Çfarë ndikoi në zhvillimin e motorit me avull. Historia e shpikjes së motorëve me avull

Motori me avull ishte i pari motor mekanik, për të cilat kishte një të gjerë përdorim praktik... Motorët e parë me avull pistoni u përdorën së pari në prodhimin e fabrikës, dhe më vonë ata ishin në gjendje të lidheshin me rrota dhe të merrnin makina vetëlëvizëse:

• avullore;
• lokomotiva me avull;
• traktorë;
• makina.

Historia e shpikjes së motorit me avull

Parimi themelor i veprimit është çdo motorr me avull qëndron në faktin se energjia e avullit të nxehtë shndërrohet në energji mekanike, e cila mund të jetë:

• reciprok;
• rrotullues

Dhe energjia mekanike që rezulton tashmë mund të përdoret për qëllime të dobishme. Parimi i funksionimit të motorit me avull u kuptua nga grekët e lashtë, por në epokat e errëta njerëzit e kanë harruar atë. Interesimi për këtë problem u ringjall përsëri vetëm në shekullin e 17 -të. Italiani Giovanni Branca në 1629 propozoi një model të turbinës së tij me avull. Por për shkak të humbjeve të mëdha të papranueshme të energjisë, ky motor i parë me avull në botë nuk ka gjetur zbatim praktik.

Ky francez është mjek me arsim, ai u transferua në Angli në 1675, ku u shqua për një numër shpikjesh. Pra, ai shpiku "bojlerin e Papës" - prototipin e bojlerit modern të dyfishtë. Papen ishte në gjendje të vinte re marrëdhënien midis rritjes së presionit dhe pikës së vlimit të një lëngu. Ai ishte në gjendje të ndërtonte një kazan të mbyllur, ku u mbështet presionin e lartë të gjakut... Si rezultat i kësaj, uji në të u zie në temperaturë e ngritur, dhe u bë e mundur gatimi i ushqimit në temperatura mbi 100 gradë, gjë që përshpejtoi procesin e gatimit.

Në prag të lëvizjes në Foggy Albion, Papen shpiku motorin pluhur. Baruti i djegur në cilindër e shtyu pistonin. Gazrat pluhur që rezultuan u hoqën përmes valvulës, dhe ato të mbetura u ftohën, për shkak të së cilës u shfaq një vakum i vogël në cilindër, dhe presioni atmosferik e ktheu pistonin në vendin e tij.

Në një parim të ngjashëm, Papen krijoi në 1698 motor i ngjashëm, por tashmë mbi ujë. Ishte në fakt motori i parë me avull.

Përkundër faktit se ideja vetë premtoi përfitime të konsiderueshme, ajo nuk i solli dividentë autorit të saj. Fakti është se pak më parë, Severy (një mekanik anglez) patentoi pompën e tij të avullit, e cila ishte në atë kohë mënyra e vetme për të përdorur një motor me avull. Kështu ndodhi që shpikësi i motorit të parë me avull, Denis Papin, vdiq në 1714 në Londër, duke qenë i varfër dhe i vetmuar.

Makina e Thomas Newcomen

Ky anglez me iniciativë ishte në gjendje të arrinte fitime të mëdha. Ai ishte 35 vjeç kur u krijua makina Papen. Newcomen studioi me kujdes trashëgiminë e Papen dhe Severy dhe vuri në dukje mangësitë e të dy modeleve dhe mori ide të forta në shërbim. Duke bashkëpunuar me specialistin në hidraulik dhe xhami D. Callie, Newcomen krijoi modelin e tij të parë deri në 1712, duke vazhduar historinë e krijimit të motorëve me avull. Ajo punë parimore dukej kështu:

• dizajni kishte një cilindër vertikal me një pistoni (nga Papen);
• avulli u krijua në një kazan të veçantë, i cili funksiononte sipas parimit të shpikjes së Savery;
• ngushtësi cilindër avulli e siguruar nga një lëkurë e shtrënguar me pistoni.

Duke rritur presionin, pajisja e Newcomen ngriti ujin nga minierat. Por ishte shumë i rëndë dhe jashtëzakonisht i pangopur për thëngjillin. Por këto mangësi nuk e penguan gjysmëshekullin e shfrytëzimit të kësaj shpikjeje në miniera. Falë tij, u bë e mundur ringjallja e minierave të braktisura më parë për shkak të përmbytjeve nga ujërat nëntokësore. Por meqenëse makina e tij ishte një përmbledhje e shpikjeve të hershme, Newcomen nuk mund të merrte një patentë për të.

Makina e Watt -it

Hapi vendimtar u ndërmor nga britaniku James Watt, falë përpjekjeve të të cilit u shfaq një motor avulli pistoni i parë mjaft i fuqishëm dhe kompakt. Si mekanik në Universitetin e Glasgow, Watt filloi të riparonte motorin me avull të Newcomen në 1763. Në procesin e riparimit, ai doli me një mënyrë për të zvogëluar grykësinë e saj - cilindri i saj duhej mbajtur i ngrohtë.

Por ishte akoma e nevojshme të zgjidhej problemi i kondensimit të avullit. Ai e kapi zgjidhjen ndërsa kalonte pranë lavanderive, ku avulli po derdhej nga poshtë kapakëve të kazanëve. Ai e kuptoi se avulli ishte një gaz që duhej injektuar në një cilindër me një presion të zvogëluar. Ai arriti ngushtësinë e sistemit me cilindra pistoni duke e mbështjellë të parin me litar kërpi të lyer me vaj, pas së cilës u bë dështimi i mundshëm nga presioni atmosferik - një hap i dukshëm përpara.

Në 1769, Watt patentoi një motor me avull në të cilin temperatura e avullit dhe pjesët më të rëndësishme ishte e njëjtë.

Video e parë e motorit me avull të James Watt

Por në jetë Watt ishte më pak me fat, dhe atij iu desh të hipotekonte patentën për borxhe. Pas 3 vitesh, ai u takua me një industrialist të pasur Matthew Bolton, i cili bleu patentat e tij për Watt. Nën kujdesin e tij, Watt u kthye në punë. Tashmë në 1773, modeli i ri i Watt në prova demonstroi një konsum shumë më të ulët të qymyrit sesa kërkonin paraardhësit e tij. Dhe një vit më vonë, Anglia filloi prodhimin industrial të makinave të Watt. Në 1781, Watt patentoi një motor me avull që mundësonte makinat industriale. Pak më vonë, të njëjtat teknologji filluan të përdoren për lëvizjen e anijeve dhe trenave, të cilat do të bëheshin një revolucion i vërtetë teknik.

Ne nuk jemi më pak të dashur për Ivan Polzunov - shpikësi rus i motorit të parë me avull, i cili ishte i aftë të funksiononte shumë mekanizma pune. Për më tepër, ai e bëri këtë shpikje para White - në 1763, ndërsa punonte në fabrikat e minierave Altai. Ai ia prezantoi projektin e tij kreut të fabrikave dhe ai mori miratimin nga kryeqyteti për të mbledhur njësinë. Polzunov u urdhërua të ndërtonte një makinë të madhe.

Kjo punë zgjati 21 muaj, por kur ishte pothuajse gati, shpikësi që ishte i sëmurë nga konsumimi vdiq para disa ditëve para testeve të tij të para. Motori me avull i Polzunov mund të punonte vazhdimisht dhe brenda mënyra automatike... Kjo u vërtetua si rezultat i testeve të kryera në 1766 nga studentët e Polzunov. Dhe një muaj më vonë, makina tashmë kishte filluar të punonte, jo vetëm që kishte rimbursuar të gjitha kostot e krijimit të saj, por edhe duke sjellë fitim për pronarët.

Kush mendoni se mund të quhet shpikësi i parë i motorit me avull? Na tregoni për të në

Unë do të anashkaloj inspektimin e ekspozitës së muzeut dhe do të shkoj drejtpërdrejt në dhomën e turbinave. Të gjithë të interesuarit mund ta gjejnë versionin e plotë të postimit në LJ tim. Dhoma e makinerisë ndodhet në këtë ndërtesë:

29. Duke hyrë brenda, isha pa frymë nga kënaqësia - brenda sallës ishte motori me avull më i bukur nga të gjitha ato që kam parë ndonjëherë. Ishte një tempull i vërtetë steampunk - një vend i shenjtë për të gjithë adhuruesit e estetikës së epokës së avullit. Unë u mahnita nga ajo që pashë dhe kuptova se nuk ishte e kotë që unë shkova me makinë në këtë qytet dhe vizitova këtë muze.

