată mecanic în mișcare liniară a pompelor cu piston sau în mișcare rotativă pentru a acționa părți rotative ale mașinilor-unelte sau ale roților vehiculului.
Mașini cu vid
Primele motoare cu aburi au fost numite inițial „motoare de pompieri” și motoarele „atmosferice” sau „condensate” ale lui Watt. Acestea au funcționat pe un principiu de vid și, prin urmare, sunt cunoscute și sub denumirea de „motoare de vid”. Astfel de mașini au funcționat pentru a acționa pompe cu mișcare alternativă, în orice caz, nu există dovezi că ar fi fost utilizate în alte scopuri. Când funcționează un motor cu abur de tip vid, la începutul cursei, aburul de joasă presiune este admis în camera de lucru sau în cilindru. Supapa de admisie este apoi închisă și aburul este răcit și condensat. Într-un motor Newcomen, apa de răcire este pulverizată direct în cilindru și condensul se scurge într-un colector de condens. Acest lucru creează un vid în cilindru. Presiunea atmosferică din partea superioară a cilindrului apasă pe piston și determină deplasarea în jos, adică cursa de lucru.
Răcirea și reîncălzirea constantă a cilindrului sclav al mașinii au fost foarte risipitoare și ineficiente, cu toate acestea, aceste motoare cu abur au fost capabile să pompeze apă de la adâncimi mai adânci decât era posibil înainte de a fi introduse. În anul a apărut o versiune a motorului cu aburi, creată de Watt în colaborare cu Matthew Boulton, a cărei principală inovație a fost îndepărtarea procesului de condensare într-o cameră separată specială (condensator). Această cameră a fost plasată într-o baie de apă rece și conectată la cilindru printr-un tub suprapus de o supapă. O pompă specială mică de vid (un prototip de pompă de condens) a fost conectată la camera de condensare, acționată de un braț oscilant și utilizată pentru a îndepărta condensul din condensator. Apa caldă rezultată a fost alimentată de o pompă specială (un prototip de pompă de alimentare) înapoi la cazan. O altă inovație radicală a fost închiderea capătului superior al cilindrului de lucru, în partea superioară a căruia se afla acum abur de presiune scăzută. Același abur era prezent în mantaua dublă a cilindrului, menținându-și temperatura constantă. În timpul mișcării ascendente a pistonului, acest vapor a fost transmis prin conducte speciale către partea inferioară a cilindrului, pentru a suferi condens în timpul cursei următoare. 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 pe care îl putea obține. În motorul cu aburi Newcomen, pistonul a fost lubrifiat cu o cantitate mică de apă turnată pe el de sus, în mașina lui Watt acest lucru a devenit imposibil, deoarece acum exista abur în partea superioară a cilindrului, a fost necesar să se treacă la ungere cu un amestec de grăsime și ulei. Aceeași grăsime a fost utilizată în garnitura de etanșare a tijei cilindrului.
Motoarele cu abur cu vid, în ciuda limitelor evidente ale eficienței lor, erau relativ sigure, foloseau abur cu presiune scăzută, ceea ce era destul de consistent cu nivelul general scăzut al tehnologiei cazanelor din secolul al XVIII-lea. Puterea mașinii a fost limitată de presiunea scăzută a aburului, dimensiunea cilindrilor, rata de ardere a combustibilului și evaporarea apei în cazan, precum și dimensiunea condensatorului. Eficiența teoretică maximă a fost limitată de diferența de temperatură relativ mică pe ambele părți ale pistonului; acest lucru a făcut ca mașinile de vid destinate uzului industrial să fie prea mari și costisitoare.
Comprimare
Orificiul de ieșire al cilindrului motorului cu aburi se închide puțin mai devreme decât pistonul ajunge la poziția sa extremă, ceea ce lasă o parte din aburul de evacuare din cilindru. Aceasta înseamnă că există o fază de compresie în ciclul de lucru, care formează așa-numita „pernă de abur”, care încetinește mișcarea pistonului în pozițiile sale extreme. De asemenea, elimină căderea bruscă de presiune chiar la începutul fazei de admisie atunci când aburul proaspăt intră în cilindru.
Avans
Efectul descris al „pernei cu abur” este, de asemenea, sporit de faptul că admisia de abur proaspăt în cilindru începe ceva mai devreme decât pistonul ajunge la poziția finală, adică există un avans în avans. Acest avans este necesar pentru ca înainte ca pistonul să înceapă cursa de lucru sub acțiunea aburului proaspăt, aburul ar avea timp să umple spațiul mort care a apărut ca urmare a fazei anterioare, adică canalele de admisie-evacuare și volumul cilindrului care nu este utilizat pentru mișcarea pistonului.
Extensie simplă
Expansiunea simplă presupune că aburul funcționează numai atunci când se extinde în cilindru, iar aburul evacuat este eliberat direct în atmosferă sau intră într-un condensator special. În acest caz, căldura reziduală a aburului poate fi utilizată, de exemplu, pentru încălzirea unei camere sau a unui vehicul, precum și pentru preîncălzirea apei care intră în cazan.