30. Përveç motorit të madh me avull, i cili është objekti kryesor i muzeut, kishte edhe shembuj të ndryshëm të motorëve më të vegjël me avull, dhe historia e teknologjisë së avullit u tregua në stendat e shumta të informacionit. Në këtë foto ju mund të shihni një motor avulli plotësisht funksionues me 12 kf.

31. Dora për shkallë. Makina u krijua në vitin 1920.

32. Një kompresor i vitit 1940 është shfaqur pranë artikullit kryesor të muzeut.

33. Ky kompresor është përdorur në të kaluarën në punëtoritë hekurudhore në Stacionin Werdau.

34. Epo, tani le të hedhim një vështrim më të afërt në ekspozitën qendrore të ekspozitës së muzeut - një makinë me avull 600 kuaj fuqi e prodhuar në 1899, e cila do të jetë tema e gjysmës së dytë të këtij postimi.

35. Motori me avull është një simbol i revolucionit industrial që ndodhi në Evropë në fund të XVIII - fillim të shekullit XIX. Megjithëse mostrat e para të motorëve me avull u krijuan nga shpikësit e ndryshëm në fillim të shekullit të 18 -të, të gjithë ata ishin të papërshtatshëm për përdorim industrial pasi kishin një numër të metash. Përdorimi masiv i motorëve me avull në industri u bë i mundur vetëm pasi shpikësi skocez James Watt përmirësoi mekanizmin e motorit me avull, duke e bërë atë të lehtë për t'u përdorur, të sigurt dhe pesë herë më të fuqishëm se modelet e mëparshme.

36. James Watt patentoi shpikjen e tij në 1775 dhe tashmë në vitet 1880 motorët e tij me avull filluan të depërtojnë në fabrika, duke u bërë një katalizator për revolucionin industrial. Kjo ndodhi kryesisht sepse James Watt arriti të krijojë një mekanizëm për shndërrimin e lëvizjes përkthimore të një motori me avull në rrotullues. Të gjithë motorët me avull që ekzistonin më parë mund të prodhonin vetëm lëvizje përkthimore dhe të përdoren vetëm si pompa. Dhe shpikja e Watt tashmë mund të rrotullojë timonin e një mulli ose makinën e makinave të fabrikës.

37. Në 1800, firma e Watt dhe partneri i tij Bolton prodhuan 496 motorë me avull, nga të cilët vetëm 164 u përdorën si pompa. Dhe tashmë në 1810 në Angli kishte 5 mijë motorë me avull, dhe ky numër u trefishua në 15 vitet e ardhshme. Në 1790, varka e parë me avull, që mbante deri në tridhjetë pasagjerë, filloi të vraponte midis Filadelfias dhe Burlingtonit në Shtetet e Bashkuara, dhe në 1804 Richard Trevintik ndërtoi lokomotivën e parë me avull. Filloi epoka e motorëve me avull, e cila zgjati gjithë shekullin XIX, dhe në hekurudhë dhe gjysmën e parë të njëzetë.

38. Ishte e shkurtër referencë historike, tani le të kthehemi në objektin kryesor të ekspozitës së muzeut. Motori me avull i treguar në fotografi është prodhuar nga Zwikauer Maschinenfabrik AG në 1899 dhe është instaluar në dhomën e makinerive të fabrikës tjerrëse "C.F.Schmelzer und Sohn". Motori me avull kishte për qëllim të drejtonte makina tjerrëse dhe u përdor në këtë rol deri në 1941.

39. Pllakë emri elegante. Në atë kohë, teknologjia industriale u bë me vëmendje të madhe në pamjen dhe stilin estetik, jo vetëm funksionaliteti ishte i rëndësishëm, por edhe bukuria, e cila pasqyrohet në çdo detaj të kësaj makine. Në fillim të shekullit të njëzetë, askush nuk do të blinte pajisje të shëmtuara.

40. Fabrika e tjerrjes "C.F.Schmelzer und Sohn" u themelua në 1820 në vendin e muzeut aktual. Tashmë në 1841, motori i parë me avull me një kapacitet 8 kf u instalua në fabrikë. për drejtimin e makinave tjerrëse, e cila në 1899 u zëvendësua nga një e re, më e fuqishme dhe moderne.

41. Fabrika ekzistonte deri në vitin 1941, atëherë prodhimi u ndërpre për shkak të shpërthimit të luftës. Për dyzet e dy vjet makina u përdor për qëllimin e saj të synuar, si një makinë për makinat tjerrëse, dhe pas përfundimit të luftës në 1945-1951 ajo shërbeu si një burim rezervë i energjisë elektrike, pas së cilës u fshi përfundimisht nga bilanci i ndërmarrjes.

42. Ashtu si shumë nga vëllezërit e saj, makina do të ishte prerë, nëse jo për një faktor. Kjo makinë ishte motori i parë gjerman me avull që mori avull përmes tubave nga një kazan i largët. Për më tepër, ai kishte një sistem rregullimi të boshtit PROELL. Falë këtyre faktorëve, makina mori statusin e një monumenti historik në 1959 dhe u bë një muze. Fatkeqësisht, të gjitha ndërtesat e fabrikës dhe bojleri u shkatërruan në 1992. Kjo dhomë makinerish është e vetmja gjë që ka mbetur nga fabrika e tjerrjes.

43. Estetika magjike e epokës së avullit!

44. Pllakë emri në trupin e sistemit të rregullimit të boshtit nga PROELL. Sistemi rregullonte ndërprerjen - sasinë e avullit që futet në cilindër. Më shumë ndërprerje do të thotë më shumë ekonomi, por më pak energji.

45. Pajisjet.

46. ​​Nga dizajni kjo makinëështë një motor avulli me shumë zgjerim (ose siç quhen edhe ato një makinë komplekse). Në makinat e këtij lloji, avulli zgjerohet në mënyrë sekuenciale në disa cilindra me vëllim në rritje, duke kaluar nga cilindri në cilindër, gjë që rrit ndjeshëm efikasitetin e motorit. Kjo makinë ka tre cilindra: në qendër të kornizës ka një cilindër me presion të lartë-ishte në të që avulli i freskët furnizohej nga dhoma e bojlerit, pastaj pas një cikli zgjerimi, avulli kaloi në një cilindër me presion të mesëm , e cila ndodhet në të djathtë të cilindrit me presion të lartë.

47. Pasi ka përfunduar punën, avulli nga cilindri me presion të mesëm u zhvendos në cilindër presion i ulët, të cilën e shihni në këtë fotografi, pas së cilës, pasi të keni përfunduar zgjerimin e fundit, ajo u lëshua jashtë përmes një tubi të veçantë. Në këtë mënyrë, u arrit përdorimi më i plotë i energjisë së avullit.

48. Fuqia stacionare e kësaj njësie ishte 400-450 HP, maksimumi 600 HP.

49. Çelësi për riparimin dhe mirëmbajtjen e makinës është mbresëlënës në madhësi. Nën të janë litarët, me ndihmën e të cilave lëvizja rrotulluese u transmetua nga volanti i makinës në një transmetim të lidhur me makinat rrotulluese.

50. Estetikë e përsosur Belle Époque në çdo dhëmbëz.

51. Në këtë fotografi, ju mund të shihni në detaje strukturën e makinës. Avulli që zgjerohet në cilindër transmetoi energji në pistoni, i cili nga ana tjetër u krye lëvizje përkthimore, duke e transferuar atë në mekanizmin e rrotullimit të fiksimit, në të cilin u shndërrua në rrotullues dhe u transmetua në volant dhe më tej në transmetim.

52. Në të kaluarën, një gjenerator elektrik ishte i lidhur edhe me motorin me avull, i cili gjithashtu ruhet në gjendje të shkëlqyer origjinale.

53. Në të kaluarën, gjeneratori ishte vendosur në këtë vendndodhje.

54. Mekanizmi për transferimin e çift rrotullues nga volanti në gjenerator.

55. Tani një motor elektrik është instaluar në vendin e gjeneratorit, me ndihmën e të cilit një motor me avull vihet në lëvizje për argëtimin e publikut disa ditë në vit. Çdo vit muzeu pret "Ditët e avullit" - një ngjarje që bashkon amatorët dhe modeluesit e motorëve me avull. Motori me avull është gjithashtu në lëvizje këto ditë.

56. Gjenerator origjinal rryma e drejtpërdrejtë tani është në periferi. Në të kaluarën, ajo përdorej për të gjeneruar energji elektrike për ndriçimin e fabrikës.

57. Prodhuar nga Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther në Werdau në 1899, sipas pllakës së informacionit, por pllaka origjinale e emrit mban vitin 1901.

58. Meqenëse isha vizitori i vetëm i muzeut atë ditë, askush nuk më shqetësoi që të shijoja estetikën e këtij vendi një për një me një makinë. Për më tepër, mungesa e njerëzve kontribuoi në marrjen e fotografive të mira.

59. Tani disa fjalë për transmetimin. Siç mund ta shihni në këtë foto, sipërfaqja e volantit ka 12 brazda litari, me ndihmën e të cilave lëvizja rrotulluese e volantit transmetohet më tej në elementët e transmetimit.

60. Transmetimi, i përbërë nga rrota me diametër të ndryshëm të lidhur me boshte, shpërndau lëvizjen rrotulluese në disa kate të ndërtesës së fabrikës, në të cilat ishin vendosur makina rrotulluese, të fuqizuara nga energjia e transmetuar me anë të një transmetimi nga një motor me avull.

61. Rrota rrotulluese me groove litari nga afër.

62. Këtu mund të shihni qartë elementët e transmetimit, me ndihmën e të cilëve çift rrotullimi u transmetua në boshtin që kalon nën tokë dhe transmeton lëvizjen rrotulluese në ndërtesën e fabrikës ngjitur me dhomën e makinerisë, në të cilën ndodheshin makinat.

63. Fatkeqësisht, ndërtesa e fabrikës nuk ka mbijetuar dhe pas derës që të çonte në ndërtesën tjetër, tani ka vetëm zbrazëti.

64. Më vete, vlen të përmendet paneli i kontrollit të pajisjeve elektrike, i cili në vetvete është një vepër arti.

65. Tabela mermeri në një kornizë të bukur prej druri me rreshta levash dhe siguresash të vendosura mbi të, një fanar luksoz, pajisje me stil - Belle Époque në gjithë lavdinë e saj.

66. Dy siguresa të mëdha të vendosura midis fenerit dhe instrumenteve janë mbresëlënëse.

67. Siguresat, levat, kontrollet - të gjitha pajisjet janë estetikisht të këndshme. Mund të shihet se kur krijoi këtë mburojë, pamja u kujdes jo më pak se të gjitha.

68. Nën secilën levë dhe siguresë ka një "buton" me një mbishkrim që ky levë ndizet / fiket.

69. Shkëlqimi i teknikës Belle Epoque.

70. Në fund të tregimit, le të kthehemi në makinë dhe të shijojmë harmoninë dhe estetikën e lezetshme të pjesëve të saj.

71. Valvulat e kontrollit për njësitë individuale të makinës.

72. Thithkat e pikave të projektuara për lubrifikimin e pjesëve lëvizëse dhe montimeve të makinës.

73. Kjo pajisje quhet thithkë yndyre. Nga pjesa lëvizëse e makinës, krimbat vihen në lëvizje, duke lëvizur pistonin e vajit dhe ai pompon vaj në sipërfaqet e fërkimit. Pasi pistoni të arrijë në qendrën e vdekur, doreza ngrihet prapa duke e rrotulluar atë dhe cikli përsëritet.

74. Sa e bukur është! Kënaqësi e pastër!

75. Cilindra të makinës me kolona valvulash hyrëse.

76. Më shumë kanaçe vaji.

77. Estetikë klasike steampunk.

78. Boshti i gumës së makinës, i cili rregullon furnizimin me avull të cilindrave.

79.

80.

81. E gjithë kjo është shumë shumë e bukur! Kam marrë një ngarkesë të jashtëzakonshme frymëzimi dhe emocionesh të gëzueshme gjatë vizitës në këtë sallë turbine.

82. Nëse fati ju sjell papritur në rajonin e Zwickau, sigurohuni që ta vizitoni këtë muze, nuk do të pendoheni. Uebfaqja dhe koordinatat e muzeut: 50 ° 43 "58" N 12 ° 22 "25" E

Një motor me avull është një motor nxehtësie, në të cilin energjia potenciale e avullit në zgjerim shndërrohet në energji mekanike që i jepet konsumatorit.

Le të njihemi me parimin e funksionimit të makinës duke përdorur diagramin e thjeshtuar të Fig. 1

Brenda cilindrit 2 është një pistoni 10, i cili mund të lëvizë mbrapa dhe me radhë nën presionin e avullit; cilindri ka katër kanale që mund të hapen dhe mbyllen. Dy kanale të sipërme të furnizimit me avull1 dhe3 i lidhur me një tubacion në bojlerin e avullit, dhe përmes tyre avulli i freskët mund të hyjë në cilindër. Përmes dy pikave të poshtme, 9 dhe 11 çifte, të cilat tashmë kanë përfunduar punën, shkarkohen nga cilindri.

Diagrami tregon momentin kur kanalet 1 dhe 9 janë të hapur, kanalet 3 dhe11 mbyllur. Prandaj, avulli i freskët nga kaldaja përmes kanalit1 hyn në zgavrën e majtë të cilindrit dhe lëviz pistonin në të djathtë me presionin e tij; në këtë kohë, avulli i shkarkimit hiqet përmes kanalit 9 nga zgavra e djathtë e cilindrit. Në pozicionin ekstrem të djathtë të pistonit, kanalet1 dhe9 të mbyllura, dhe 3 për hyrjen e avullit të gjallë dhe 11 për daljen e avullit të shkarkimit janë të hapura, si rezultat i të cilave pistoni do të lëvizë në të majtë. Kur pistoni është në pozicionin ekstrem majtas, kanalet hapen1 dhe 9 dhe kanalet 3 dhe 11 mbyllen dhe procesi përsëritet. Kështu, krijohet një lëvizje drejtvizore reciproke e pistonit.

Për ta kthyer këtë lëvizje në rrotulluese, përdoret një i ashtuquajtur mekanizëm i fiksimit. Përbëhet nga një shufër pistoni-4, e lidhur në njërin skaj me pistonin, dhe tjetra në mënyrë pivotale, me anë të një rrëshqitësi (kryq) 5, duke rrëshqitur midis paraleleve udhëzues, me një shufër lidhëse 6, e cila transmeton lëvizjen në kryesore boshti 7 përmes bërrylit ose boshtit 8.

Madhësia e çift rrotullues në boshtin kryesor nuk është konstante. Në të vërtetë, forcaR drejtuar përgjatë rrjedhës (Fig. 2) mund të zbërthehet në dy përbërës:P TOR drejtuar përgjatë shufrës lidhëse, dheN , pingul me rrafshin e paraleleve drejtuese. Forca N nuk ka efekt në lëvizje, por vetëm shtyp rrëshqitësin paralelet drejtuese. ForcëP TOR transmetohet përgjatë shufrës lidhëse dhe vepron në fiksim. Këtu përsëri mund të zbërthehet në dy përbërës: forcaZ , të drejtuar përgjatë rrezes së fiksimit dhe duke shtypur boshtin tek kushinetat, dhe forcaT pingul me dorezën dhe duke bërë që boshti të rrotullohet. Madhësia e forcës T përcaktohet duke marrë parasysh trekëndëshin AKZ. Meqenëse këndi ZAK =? +? Atëherë

T = K mëkat (? + ?).