Compus
În timpul procesului de expansiune în cilindrul mașinii de înaltă presiune, temperatura aburului scade proporțional cu expansiunea sa. Deoarece nu există schimb de căldură în acest caz (proces adiabatic), se dovedește că aburul pătrunde în cilindru cu o temperatură mai mare decât pleacă. Astfel de schimbări de temperatură în cilindru conduc la o scădere a eficienței procesului.
Una dintre metodele de abordare a acestei diferențe de temperatură a fost propusă în 1804 de inginerul englez Arthur Wolfe, care a brevetat Mașină de abur compus de înaltă presiune Wolfe... În această mașină, aburul de temperatură ridicată de la un cazan de abur a fost introdus într-un cilindru de înaltă presiune și, după aceea, aburul evacuat în el cu o temperatură și presiune mai mici a intrat în cilindrul de presiune joasă (sau cilindrii). Acest lucru a redus diferența de temperatură în fiecare cilindru, ceea ce, în general, a redus pierderile 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 mai mare al cilindrilor. Prin urmare, la mașinile compuse, cilindrii de joasă presiune aveau un diametru mai mare (și uneori mai lung) decât cilindrii de înaltă presiune.
Acest lucru este, de asemenea, cunoscut sub numele de dublă expansiune, deoarece expansiunea aburului are loc în două etape. Uneori, un cilindru de înaltă presiune a fost asociat cu doi cilindri de joasă presiune, rezultând trei cilindri de aproximativ aceeași dimensiune. Acest aranjament era mai ușor de echilibrat.
Mașinile de amestecat cu doi cilindri pot fi clasificate ca:
- Compus încrucișat- Cilindrii sunt amplasați unul lângă altul, conductele lor de abur sunt încrucișate.
- Compus tandem- Cilindrii sunt aranjați în serie și utilizează o tijă.
- Compus de colț- Cilindrii sunt înclinați între ei, de obicei la 90 de grade, și lucrează pe o manivelă.
După anii 1880, motoarele cu aburi compuse s-au răspândit în producție și transport și au devenit practic singurul tip utilizat pe navele cu aburi. Utilizarea lor la locomotivele cu aburi nu a fost atât de răspândită, deoarece s-au dovedit a fi prea dificile, în parte datorită faptului că condițiile de lucru ale motoarelor cu aburi pe transportul feroviar erau dificile. În ciuda faptului că locomotivele compuse nu au devenit niciodată un fenomen de masă (în special în Marea Britanie, unde erau foarte rare și deloc folosite după anii 1930), au câștigat o oarecare popularitate în mai multe țări.
Extensie multiplă
Schema simplificată a unui motor cu aburi cu triplă expansiune.
Aburul de înaltă presiune (roșu) din cazan trece prin mașină, lăsând condensatorul la presiune scăzută (albastru).
Dezvoltarea logică a schemei compuse a fost adăugarea de etape de expansiune suplimentare la aceasta, ceea ce a sporit eficiența lucrării. Rezultatul a fost o schemă de expansiune multiplă cunoscută sub numele de mașini de expansiune triplă sau chiar cvadruplă. Aceste motoare cu aburi foloseau o serie de cilindri cu efect dublu, al căror volum a crescut cu fiecare etapă. Uneori, în loc să se mărească volumul buteliilor de joasă presiune, s-a folosit o creștere a numărului lor, la fel ca la unele mașini compuse.
Imaginea din dreapta arată funcționarea unui motor cu aburi cu trei expansiuni. Aburul curge prin mașină de la stânga la dreapta. Blocul supapelor fiecărui cilindru este situat în stânga cilindrului corespunzător.
Apariția acestui tip de motoare cu aburi a devenit deosebit de relevantă pentru flotă, deoarece cerințele de mărime și greutate pentru vehiculele navei nu erau foarte stricte și, cel mai important, o astfel de schemă a facilitat utilizarea unui condensator care returnează aburul uzat sub forma de apă proaspătă înapoi la cazan (nu a fost posibilă utilizarea apei sărate de mare pentru alimentarea cazanelor). De obicei, motoarele cu aburi de la sol nu aveau probleme cu alimentarea cu apă și, prin urmare, puteau descărca aburul rezidual în atmosferă. Prin urmare, o astfel de schemă a fost mai puțin relevantă pentru ei, mai ales având în vedere complexitatea, dimensiunea și greutatea sa. Dominanța motoarelor cu aburi cu expansiune multiplă s-a încheiat numai odată cu apariția și utilizarea pe scară largă a turbinelor cu abur. Cu toate acestea, turbinele moderne cu abur folosesc același principiu de a împărți debitul în cilindri cu presiune ridicată, medie și joasă.