Por nga forca e trekëndëshit OCD

K = = P / cos ?

prandaj

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

Kur makina po funksionon për një rrotullim të boshtit, këndet? dhe? dhe forcaR ndryshojnë vazhdimisht, dhe për këtë arsye madhësia e forcës gjarpëruese (tangjenciale)T është gjithashtu i ndryshueshëm. Për të krijuar një rrotullim uniform të boshtit kryesor gjatë një revolucioni, mbi të vendoset një rrotë e rëndë volanti, për shkak të inercisë së së cilës një konstante shpejtësia këndore rrotullimi i boshtit. Në ato momente kur forcaT rritet, nuk mund të rrisë menjëherë shpejtësinë e rrotullimit të boshtit derisa lëvizja e volantit të përshpejtohet, gjë që nuk ndodh menjëherë, pasi volanti ka një masë të madhe. Në ato momente kur puna e kryer nga çift rrotulluesT , puna e forcave të rezistencës të krijuara nga konsumatori bëhet më pak, volanti, përsëri, për shkak të inercisë së tij, nuk mund të zvogëlojë menjëherë shpejtësinë e tij dhe, duke hequr dorë nga energjia e marrë gjatë nxitimit të tij, ndihmon pistonin të kapërcejë ngarkesën.

Në pozicionet ekstreme të pistonit, këndet? +? = 0, pra mëkat (? +?) = 0 dhe, prandaj, T = 0. Meqenëse nuk ka forcë rrotulluese në këto pozicione, nëse makina do të ishte pa një volant, gjumi do të duhej të ndalet. Këto pozicione ekstreme të pistonit quhen pozicione të vdekura ose qendra të vdekura. Crank gjithashtu kalon nëpër to për shkak të inercisë së volantit.

Në pozicionet e vdekura, pistoni nuk vihet në kontakt me kapakët e cilindrit; një e ashtuquajtur hapësirë ​​e dëmshme mbetet midis pistonit dhe kapakut. Vëllimi i hapësirës së dëmshme përfshin gjithashtu vëllimin e kanaleve të avullit nga trupat e shpërndarjes së avullit në cilindër.

Goditje pistoniS quhet rruga e përshkuar nga pistoni kur lëviz nga një pozicion ekstrem në tjetrin. Nëse distanca nga qendra e boshtit kryesor në qendër të kunjit të fiksimit - rrezja e fiksimit - shënohet me R, atëherë S = 2R.

Vëllimi i punës i cilindrit V h quhet vëllimi i përshkruar nga pistoni.

Në mënyrë tipike, motorët me avull janë me veprim të dyfishtë (të dyanshëm) (shih Fig. 1). Ndonjëherë përdoren makina me një veprim, në të cilat avulli ushtron presion mbi pistonin vetëm nga ana e kapakut; ana tjetër e cilindrit mbetet e hapur në makina të tilla.

Në varësi të presionit me të cilin avulli largohet nga cilindri, makinat ndahen në shter, nëse avulli del në atmosferë, kondensohet, nëse avulli del në kondensator (frigorifer, ku ruhet presioni i reduktuar) dhe ngrohje, në të cilën përdoret avulli i shpenzuar në makinë. për çdo qëllim (ngrohje, tharje, etj.)

Motorr me avull- motor ngrohje djegia e jashtme, konvertimin e energjisë së avullit në punën mekanike të lëvizjes reciproke të pistonit, dhe më pas në lëvizjen rrotulluese të boshtit. Në një kuptim më të gjerë, një motor me avull është çdo motor me djegie të jashtme që konverton energjinë e avullit në punë mekanike.

Motori me avull horizontal me dy cilindra të palëvizshëm për drejtimin e transmetimeve të fabrikës. Fundi i shekullit XIX Ekspozita e Muzeut të Kulturës Industriale. Nuremberg

Rëndësia e motorëve me avull

Makinat me avull u përdorën si motor me makinë në stacionet e pompimit, lokomotivat, në anijet me avull, traktorë, makina me avull dhe të tjerët Automjet Oh Motorët me avull kontribuan në përdorimin e përhapur komercial të makinave në fabrika dhe siguruan bazën e energjisë për revolucionin industrial në shekullin e 18 -të. Më vonë motorët me avull u zëvendësuan nga motorët me djegie të brendshme, turbinat me avull dhe motorët elektrikë, efikasiteti i të cilave është më i lartë.

Turbinat me avull, zyrtarisht një lloj motori me avull, ende përdoren gjerësisht për të drejtuar gjeneratorët e energjisë. Përafërsisht 86% e energjisë elektrike në botë prodhohet duke përdorur turbina me avull.

Parimi i funksionimit

Një kazan me avull kërkohet për të drejtuar motorin me avull. Avulli i zgjeruar shtyp mbi pistonin ose në tehet e turbinës me avull, lëvizja e të cilave transmetohet në pjesë të tjera mekanike. Një nga avantazhet e motorëve me djegie të jashtme është se, për shkak të ndarjes së bojlerit nga motori me avull, pothuajse çdo lloj karburanti mund të përdoret - nga plehu në uranium.

Shpikja dhe zhvillimi

Pajisja e parë e njohur, e mundësuar nga avulli, u përshkrua nga Heroni i Aleksandrisë në shekullin e parë. Avulli që dilte në mënyrë tangjenciale nga grykat e ngjitura në top e bëri këtë të fundit të rrotullohej. Turbina e vërtetë me avull u shpik shumë më vonë, në Egjiptin mesjetar, nga filozofi, astronomi dhe inxhinieri arab i shekullit të 16-të Tagi al-Dinome. Ai propozoi një metodë të rrotullimit të pështymës me anë të një rryme avulli të drejtuar te tehet e fiksuara përgjatë buzës së timonit. Një makinë e ngjashme u propozua në 1629 nga inxhinieri italian Giovanni Branca për rrotullimin e një pajisjeje spirancë cilindrike, e cila nga ana tjetër ngriti dhe lëshoi ​​një palë murtaja në llaç. Rrjedha e avullit në këto turbina me avull të hershëm nuk ishte e përqendruar dhe shumica e energjisë së tij u shpërnda në të gjitha drejtimet, duke rezultuar në humbje të konsiderueshme të energjisë.

Sidoqoftë, zhvillimi i mëtejshëm motorr me avull kërkonte një mjedis ekonomik në të cilin projektuesit e motorëve mund të përfitonin nga rezultatet e tyre. Kushtet e tilla nuk ekzistonin as në kohët e lashta, as në Mesjetë, as në Rilindje. Vetëm në fund të shekullit të 17 -të, motorët me avull u krijuan si kuriozitete të vetme. Makina e parë u krijua nga shpikësi spanjoll Yeronimo Ayans de Beaumont, shpikjet e të cilit ndikuan në patentën e T. Severi (shih më poshtë). Parimi i funksionimit dhe përdorimit të motorëve me avull u përshkrua gjithashtu në 1655 nga anglezi Edward Somerset. Në 1663 ai botoi një projekt dhe instaloi një pajisje me avull për të ngritur ujin mbi murin e Kullës së Madhe në Kështjellën Raglan (gropat në murin ku u instalua motori ishin ende të dukshme në shekullin XIX). Sidoqoftë, askush nuk ishte i gatshëm të rrezikonte para për këtë koncept të ri revolucionar, dhe motori me avull mbeti i pazhvilluar. Një nga eksperimentet e fizikantit dhe shpikësit francez Denis Papin ishte krijimi i një vakumi në një cilindër të mbyllur. Në mesin e viteve 1670 në Paris, në bashkëpunim me fizikanin holandez Huygens, ai punoi në një makinë që nxirrte ajrin nga një cilindër duke shpërthyer barutin në të. Duke parë paplotësinë e vakumit të krijuar nga kjo, Papen, pas mbërritjes së tij në Angli në 1680, krijoi një version të të njëjtit cilindër, në të cilin ai mori një vakum më të plotë me ndihmën e ujit të valë, i cili u kondensua në cilindër. Kështu, ai ishte në gjendje të ngrinte peshën e lidhur me pistonin me një litar të hedhur mbi rrotull. Sistemi funksionoi si një model demo, por për të përsëritur procesin, i gjithë aparati duhej çmontuar dhe montuar përsëri. Papen shpejt kuptoi se për të automatizuar ciklin, avulli duhet të prodhohet veçmas në një kazan. Prandaj, Papen konsiderohet shpikësi i bojlerit me avull, duke i hapur kështu rrugën motorit me avull Newcomen. Sidoqoftë, ai nuk ofroi modelin e një motori me avull që funksionon. Papen gjithashtu krijoi një varkë të shtyrë nga një rrotë reaktive në një kombinim të koncepteve Tagi al-Din dhe Severi; atij i atribuohet edhe shpikja e shumë pajisje të rëndësishme siç është valvula e sigurisë.

Asnjë nga pajisjet e përshkruara nuk është përdorur në të vërtetë si mjet për zgjidhjen e problemeve të dobishme. Motori i parë me avull i përdorur në prodhim ishte një "motor zjarri" i projektuar nga inxhinieri ushtarak anglez Thomas Severi në 1698. Severi mori një patentë për pajisjen e tij në 1698. Ishte një pompë avulli pistoni, dhe padyshim jo shumë efikase, pasi nxehtësia e avullit humbet sa herë që ena ishte ftohur, dhe mjaft e rrezikshme në funksionim, pasi për shkak të presionit të lartë të avullit, kontejnerët dhe tubacionet e motorit ndonjëherë shpërtheu. Meqenëse kjo pajisje mund të përdoret si për rrotullimin e rrotave të një mulli uji, ashtu edhe për pompimin e ujit nga minierat, shpikësi e quajti atë "miku i minatorit".

Pastaj farkëtari anglez Thomas Newcomen në 1712 demonstroi " motor atmosferik". Ishte një motor avulli Severi i përmirësuar, në të cilin Newcomen u ul ndjeshëm presioni i funksionimit palë. Aplikimi i parë i motorit Newcomen ishte pompimi i ujit nga një bosht i thellë. Në pompën e minierës, krahu lëvizës ishte i lidhur me një shtytje që zbriste në minierë në dhomën e pompës. Lëvizjet reciproke të shtytjes u transmetuan në pistonin e pompës, e cila furnizonte ujë në majë. Ishte motori Newcomen që u bë motori i parë me avull që mori aplikim të gjerë praktik, me të cilin është zakon të shoqërohet fillimi i revolucionit industrial në Angli. Motori i parë në Rusi me dy cilindra vakum u krijua nga mekaniku I.I.Polzunov në 1763 dhe u ndërtua në 1764 për të drejtuar shakullën e ventilatorit në fabrikat Barnaul Kolyvano-Voskresensk. Një rritje e mëtejshme e efikasitetit ishte përdorimi i avullit me presion të lartë (amerikan Oliver Evans dhe anglez Richard Trevithick). R. Trevithick ka ndërtuar me sukses motorë me presion të lartë industrial me një goditje të njohur si "motorë Cornish". Ata operonin me 50 psi, ose 345 kPa (3.405 atmosfera). Sidoqoftë, me rritjen e presionit, kishte gjithashtu një rrezik të madh shpërthimesh në makina dhe kaldaja, të cilat fillimisht çuan në aksidente të shumta. Nga kjo pikëpamje, më së shumti element i rëndësishëm makinat me presion të lartë kishin një valvul sigurie që lëshonte presion të tepërt. I besueshëm dhe funksionim i sigurt filloi vetëm me akumulimin e përvojës dhe standardizimin e procedurave për ndërtimin, funksionimin dhe mirëmbajtjen e pajisjeve. Shpikësi francez Nicholas-Joseph Cugno demonstroi në 1769 automjetin e parë aktiv me avull vetëlëvizës: "fardier à vapeur" (karro me avull). Ndoshta shpikja e tij mund të konsiderohet makina e parë. Traktori me avull vetëlëvizës doli të ishte shumë i dobishëm si një burim i lëvizshëm i energjisë mekanike, i cili vuri në lëvizje makina të tjera bujqësore: lëmues, presa, etj. Në 1788, një varkë me avull e ndërtuar nga John Fitch tashmë po kryente një shërbim të rregullt në lumin Delaware midis Filadelfias (Pensilvania) dhe Burlington (Shteti i Nju Jorkut). Ai ngriti 30 pasagjerë në bord dhe eci me një shpejtësi prej 7-8 milje në orë. Më 21 shkurt 1804, lokomotiva e parë vetëlëvizëse hekurudhore me avull, e ndërtuar nga Richard Trevithick, u shfaq në Punimet e Çelikut Penidarren në Merthyr Tydville në Uellsin e Jugut.

Motorët me avull reciprok

Motorët reciprokë përdorin energjinë e avullit për të lëvizur një pistoni në një dhomë ose cilindër të mbyllur. Veprimi reciprok i pistonit mund të shndërrohet mekanikisht në lëvizje lineare pompat e pistonit ose në një lëvizje rrotulluese për të drejtuar pjesë rrotulluese të veglave të makinës ose rrotave të automjeteve.

Makina vakum

Gdhendja e motorit Newcomen. Ky imazh është kopjuar nga një vizatim në Desagliers 'A Course in Experimental Philosophy, 1744, i cili është një kopje e ndryshuar e një gdhendjeje të Henry Beaton të datës 1717. Ndoshta përshkruan një motor të dytë [hoi] Newcomen, të instaluar rreth vitit 1714 në minierën e qymyrit Gryph në Workshire.

Motorët e hershëm të avullit fillimisht u quajtën "motorë zjarri" dhe motorë "atmosferikë" ose "kondensues" të Watt. Ata punuan për parimi i vakumit dhe prandaj njihen edhe si "motorë vakum". Makina të tilla kanë punuar për të drejtuar pompat e pistonit, në çdo rast, nuk ka dëshmi se ato janë përdorur për qëllime të tjera. Kur punon një motor avulli i tipit vakum, në fillim të goditjes, avulli me presion të ulët futet në dhomën ose cilindrin e punës. Valvula e hyrjes pastaj mbyllet dhe avulli ftohet, kondensohet. Në një motor Newcomen, uji ftohës spërkatet drejtpërdrejt në cilindër dhe kondensata derdhet në një kolektor kondensati. Kjo krijon një vakum në cilindër. Presioni atmosferik në pjesën e sipërme të cilindrit shtyp mbi pistonin dhe e bën atë të lëvizë poshtë, domethënë goditjen e punës.

Pistoni është i lidhur me zinxhirë në fund të një krahu të madh lëkundës që sillet rreth mesit të tij. Pompë e ngarkuar është e lidhur me zinxhir në skajin e kundërt të krahut lëkundës, i cili, nën veprimin e pompës, e kthen pistonin në krye të cilindrit me anë të gravitetit. Kështu ndodh e kundërta. Presioni i avullit është i ulët dhe nuk mund t'i rezistojë lëvizjes së pistonit.

Ftohja dhe ngrohja e vazhdueshme e cilindrit të skllevërve të makinës ishte shumë e kotë dhe joefikase, megjithatë, këta motorë me avull ishin në gjendje të pomponin ujë nga thellësitë më të thella sesa ishte e mundur para shfaqjes së tyre. Në 1774, u shfaq një version i motorit me avull, i krijuar nga Watt në bashkëpunim me Matthew Boulton, inovacioni kryesor i të cilit ishte futja e procesit të kondensimit në një dhomë të veçantë (kondensator). Kjo dhomë u vendos në një banjë me ujë të ftohtë dhe u lidh me cilindrin nga një tub i mbivendosur nga një valvul. Një pompë e vogël vakumi speciale (një prototip i një pompë kondensimi) ishte lidhur me dhomën e kondensimit, e drejtuar nga një krah lëkundës dhe e përdorur për të hequr kondensatën nga kondensatori. I formuar ujë i nxehtë u ushqye nga një pompë speciale (një prototip i një pompë ushqyese) përsëri në kazan. Një tjetër risi radikale ishte mbyllja e skajit të sipërm të cilindrit të punës, në pjesën e sipërme të të cilit tani kishte avull me presion të ulët. I njëjti avull ishte i pranishëm në xhaketën e dyfishtë të cilindrit, duke e mbështetur atë temperaturë konstante... Gjatë lëvizjes lart të pistonit, ky avull u transmetua përmes tubave të veçantë në pjesën e poshtme të cilindrit, në mënyrë që të pësonte kondensim gjatë goditjes tjetër. Makina, në fakt, pushoi së qeni "atmosferike", dhe fuqia e saj tani varej nga ndryshimi i presionit midis avullit me presion të ulët dhe vakumit që mund të merrte.

versioni i motorit me avull të krijuar nga Watt

Në motorin me avull Newcomen, pistoni ishte lubrifikuar një sasi e vogël uji u derdh mbi të nga lart, në makinën e Watt kjo u bë e pamundur, pasi tani kishte avull në pjesën e sipërme të cilindrit, ishte e nevojshme të kalohej në lubrifikim me një përzierje yndyre dhe vaji. I njëjti yndyrë u përdor në vulën e vajit të shufrës së cilindrit.