Mașini cu abur cu flux direct
Motoarele cu abur cu flux direct au apărut ca urmare a unei încercări de a depăși un dezavantaj inerent motoarelor cu abur cu distribuție tradițională a aburului. Faptul este că aburul dintr-un motor convențional cu aburi își schimbă în mod constant direcția de mișcare, deoarece aceeași fereastră este utilizată atât pentru intrarea cât și pentru ieșirea aburului pe fiecare parte a cilindrului. Când aburul de evacuare părăsește cilindrul, acesta răcește pereții și canalele de distribuție a aburului. Aburul proaspăt, în consecință, cheltuie o anumită parte a energiei pentru încălzirea lor, ceea ce duce la o scădere a eficienței. Motoarele cu abur cu flux direct au o fereastră suplimentară, care este deschisă de un piston la sfârșitul fiecărei faze și prin care aburul părăsește cilindrul. Acest lucru crește eficiența mașinii, deoarece aburul se mișcă într-o direcție și gradientul de temperatură al pereților cilindrului rămâne mai mult sau mai puțin constant. Mașinile cu co-flux cu expansiune simplă arată aproximativ aceeași eficiență ca și mașinile compuse cu distribuție convențională a aburului. În plus, pot funcționa la viteze mai mari și, prin urmare, înainte de apariția turbinelor cu abur, erau adesea folosite pentru a conduce generatoare electrice care necesită viteză mare.
Motoarele cu abur cu flux direct sunt disponibile atât cu acțiune simplă, cât și 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 staționare alternante fixate pe o bază, numite stator. Discurile rotorului au lame în exterior, aburul este furnizat acestor lame și întoarce discurile. Discurile stator au palete similare, stabilite la unghiul opus, care servesc la redirecționarea fluxului de abur către următoarele discuri rotor. Fiecare disc rotor și discul stator corespunzător sunt denumite stadiu de turbină. Numărul și dimensiunea etapelor fiecărei turbine sunt selectate în așa fel încât să maximizeze utilizarea energiei utile a aburului cu aceeași viteză și presiune care îi este furnizată. Aburul de evacuare care iese din turbină intră în condensator. Turbinele se rotesc cu o viteză foarte mare și, prin urmare, transmisiile speciale de reducere sunt utilizate de obicei atunci când se transferă rotația către alte echipamente. În plus, turbinele nu pot schimba direcția de rotație și adesea necesită mecanisme suplimentare de inversare (uneori sunt utilizate etape suplimentare de rotație inversă).
Turbinele transformă energia aburului direct în rotație și nu necesită mecanisme suplimentare pentru a transforma mișcarea alternativă în rotație. În plus, turbinele sunt mai compacte decât mașinile cu mișcare alternativă și au o forță constantă pe arborele de ieșire. Deoarece turbinele sunt mai simple ca design, ele necesită în general mai puțină întreținere.
Alte tipuri de motoare cu aburi
Cerere
Mașinile cu aburi pot fi clasificate în funcție de aplicația lor după cum urmează:
Mașini staționare
Ciocan cu aburi
Mașină cu aburi într-o fabrică veche de zahăr, Cuba
Mașinile de abur staționare pot fi împărțite în două tipuri în funcție de modul de utilizare:
- Mașini cu funcții variabile, care includ mașini de laminat, trolii cu abur și dispozitive similare care trebuie să se oprească frecvent și să schimbe direcția de rotație.
- Mașini electrice care se opresc 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 prin cablu înainte de adoptarea pe scară largă a tracțiunii electrice. Motoarele cu putere redusă sunt utilizate pe modelele de nave și dispozitivele speciale.
Troliul cu abur este în esență un motor staționar, dar este montat pe un cadru de bază, astfel încât să poată fi mutat. Poate fi fixat cu un cablu la ancoră și mutat prin propria tracțiune într-un loc nou.
Mașini de transport
Motoarele cu aburi au fost folosite pentru a conduce diferite tipuri de vehicule, printre care:
- Vehicule terestre:
- Mașină cu aburi
- Tractor cu aburi
- Excavator cu abur și chiar
- Avion cu aburi.
În Rusia, prima locomotivă cu abur care a funcționat a fost construită de E. A. și M. E. Cherepanov la uzina de la Nizhne-Tagil în 1834 pentru transportul minereului. El a dezvoltat o viteză de 13 mile pe oră și a transportat peste 200 de pudre (3,2 tone) de marfă. Lungimea primei căi ferate a fost de 850 m.
Avantajele motoarelor cu aburi
Principalul avantaj al motoarelor cu abur este că pot folosi aproape orice sursă de căldură pentru ao transforma în lucru mecanic. Acest lucru le diferențiază de motoarele cu ardere internă, fiecare tip care necesită utilizarea unui anumit tip de combustibil. Acest avantaj este cel mai vizibil atunci când se utilizează energia nucleară, deoarece un reactor nuclear nu este capabil să genereze energie mecanică, ci produce doar căldură, care este utilizată pentru a genera abur care acționează motoarele cu aburi (de obicei, turbine cu abur). În plus, există și alte surse de căldură care nu pot fi utilizate în motoarele cu ardere internă, cum ar fi energia solară. O direcție interesantă este utilizarea energiei diferenței de temperatură a Oceanului Mondial la diferite adâncimi.
Alte tipuri de motoare cu ardere externă au, de asemenea, proprietăți similare, cum ar fi motorul Stirling, care poate oferi o eficiență foarte mare, dar sunt semnificativ mai mari ca greutate și dimensiune decât tipurile moderne de motoare cu aburi.
Locomotivele cu aburi au performanțe bune la altitudini mari, deoarece eficiența lor nu scade din cauza presiunii atmosferice scăzute. Locomotivele cu aburi sunt folosite și astăzi în regiunile muntoase din America Latină, în ciuda faptului că pe terenul plat au fost înlocuite de mult timp cu tipuri mai moderne de locomotive.
În Elveția (Brienz Rothhorn) și Austria (Schafberg Bahn), noile locomotive cu abur uscat și-au dovedit valoarea. Acest tip de locomotivă cu abur a fost dezvoltat pe baza modelelor Swiss Locomotive and Machine Works (SLM), cu multe îmbunătățiri moderne, cum ar fi utilizarea rulmenților cu role, izolația termică modernă, arderea fracțiunilor de ulei ușor ca combustibil, liniile de abur îmbunătățite , etc. ... Drept urmare, aceste locomotive au un consum de combustibil cu 60% mai mic și cerințe de întreținere semnificativ mai mici. Calitățile economice ale acestor locomotive sunt comparabile cu cele ale locomotivelor moderne diesel și electrice.
În plus, locomotivele cu aburi sunt semnificativ mai ușoare decât cele diesel și electrice, ceea ce este deosebit de important pentru căile ferate montane. Particularitatea motoarelor cu aburi este că nu au nevoie de transmisie, transmițând puterea direct pe roți.
Eficienţă
Un motor cu aburi care evacuează aburul în atmosferă va avea o eficiență practică (inclusiv un cazan) de 1 până la 8%, dar un motor cu condensator cu un traseu de debit extins poate îmbunătăți eficiența cu până la 25% sau mai mult.
Pentru prima dată informațiile despre acest motor au apărut pe site-urile de noutăți științifice ale lumii în urmă cu 15 ani. Aspect mișto, dar ... Și ce, de fapt, revoluționar? Principiul transformării mișcării pistonului în mișcare de rotație este echivalent cu un motor cu piston standard, în care mai mulți pistoni rotesc un disc teșit. Și supapa rotativă utilizată pentru distribuția aburului este, de asemenea, utilizată pe scară largă în pneumatică și este structural inferioară supapei clasice de tip cutie a motoarelor cu abur. În acest sens, etanșeitatea scade odată cu uzura, dar în cea asemănătoare cutiei nu.
Ce alte avantaje are acest sistem? O bucată de cablu flexibil limitează puterea reală a acestei unități la nivelul de zeci de wați sau fracțiuni de gram pe metru, dacă îl luăm în termeni de cuplu.
În ceea ce privește motoarele - „utilizatorii” de căldură reziduală rămasă în evacuare, lichid de răcire și alte „produse reziduale” ale motoarelor termice mai puternice, atunci Stirling este dincolo de concurență. S. la. capabil să lucreze la diferențe de temperatură mai mici de 100 de grade.
Ei bine, este în discuție și aplicația pentru compactitate inovatoare. O mașină cu abur cu schema clasică și un volum de lucru egal va avea aproximativ aceleași dimensiuni ca și cea verde.
Există mașini cu aburi foarte interesante care pot fi instalate pe mașini și au o eficiență ridicată. Aceste motoare cu aburi dezvoltă o putere foarte mare a motorului pe combustibil ieftin: turbă, cărbune, pelete de lemn. O astfel de mașină cu aburi poate fi instalată pe o mașină - și veți avea propria mașină cu abur pe lemne. Și puteți obține energie electrică ieftină.
În ultimii ani, a apărut o nouă direcție în modelare. Ideologul său a fost animatorul Yi-Wei Huang, căruia, evident, i-a plăcut ideea de a anima personaje de desene animate fără ajutorul graficii pe computer. Punctul culminant constă în faptul că în „jucăriile” sale nu folosește baterii reîncărcabile, ci motoare cu aburi miniaturale, pe care le face cu propriile mâini. I-Wei își inspiră din science fiction-ul numit „steampunk”, sau „steampunk”. „Steampunk” este o alternativă la „cyberpunk”, care s-a caracterizat prin computerizarea totală, care s-a dezvoltat la începutul diabetului.
La rândul său, steampunk-ul se bazează pe istoria Angliei victoriene, cu mașinile sale uriașe, cu funingine și putere. Motivele Steampunk apar într-o mare varietate de opere de artă modernă și faptul că au ajuns la modelare nu este surprinzător. Acum, personajele de desene animate vor găsi o viață nouă, deși pe o scară de jucărie. I-Wei a colectat prima „jucărie” în 2005. De atunci, el a asamblat o medie de un mecanism pe lună cu propriile sale mâini. O mare parte din acest timp este petrecut pentru a adăuga eleganță modelelor echipate cu rezervoare voluminoase și cazane cu abur. Aici a venit la îndemână talentul său de animație.
O altă confirmare a acestora au fost câteva locuri premiate la festivalul „RoboGames-2006”. Oricât de blasfemie ar părea sufletului rus, creierii lui I-Vey lucrează cu alcool. Și, deși aceasta nu este singura opțiune, el consideră că acest combustibil este optim pentru roboții săi. În funcție de model, durata lor de funcționare variază de la cinci minute la jumătate de oră.