Motorët me avull vakum, megjithë kufizimet e dukshme të efikasitetit të tyre, ishin relativisht të sigurt, ata përdorën avull me presion të ulët, i cili ishte mjaft në përputhje me nivelin e përgjithshëm të ulët të teknologjisë së bojlerit në shekullin e 18 -të. Fuqia e makinës u kufizua nga presioni i ulët i avullit, madhësia e cilindrit, shkalla e djegies së karburantit dhe avullimi i ujit në kazan, si dhe madhësia e kondensatorit. Efikasiteti maksimal teorik ishte i kufizuar nga diferenca relativisht e vogël e temperaturës në të dy anët e pistonit; kjo bëri makina vakumi të destinuara për përdorim industrial shumë të mëdha dhe të shtrenjta.

Rreth vitit 1811, Richard Trevithnick kishte nevojë të përmirësonte makinën e Watt në mënyrë që ta përshtaste me kaldaja të reja Cornish. Presioni i avullit mbi pistonin arriti në 275 kPa (2.8 atmosfera), dhe ishte kjo që siguroi fuqinë kryesore për goditjen e punës; përveç kësaj, kondensatori është përmirësuar ndjeshëm. Makina të tilla u quajtën makina Cornish, dhe u ndërtuan deri në vitet 1890. Shumë nga makinat e vjetra të Watt janë rimodeluar në këtë nivel. Disa nga makinat Cornish ishin mjaft të mëdha.

Makina me avull me presion të lartë

Në motorët me avull, avulli rrjedh nga kazani në dhomën e punës të cilindrit, ku zgjerohet, duke bërë presion mbi pistonin dhe duke kryer punë e dobishme... Avulli i zgjeruar pastaj mund të derdhet në atmosferë ose të futet në një kondensator. Një ndryshim i rëndësishëm midis makinave me presion të lartë dhe makinave vakum është se presioni i avullit të shkarkimit tejkalon atmosferikën ose është i barabartë me të, domethënë, nuk krijohet një vakum. Avulli i shkarkimit zakonisht kishte një presion më të lartë se presioni atmosferik dhe shpesh shkarkohej në oxhak, gjë që bëri të mundur rritjen e tërheqjes së bojlerit.

Rëndësia e rritjes së presionit të avullit është se bëhet më e nxehtë. Kështu, motori me avull me presion të lartë funksionon në diferencë më e madhe temperatura se ajo që mund të arrihet në makinat vakum. Pasi makinat me presion të lartë zëvendësuan ato vakum, ato u bënë baza për zhvillimin e mëtejshëm dhe përmirësimin e të gjithë motorëve me avull reciprok. Sidoqoftë, presioni që u konsiderua i lartë në 1800 (275-345 kPa) tani konsiderohet shumë i ulët - presioni në kaldaja moderne me avull është dhjetëra herë më i lartë.

Një avantazh shtesë i makinave me presion të lartë është se ato janë shumë më të vogla për një nivel të caktuar fuqie, dhe për këtë arsye dukshëm më pak të shtrenjta. Për më tepër, një motor i tillë me avull mund të jetë mjaft i lehtë dhe kompakt për t'u përdorur në automjete. Transporti i avullit që rezultoi (lokomotiva me avull, avullore) revolucionarizoi tregtinë dhe Transporti i udhëtarëve, strategjinë ushtarake, dhe në përgjithësi ka prekur pothuajse çdo aspekt të jetës publike.

Diagrami i një motori me avull horizontal me një cilindër me presion të lartë, me veprim të dyfishtë... Marrja e energjisë kryhet nga rripi i vozitjes:

Makina avulli me veprim të dyfishtë

Hapi tjetër i rëndësishëm në zhvillimin e motorëve me avull me presion të lartë ishte shfaqja e makinave me veprim të dyfishtë. Në makinat me një veprim të vetëm, pistoni lëvizi në një drejtim nga forca e avullit në zgjerim, por ai u kthye prapa ose nën veprimin e gravitetit ose për shkak të momentit të inercisë së një volanti rrotullues të lidhur me një motor me avull.

Në makinat me avull me veprim të dyfishtë, avulli i freskët furnizohet në mënyrë alternative në të dy anët e cilindrit të punës, ndërsa avulli i shkarkimit në anën tjetër të cilindrit shkarkohet në atmosferë ose në kondensator. Kjo kërkoi krijimin e një mekanizmi mjaft kompleks të shpërndarjes së avullit. Parimi i veprimit të dyfishtë rrit shpejtësinë e makinës dhe përmirëson komoditetin e udhëtimit.

Pistoni i një motori të tillë me avull është i lidhur me një shufër rrëshqitëse që del nga cilindri. Bashkangjitur me këtë shufër është një shufër lidhëse që lëkundet që drejton fiksimin e volantit. Sistemi i shpërndarjes së avullit drejtohet nga një tjetër mekanizmi i fiksimit... Mekanizmi i shpërndarjes së avullit mund të ketë një funksion përmbysës në mënyrë që të ndryshojë drejtimin e rrotullimit të volantit të makinës.

Një motor me avull me veprim të dyfishtë është rreth dy herë më i fuqishëm se një motor me avull konvencional dhe gjithashtu mund të funksionojë me një volant shumë më të lehtë. Kjo zvogëlon peshën dhe koston e makinave.

Shumica e motorëve me avull reciprok përdorin këtë parim të funksionimit, i cili shihet qartë në shembullin e lokomotivave me avull. Kur një makinë e tillë ka dy ose më shumë cilindra, vinçat kompensohen 90 gradë për të siguruar që makina mund të ndizet në çdo pozicion të pistonëve në cilindra. Disa avullore me vozitje kishin një motor avulli me një cilindër me veprim të dyfishtë dhe duhej të ishin të kujdesshëm që rrota të mos ndalonte qendër e vdekur, domethënë në një pozicion në të cilin është e pamundur të filloni makinën.

Motorët me avull janë përdorur si motor lëvizës në stacionet e pompimit, lokomotivat, anijet me avull, traktorë, makina me avull dhe automjete të tjera. Motorët me avull kontribuan në përdorimin e përhapur komercial të makinave në fabrika dhe siguruan bazën e energjisë për revolucionin industrial në shekullin e 18 -të. Më vonë, motorët me avull u zëvendësuan nga motorët me djegie të brendshme, turbinat me avull, motorët elektrikë dhe reaktorët bërthamorë, efikasiteti i të cilave është më i lartë.

Motori me avull në veprim

Shpikja dhe zhvillimi

Pajisja e parë e njohur, e mundësuar nga një avull, u përshkrua nga Heroni i Aleksandrisë në shekullin e parë - i ashtuquajturi "Banja e Heronit", ose "eolipil". Avulli që dilte në mënyrë tangjenciale nga grykat e ngjitura në top e bëri këtë të fundit të rrotullohej. Supozohet se shndërrimi i avullit në lëvizje mekanike ishte i njohur në Egjipt gjatë periudhës së sundimit romak dhe u përdor në pajisje të thjeshta.

Motorët e parë industrialë

Asnjë nga pajisjet e përshkruara nuk është përdorur në të vërtetë si mjet për zgjidhjen e problemeve të dobishme. Motori i parë me avull i përdorur në prodhim ishte një "motor zjarri" i projektuar nga inxhinieri ushtarak anglez Thomas Severy në 1698. Severy mori një patentë për pajisjen e tij në 1698. Ishte një pompë avulli pistoni, dhe padyshim jo shumë efikase, pasi nxehtësia e avullit humbet sa herë që ena ishte ftohur, dhe mjaft e rrezikshme në funksionim, pasi për shkak të presionit të lartë të avullit, kontejnerët dhe tubacionet e motorit ndonjëherë shpërtheu. Meqenëse kjo pajisje mund të përdoret si për rrotullimin e rrotave të një mulli uji, ashtu edhe për pompimin e ujit nga minierat, shpikësi e quajti atë "miku i minatorit".

Pastaj farkëtari anglez Thomas Newcomen demonstroi "motorin e tij atmosferik" në 1712, i cili ishte motori i parë me avull për të cilin mund të kishte kërkesë komerciale. Ishte një motor avulli i përmirësuar Severy në të cilin Newcomen uli ndjeshëm presionin e avullit të punës. Newcomen mund të jetë bazuar në një përshkrim të eksperimenteve të Papen në Shoqërinë Mbretërore të Londrës, në të cilën ai mund të ketë pasur qasje përmes anëtarit të tij Robert Hooke, i cili punoi me Papen.

Skema e motorit me avull Newcomen.
- Avulli tregohet në ngjyrë vjollce, uji në ngjyrë blu.
- Tregohen valvulat e hapura jeshile, e mbyllur - me të kuqe

Aplikimi i parë i motorit Newcomen ishte pompimi i ujit nga një bosht i thellë. Në pompën e minierës, krahu lëvizës ishte i lidhur me një shtytje që zbriste në minierë në dhomën e pompës. Lëvizjet reciproke të shtytjes u transmetuan në pistonin e pompës, e cila furnizonte ujë në majë. Valvulat e motorëve të hershëm të Newcomen u hapën dhe u mbyllën me dorë. Përmirësimi i parë ishte automatizimi i valvulave, të cilat drejtoheshin nga vetë makina. Legjenda thotë se ky përmirësim u bë në 1713 nga djali Humphrey Potter, i cili duhej të hapte dhe mbyllte valvulat; kur u lodh nga ajo, lidhi dorezat e valvulave me litarë dhe shkoi të luante me fëmijët. Deri në vitin 1715, një sistem kontrolli levash ishte krijuar tashmë, i nxitur nga mekanizmi i vetë motorit.

Motori i parë në Rusi me dy cilindra vakum u krijua nga mekaniku I.I.Polzunov në 1763 dhe u ndërtua në 1764 për të drejtuar shakullën e ventilatorit në fabrikat Barnaul Kolyvano-Voskresensk.

Humphrey Gainsborough ndërtoi një model të një motori me avull me një kondensator në vitet 1760. Në 1769, mekaniku skocez James Watt (ndoshta duke përdorur idetë e Gainsborough) patentoi përmirësimet e para të rëndësishme në motorin vakum të Newcomen që e bënë atë dukshëm më efikas në karburant. Kontributi i Watt ishte të ndante fazën e kondensimit të motorit vakum në një dhomë të veçantë, ndërsa pistoni dhe cilindri ishin në një temperaturë avulli. Watt shtoi disa detaje më të rëndësishme në motorin e Newcomen: ai vendosi një pistoni brenda cilindrit për të nxjerrë avullin dhe konvertoi lëvizjen reciproke të pistonit në lëvizjen rrotulluese të timonit.

Bazuar në këto patenta, Watt ndërtoi një motor me avull në Birmingham. Deri në vitin 1782, motori me avull i Watt ishte më shumë se 3 herë kapaciteti i makinës së Newcomen. Përmirësimi i efikasitetit të motorit Watt çoi në përdorimin e energjisë së avullit në industri. Për më tepër, ndryshe nga motori Newcomen, motori Watt bëri të mundur transmetimin e lëvizjes rrotulluese, ndërsa në modelet e hershme të motorëve me avull pistoni ishte i lidhur me krahun lëvizës sesa drejtpërdrejt me shufrën lidhëse. Ky motor tashmë kishte karakteristikat themelore të motorëve modern me avull.

Një rritje e mëtejshme e efikasitetit ishte përdorimi i avullit me presion të lartë (amerikan Oliver Evans dhe anglez Richard Trevithick). R. Trevithick ka ndërtuar me sukses motorë me presion të lartë industrial me një goditje të njohur si "motorë Cornish". Ata operonin me 50 psi, ose 345 kPa (3.405 atmosfera). Sidoqoftë, me rritjen e presionit, kishte gjithashtu një rrezik të madh shpërthimesh në makina dhe kaldaja, të cilat fillimisht çuan në aksidente të shumta. Nga ky këndvështrim, elementi më i rëndësishëm i makinës me presion të lartë ishte valvula e sigurisë, e cila lëshoi ​​presion të tepërt. Funksionimi i besueshëm dhe i sigurt filloi vetëm me akumulimin e përvojës dhe standardizimin e procedurave për ndërtimin, funksionimin dhe mirëmbajtjen e pajisjeve.

Shpikësi francez Nicholas-Joseph Cugno në 1769 demonstroi automjetin e parë me avull vetëlëvizës operacional: "fardier à vapeur" (karro me avull). Ndoshta shpikja e tij mund të konsiderohet makina e parë. Traktori me avull vetëlëvizës doli të ishte shumë i dobishëm si një burim i lëvizshëm i energjisë mekanike, i cili vuri në lëvizje makina të tjera bujqësore: lëmues, presa, etj. Në 1788, një varkë me avull e ndërtuar nga John Fitch tashmë po kryente një shërbim të rregullt në lumin Delaware midis Filadelfias (Pensilvania) dhe Burlington (Shteti i Nju Jorkut). Ai ngriti 30 pasagjerë në bord dhe eci me një shpejtësi prej 7-8 milje në orë. Avulli i J. Fitch nuk ishte i suksesshëm komercialisht pasi një rrugë e mirë tokësore konkurronte me rrugën e saj. Në 1802 inxhinieri skocez William Symington ndërtoi një avullore konkurruese, dhe në 1807 inxhinieri amerikan Robert Fulton përdori motorin me avull të Watt për të fuqizuar avulloren e parë komerciale të suksesshme. Më 21 shkurt 1804, lokomotiva e parë vetëlëvizëse hekurudhore me avull, e ndërtuar nga Richard Trevithick, u shfaq në Punimet e Çelikut Penidarren në Merthyr Tydville në Uellsin e Jugut.

Motorët me avull reciprok

Motorët reciprokë përdorin energjinë e avullit për të lëvizur një pistoni në një dhomë ose cilindër të mbyllur. Veprimi reciprok i pistonit mund të shndërrohet mekanikisht në lëvizje lineare të pompave të pistonit ose në lëvizje rrotulluese për të drejtuar pjesë rrotulluese të veglave të makinerisë ose rrotave të automjeteve.

Makina vakum

Motorët e hershëm të avullit fillimisht u quajtën "motorë zjarri" dhe motorë "atmosferikë" ose "kondensues" të Watt. Ata operuan në një parim vakumi dhe prandaj njihen edhe si "motorë vakum". Makina të tilla punuan për të drejtuar pompat e pistonit, në çdo rast, nuk ka dëshmi se ato janë përdorur për qëllime të tjera. Kur punon një motor avulli i tipit vakum, në fillim të goditjes, avulli me presion të ulët futet në dhomën ose cilindrin e punës. Valvula e hyrjes mbyllet dhe avulli ftohet dhe kondensohet. Në një motor Newcomen, uji ftohës spërkatet drejtpërdrejt në cilindër dhe kondensata derdhet në një kolektor kondensati. Kjo krijon një vakum në cilindër. Presioni atmosferik në pjesën e sipërme të cilindrit shtyp mbi pistonin dhe e bën atë të lëvizë poshtë, domethënë goditjen e punës.