Cu toate acestea, el nu a abandonat complet bateriile, deși energia lor este cheltuită exclusiv pentru organizarea sistemului de control radio. Dar este puțin probabil ca jucăriile sale să apară în curând pe rafturile magazinelor, deoarece conținutul lor implică cerințe speciale de siguranță, care trebuie să fie adecvate mecanismelor care funcționează cu alcool și sub o presiune suficient de mare.
Eficiența motorului cu abur
Lemnul de foc este secolul trecut. Pe plan intern, acest fir se află în secțiunea de modelare și sunt discutate construcții unice pentru utilizare reală. Mi se pare că o feribotă bazată pe acest principiu este foarte interesantă. La dacha, de exemplu, este plasată o pâine UAZ, în interior are un rezervor termoizolat cu abur la 250 de grade, pe acoperișul tuburilor sub sticlă, conectate la acest rezervor, sunt încălzite de soare. În timpul săptămânii stă la soare, în weekendul în care ai ajuns și poți conduce 10 kilometri. Ce crezi, cât de comparabil este cu opțiunea de panouri solare + baterie?
Înființată în 1890 în orașul Hamburg ca o companie de inginerie maritimă, Spilling și-a construit întotdeauna afacerea pe baze inovatoare și este acum un brand global pentru producția și furnizarea de unități modulare, cu o capacitate unitară de 100 - 5000 kW pentru o eficiență eficientă utilizarea în sistemele de alimentare descentralizate. Cel mai unic produs al acestei companii este motoarele cu aburi.
Mașinile cu aburi vărsate sunt unice în lume!
Motorul cu aburi combină avantajele caracteristicilor termodinamice ale unui motor cu abur alternativ cu caracteristicile de design ale motoarelor diesel moderne. Designul său unic asigură o fiabilitate ridicată atunci când este utilizat ca acționare pentru un generator electric și sub sarcină electrică variabilă și schimbând consumul de abur.
Avantajul acestei surse de energie pentru sistemele de alimentare locale compacte în comparație cu versiunea cu turbină cu abur este ușurința în funcționare și costul redus al motorului cu aburi. Acest lucru îl face ideal pentru utilizarea în cazanele cu abur mici sau mijlocii, inclusiv:
- Centrale electrice care produc electricitate din biocombustibili, capacitate de la 2 MW în termeni de combustibil
- Unități pentru utilizarea aburului de evacuare cu un debit de 2,5 t / h
- Instalații de incinerare a deșeurilor.
Motorul cu aburi Spilling este ideal în combinație cu cazane de abur saturate, precum și cu generatoare de abur cu presiune medie. În același timp, designul modular al motorului alternativ oferă flexibilitate la modernizarea camerei centrale pentru o gamă largă de cerințe ale clienților.
Acest lucru este deosebit de important atunci când reconstruiți cazanele cu abur pentru a crește eficiența acestuia și a produce propria electricitate.
În centralele electrice de putere mică și medie, care sunt foarte des numite mini-CHP, SPILLING ca motor pentru conducerea unui generator electric sau a echipamentelor tehnologice, în comparație cu o turbină cu abur cu puteri și parametri de abur comparabili, se caracterizează prin următoarele pozitive calități:
- gama dinamică largă de control al puterii;
- insensibilitate practică la calitatea aburului;
- posibilitatea acționării directe a unui generator electric sau a unui echipament tehnologic fără transmisii mecanice intermediare;
- fiabilitate operațională ridicată și necesitatea infrastructurii tehnice minime necesare pentru întreținere;
- un sistem de lubrifiere care exclude pătrunderea uleiului în abur.
Motorul cu aburi SPILLING este furnizat cu un generator electric ca unitate gata de funcționare, incluzând un panou de control automat cu logică de program și un panou de comandă.
Date tehnice ale motorului cu aburi
British Steam Car Challenge este o echipă entuziastă de curse, entuziaști și pasionați, care construiește Inspiration de ani de zile pentru a bate recordul de viteză pentru mașinile cu abur. Recordul de viteză pentru mașinile cu aburi se deține din 1906. Apoi, în Statele Unite, pilotul Fred Marriott a atins viteza de 205,44 kilometri pe oră într-o mașină cu abur construită de frații Stanley.
Acum, recordul ar putea fi doborât pe măsură ce vehiculul va fi supus celui mai recent program de testare dinamic, programat pentru sfârșitul lunii martie 2009, în terenul Departamentului Apărării de lângă Chichester, West Sussex. Acesta va fi ultimul test al vehiculului din Marea Britanie înainte de a-l transporta în SUA, în încercarea de a stabili un record mondial de viteză pentru un vehicul terestru cu abur.
La un moment dat, proiectantul șef al echipei, Glynn Bowsher, s-a confruntat cu o sarcină dificilă, deoarece nu este ușor să obții o putere mare de la un motor cu aburi cu o dimensiune și o greutate reduse a instalației. S-a planificat ca fabrica de abur Bowcher să dezvolte până la 300 de cai putere pe arbore la o viteză a turbinei de 12 mii pe minut și să se încadreze și în corpul îngust și scăzut al Inspirației. Apropo, lungimea sa este de 5,25 metri; lățime - 1,7 metri; înălțime - 1,1 metri.
Combustibilul este propan lichefiat. Patru generatoare de abur sunt amplasate în spatele șoferului. Fiecare generator de abur are 28 de tuburi orizontale subțiri din oțel inoxidabil rezistent la căldură. Ei ocupă volumul principal din interiorul mașinii și alimentează motorul cu abur cu aproximativ 10 kilograme de abur pe minut. Presiunea și temperatura aburului sunt de aproximativ 40 de atmosfere și peste 380 de grade Celsius. Fiecare generator de abur poate fi controlat separat, ceea ce crește fiabilitatea sistemului. Aburul este direcționat prin patru duze către o turbină cu abur în două trepte, care rotește roțile din spate ale mașinii printr-un reductor. Diametrul turbinei este de 33 de centimetri.
Inginerii se așteaptă ca mașina să poată accelera la 320 de kilometri pe oră, dar dacă ținem cont de coeficientul scăzut de raționalizare al caroseriei - doar 0,2, atunci viteza poate fi mai mare.
Principalul și foarte valoros avantaj al motoarelor cu aburi de astăzi este conținutul scăzut de dioxid de carbon și oxizi de azot din evacuarea motoarelor cu aburi, mai ales dacă acestea folosesc gaze precum Inspiration.
Entuziaștii britanici speră că nu numai că pot depăși recordul de viteză al mașinilor cu abur, ci și să sensibilizeze publicul cu privire la caracterul ecologic al mașinilor cu abur.
Surse: steampunker.ru, diy.infcat.ru, www.chipmaker.ru, www.hansaenergo.ru, techvesti.ru
Secretele nespuse
Masoni, cine sunt ei?
Cine a vândut Alaska?
Zeul Quetzalcoatl este un șarpe cu pene. Templul din Quetzalcoatl
7 Minuni ale lumii lumii moderne
Poate că nu există o astfel de persoană care să nu fi auzit niciodată de piramidele egiptene, Colosul din Rodos, Grădinile suspendate din Babilon sau Templul Artemis din ...
Metrou guvernamental la Moscova
Arhitectul olandez Rainier de Graaf a propus declasificarea ramurii presupuse existente a metroului 2 al guvernului. După cum a conceput arhitectul, deoarece această linie nu este conectată ...
Misterul Delfinilor. Programul Galileo
Imaginați-vă uimirea oamenilor de știință atunci când detectoarele radio sensibile ale stației spațiale au prins mișcarea sub gheața satelitului lui Jupiter. În același timp, dispozitivele de sunet ...
Reactor industrial de fuziune
Modesta companie canadiană General Fusion a început să creeze primul reactor comercial de fuziune din lume, care intenționează să testeze lansarea în ...
Hormoni umani
Conceptul de „hormoni” a devenit acum obiectul unei atenții strânse a cercetătorilor. Există știri constante despre semnificația unuia dintre ei în ...
Sfântul Graal
Sfântul Graal este un misterios artefact creștin găsit și pierdut. Cuvintele „Sfântul Graal” sunt adesea folosite la figurat ca desemnare a oricărui ...
Complexul de rachete Avangard - caracteristici tehnice și capacități
Cel mai nou sistem de rachete rusești "Avangard" a fost introdus în producția de masă, ...
Prezențe populare despre perle
În primul rând, perlele sunt o piatră incredibil de frumoasă care a fost ...
Cum se face stejar de mlaștină acasă
Stejarul mlaștină este un material de construcție excelent. Culoarea sa neobișnuită este foarte ...
Coadă la oameni
Este amuzant, dar oamenii au coadă. Până la o anumită perioadă. Este cunoscut ...
De ce nu este introdus motorul cuantic al lui Leonov
Presa publică periodic note despre dezvoltarea necunoscută a savantului Bryansk ...
Racheta de croazieră nucleară Burevestnik - caracteristici și perspective
Exact acum 212 de ani, pe 24 decembrie 1801, în micul oraș englez Camborne, mecanicul Richard Trevithick a arătat publicului prima mașină cu un motor cu aburi, Dog Carts. Astăzi acest eveniment ar putea fi atribuit în siguranță categoriei, deși remarcabil, dar nesemnificativ, mai ales că motorul cu aburi era cunoscut mai devreme și a fost folosit chiar și pe vehicule (deși ar fi o întindere să le numim mașini) ... Dar iată ce este interesant: chiar acum, progresul tehnologic a creat o situație care amintește izbitor de epoca marii „bătălii” a aburului și benzinei de la începutul secolului al XIX-lea. Doar bateriile, hidrogenul și biocombustibilii trebuie să lupte. Vrei să știi cum se va termina și cine va câștiga? Nu voi solicita. Permiteți-mi să vă dau un indiciu: tehnologia nu are nimic de-a face cu ea ...
1. Pasiunea pentru motoarele cu aburi a trecut și a sosit timpul pentru motoarele cu ardere internă. Pentru binele cazului, repet: în 1801, o trăsură cu patru roți s-a rostogolit de-a lungul străzilor din Camborne, capabilă să transporte opt pasageri cu relativ confort și lentoare. Mașina era condusă de un motor cu abur monocilindric, iar combustibilul era cărbune. Crearea vehiculelor cu abur a fost luată cu entuziasm și deja în anii 20 ai secolului al XIX-lea, omnibuzele cu aburi pentru pasageri transportau pasageri cu viteze de până la 30 km / h, iar timpul mediu de răspuns a ajuns la 2,5-3 mii km. 
Acum să comparăm aceste informații cu altele. În același 1801, francezul Philippe Le Bon a primit un brevet pentru proiectarea unui motor cu combustie internă cu piston care funcționează pe gazul lămpii. S-a întâmplat că trei ani mai târziu, Le Bon a murit, iar alții au trebuit să dezvolte soluțiile tehnice pe care le-a propus. Abia în 1860, inginerul belgian Jean Etienne Lenoir a asamblat un motor pe gaz cu aprindere de la o scânteie electrică și a adus designul său la gradul de adecvare pentru instalarea pe un vehicul.
Deci, motoarele cu aburi auto și motoarele cu ardere internă au practic aceeași vârstă. Eficiența unui motor cu abur de acel design și în acei ani a fost de aproximativ 10%. Eficiența motorului Lenoir a fost de doar 4%. Doar 22 de ani mai târziu, până în 1882, August Otto a îmbunătățit-o, astfel încât eficiența motorului pe benzină de acum a atins ... până la 15%.
2. Tracțiunea cu abur este doar un scurt moment din istoria progresului.Începând din 1801, istoria transportului cu abur a durat aproape 159 de ani. În 1960 (!), În SUA erau încă construite autobuze și camioane cu motoare cu aburi. Motoarele cu aburi au fost mult îmbunătățite în acest timp. În 1900 în Statele Unite, 50% din parcare era „abur”. Deja în acei ani a apărut concurența între abur, benzină și - atenție! - vagoane electrice. După succesul pe piață al modelului Ford T-și, se pare, înfrângerea motorului cu aburi, o nouă creștere a popularității mașinilor cu aburi a căzut în anii 20 ai secolului trecut: costul combustibilului pentru ei (păcură, kerosen) a fost semnificativ mai mic decât costul benzinei.
Până în 1927, Stanley producea aproximativ 1.000 de vagoane cu abur pe an. În Anglia, camioanele cu aburi au concurat cu succes cu camioanele pe benzină până în 1933 și au pierdut doar din cauza impunerii de către autorități a unui impozit pe transportul greu de marfă și a scăderii tarifelor la importul de produse petroliere lichide din Statele Unite.
3. Motorul cu aburi este ineficient și neeconomic. Da, a fost așa o dată. Motorul cu aburi „clasic”, care a eliberat abur de evacuare în atmosferă, are o eficiență de cel mult 8%. Cu toate acestea, un motor cu abur cu un condensator și o cale de curgere profilată are o eficiență de până la 25-30%. Turbina cu abur asigură 30-42%. Instalațiile cu ciclu combinat, în care turbinele cu gaz și abur sunt utilizate „în tandem”, au o eficiență de până la 55-65%. Această din urmă circumstanță i-a determinat pe inginerii BMW să înceapă să lucreze la opțiuni de utilizare a acestei scheme în mașini. Apropo, eficiența motoarelor moderne pe benzină este de 34%.
Costul fabricării unui motor cu aburi în orice moment a fost mai mic decât costul unui carburator și al unui motor diesel de aceeași putere. Consumul de combustibil lichid la noile motoare cu aburi care funcționează într-un ciclu închis pe abur supraîncălzit (uscat) și echipat cu sisteme moderne de lubrifiere, rulmenți de înaltă calitate și sisteme electronice pentru reglarea ciclului de funcționare este de numai 40% din precedentul.
4. Motorul cu aburi pornește încet.Și a fost odată ... Chiar și mașinile de producție ale firmei Stanley au „făcut cupluri” de la 10 la 20 de minute. Îmbunătățirea designului cazanului și introducerea unui mod de încălzire în cascadă au permis reducerea timpului de pregătire la 40-60 de secunde.
5. Mașina cu aburi este prea pe îndelete. Nu este adevarat. Recordul de viteză din 1906 - 205,44 km / h - aparține mașinii cu aburi. În acei ani, mașinile cu motoare pe benzină nu știau să conducă atât de repede. În 1985, o mașină cu aburi circula cu o viteză de 234,33 km / h. Și în 2009, un grup de ingineri britanici a proiectat un „bolid” cu turbină cu abur, cu o unitate de abur cu o capacitate de 360 litri. cu., care a reușit să se deplaseze cu o viteză medie record în cursă - 241,7 km / h.
6. Mașina cu aburi fumează, nu este estetică. Examinând vechile desene, care înfățișează primele vagoane cu aburi, aruncând nori groși de fum și foc de pe hornurile lor (care, de altfel, mărturisește imperfecțiunea cuptoarelor primelor „mașini cu aburi”), înțelegeți unde este asocierea persistentă a venea o mașină cu aburi și funingine.
În ceea ce privește aspectul mașinilor, problema aici, desigur, depinde de nivelul proiectantului. Aproape nimeni nu va spune că mașinile cu aburi ale lui Abner Doble (SUA) sunt urâte. Dimpotrivă, sunt elegante chiar și în zilele noastre. Și am condus, de asemenea, liniștit, lin și rapid - până la 130 km / h.
Interesant este faptul că cercetările moderne în domeniul combustibilului cu hidrogen pentru motoarele auto au generat o serie de „ramuri laterale”: hidrogenul ca combustibil pentru motoarele cu aburi cu piston clasice și în special pentru motoarele cu turbină cu abur asigură o respectare ecologică absolută. „Fumul” de la un astfel de motor este ... vapori de apă.
7. Motorul cu aburi este capricios. Nu este adevarat. Structural, este mult mai simplu decât un motor cu ardere internă, ceea ce înseamnă, în sine, o fiabilitate și o pretenție mai mari. Durata de viață a motoarelor cu abur este de multe zeci de mii de ore de funcționare continuă, ceea ce nu este tipic pentru alte tipuri de motoare. Cu toate acestea, acesta nu este sfârșitul. Datorită principiilor de funcționare, motorul cu aburi nu își pierde eficiența atunci când presiunea atmosferică scade. Din acest motiv, vehiculele alimentate cu abur sunt extrem de potrivite pentru a fi utilizate în zonele muntoase, pe trecători de munte dificili.
Este interesant de menționat încă o proprietate utilă a unui motor cu aburi, care, apropo, este similar cu un motor electric cu curent continuu. O scădere a turației arborelui (de exemplu, cu o creștere a sarcinii) determină o creștere a cuplului. Datorită acestei proprietăți, mașinile cu motoare cu aburi nu au nevoie în esență de cutii de viteze - în sine, ele sunt mecanisme foarte complexe și uneori capricioase.
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, să încerc 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, după cum înțeleg, cu gaze de eșapament pentru a aduce apa la fierbere și apoi pentru 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, mai ales că nu Nu văd nimic fundamental nou în această invenție ... 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
Există două zone ale vagoanelor moderne de feribot: mașini record concepute pentru curse de mare viteză și pasionați de abur de casă.
Inspirație (2009). Mașină modernă cu aburi numărul 1, o mașină record, proiectată de scoțianul Glenn Bowsher pentru a bate recordul de viteză pentru mașinile cu aburi stabilite pe vaporul Stanley în 1906. Pe 26 august 2009, 103 ani mai târziu, Inspirația a atins 239 km / h, devenind cea mai rapidă mașină cu aburi din istorie.
Pellandini Mk 1 Steam Cat (1977). Încercarea australianului Peter Pellandine, proprietarul unei mici companii de mașini sport ușoare, de a introduce o mașină practică și convenabilă cu aburi. El a reușit chiar să „bată” bani pentru acest proiect de la conducerea statului Australia de Sud.
Pelland Steam Car Mk II (1982). A doua mașină cu aburi a lui Peter Pellandine. Pe el, a încercat să stabilească un record de viteză pentru motoarele cu aburi. Dar nu a funcționat. Deși mașina s-a dovedit a fi foarte dinamică și a accelerat la o sută în 8 secunde. Pellandine a construit ulterior încă două versiuni ale mașinii.
Keen Steamliner Nr. 2 (1963). În 1943 și 1963, inginerul Charles Keane a construit două mașini cu abur de casă, respectiv cunoscute sub numele de Keen Steamliner No. 1 și nr. 2. Despre a doua mașină au fost scrise multe în presă și chiar au sugerat producția sa industrială. Keane a folosit caroseria din fibră de sticlă de la mașina kit Victress S4, dar a construit singur întregul șasiu și motorul.
Steam Speed America (2012). Înregistrați o mașină cu abur construită de un grup de entuziaști pentru cursele de la Bonneville din 2014. Cu toate acestea, vagonul este încă acolo, după curse nereușite (accident) din 2014, Steam Speed America se află la nivelul testelor și nu a mai susținut curse record.
Ciclon (2012). Un concurent direct cu mașina anterioară, chiar și numele echipelor sunt foarte asemănătoare (aceasta se numește Team Steam USA). Mașina record a fost prezentată la Orlando, dar nu a participat încă la curse cu drepturi depline.
Barber-Nichols Steamin "Demon (1977). În 1985, această mașină, care folosea caroseria din kitul mașinii Aztec 7, șoferul Bob Barber a accelerat la 234,33 km / h. Recordul nu a fost recunoscut oficial de FIA la încălcări ale regulilor curse (Barber avea ambele curse în aceeași direcție, în timp ce regulile impun ca acestea să fie ținute în direcții opuse și în decurs de o oră.) Cu toate acestea, această încercare a fost primul succes real pe modalitate de a bate recordul din 1906.
Chevelle SE-124 (1969). Conversia lui Bill Besler a unui Chevrolet Chevelle clasic într-un vagon de feribot pentru General Motors. GM a investigat propulsia și economia motoarelor cu aburi pentru vehiculele rutiere.