Ftohja dhe ngrohja e vazhdueshme e cilindrit të skllevërve të makinës ishte shumë e kotë dhe joefikase, megjithatë, këta motorë me avull ishin në gjendje të pomponin ujë nga thellësitë më të thella sesa ishte e mundur para shfaqjes së tyre. Në vit, u shfaq një version i motorit me avull, i krijuar nga Watt në bashkëpunim me Matthew Boulton, inovacioni kryesor i të cilit ishte heqja e procesit të kondensimit në një dhomë të veçantë të veçantë (kondensator). Kjo dhomë u vendos në një banjë me ujë të ftohtë dhe u lidh me cilindrin nga një tub i mbivendosur nga një valvul. Një pompë e vogël vakumi speciale (një prototip i një pompë kondensimi) ishte lidhur me dhomën e kondensimit, e drejtuar nga një krah lëkundës dhe e përdorur për të hequr kondensatën nga kondensatori. Uji i nxehtë që rezultoi furnizohej nga një pompë speciale (një prototip i një pompë ushqyese) përsëri në kazan. Një tjetër risi radikale ishte mbyllja e skajit të sipërm të cilindrit të punës, në pjesën e sipërme të të cilit tani kishte avull me presion të ulët. I njëjti avull ishte i pranishëm në xhaketën e dyfishtë të cilindrit, duke ruajtur temperaturën e tij konstante. Gjatë lëvizjes lart të pistonit, ky avull u transmetua përmes tubave të veçantë në pjesën e poshtme të cilindrit, në mënyrë që të pësonte kondensim gjatë goditjes tjetër. Makina, në fakt, pushoi së qeni "atmosferike", dhe fuqia e saj tani varej nga ndryshimi i presionit midis avullit me presion të ulët dhe vakumit që mund të merrte. Në motorin me avull Newcomen, pistoni u lubrifikua me një sasi të vogël uji të derdhur mbi të nga lart, në makinën e Watt kjo u bë e pamundur, pasi tani kishte avull në pjesën e sipërme të cilindrit, ishte e nevojshme të kaloni në lubrifikim me një përzierje yndyre dhe vaji. I njëjti yndyrë u përdor në vulën e vajit të shufrës së cilindrit.

Motorët me avull vakum, megjithë kufizimet e dukshme të efikasitetit të tyre, ishin relativisht të sigurt, ata përdorën avull me presion të ulët, i cili ishte mjaft në përputhje me nivelin e përgjithshëm të ulët të teknologjisë së bojlerit në shekullin e 18 -të. Fuqia e makinës u kufizua nga presioni i ulët i avullit, madhësia e cilindrit, shkalla e djegies së karburantit dhe avullimi i ujit në kazan, si dhe madhësia e kondensatorit. Efikasiteti maksimal teorik ishte i kufizuar nga diferenca relativisht e vogël e temperaturës në të dy anët e pistonit; kjo bëri makina vakumi të destinuara për përdorim industrial shumë të mëdha dhe të shtrenjta.

Kompresimi

Porta dalëse e cilindrit të motorit me avull mbyllet pak më herët se sa pistoni të arrijë pozicionin e tij përfundimtar, i cili lë pak nga avulli i shkarkimit në cilindër. Kjo do të thotë që ekziston një fazë kompresimi në ciklin e punës, e cila formon të ashtuquajturën "jastëk me avull", i cili ngadalëson lëvizjen e pistonit në pozicionet e tij ekstreme. Gjithashtu eliminon rënien e papritur të presionit në fillim të fazës së marrjes kur avulli i freskët hyn në cilindër.

Paraprakisht

Efekti i përshkruar i "jastëkut të avullit" është rritur gjithashtu nga fakti se futja e avullit të freskët në cilindër fillon disi më herët sesa pistoni të arrijë pozicionin përfundimtar, domethënë ka një përparim të pranimit. Ky përparim është i nevojshëm në mënyrë që para se pistoni të fillojë goditjen e tij të punës nën veprimin e avullit të freskët, avulli do të kishte kohë për të mbushur hapësirën e vdekur që u krijua si rezultat i fazës së mëparshme, domethënë kanalet e shkarkimit dhe shkarkimit dhe vëllimi i cilindrit që nuk përdoret për lëvizjen e pistonit.

Zgjatje e thjeshtë

Zgjerimi i thjeshtë supozon se avulli funksionon vetëm kur zgjerohet në cilindër, dhe avulli i shkarkimit lëshohet direkt në atmosferë ose futet në një kondensator të veçantë. Në këtë rast, nxehtësia e mbetur e avullit mund të përdoret, për shembull, për ngrohjen e një dhome ose një automjeti, si dhe për ngrohjen paraprake të ujit që hyn në kazan.

I përbërë

Gjatë procesit të zgjerimit në cilindrin e makinës me presion të lartë, temperatura e avullit bie në proporcion me zgjerimin e tij. Meqenëse nuk ka shkëmbim të nxehtësisë në këtë rast (procesi adiabatik), rezulton se avulli hyn në cilindër me një temperaturë më të lartë se sa largohet. Ndryshime të tilla të temperaturës në cilindër çojnë në një ulje të efikasitetit të procesit.

Një nga metodat e trajtimit të këtij ndryshimi të temperaturës u propozua në 1804 nga inxhinieri anglez Arthur Wolfe, i cili patentoi Makinë avulli e përbërë me presion të lartë Wolfe... Në këtë makinë, avulli me temperaturë të lartë nga një kazan me avull u fut në një cilindër me presion të lartë, dhe pas kësaj, avulli i shkarkuar në të me një temperaturë dhe presion më të ulët hyri në cilindrin (ose cilindrat) me presion të ulët. Kjo uli rënien e temperaturës në secilin cilindër, e cila në përgjithësi zvogëloi humbjet e temperaturës dhe përmirësoi efikasitetin e përgjithshëm të motorit me avull. Avulli me presion të ulët kishte një vëllim më të madh dhe për këtë arsye kërkonte një vëllim më të madh të cilindrit. Prandaj, në makinat e përbëra, cilindrat me presion të ulët kishin një diametër më të madh (dhe nganjëherë më të gjatë) sesa cilindrat me presion të lartë.

Kjo njihet edhe si zgjerim i dyfishtë sepse zgjerimi i avullit ndodh në dy faza. Ndonjëherë një cilindër me presion të lartë shoqërohej me dy cilindra me presion të ulët, duke rezultuar në tre cilindra me të njëjtën madhësi. Ky aranzhim ishte më i lehtë për të balancuar.

Makinat përbërëse me dy cilindra mund të klasifikohen si:

• Komponim kryq- Cilindrat janë të vendosur krah për krah, përçuesit e tyre të avullit kryqëzohen.
• Komponim tandem- Cilindrat janë rregulluar në seri dhe përdorin një rrjedhin.
• Komponimi i këndit- Cilindrat janë të kënduar me njëri -tjetrin, zakonisht 90 gradë, dhe punojnë në një fiksim.

Pas viteve 1880, motorët me avull të përbërë u përhapën në prodhim dhe transport dhe u bënë praktikisht i vetmi lloj i përdorur në anijet me avull. Përdorimi i tyre në lokomotivat me avull nuk ishte aq i përhapur, sepse ato dolën të ishin shumë të vështira, pjesërisht për faktin se kushtet e punës së motorëve me avull në transportin hekurudhor ishin të vështira. Përkundër faktit se lokomotivat e përbëra nuk u bënë kurrë një fenomen masiv (veçanërisht në Mbretërinë e Bashkuar, ku ato ishin shumë të rralla dhe nuk u përdorën fare pas viteve 1930), ata fituan një popullaritet në disa vende.

Zgjatje e shumëfishtë

Diagram i thjeshtuar i një motori avulli me zgjerim të trefishtë.
Avulli me presion të lartë (i kuq) nga kaldaja kalon nëpër makinë, duke e lënë kondensatorin në presion të ulët (blu).

Zhvillimi logjik i skemës së përbërë ishte shtimi i fazave shtesë të zgjerimit në të, gjë që rriti efikasitetin e punës. Rezultati ishte një skemë e shumëfishtë zgjerimi e njohur si makina zgjerimi trefishe apo edhe katërfish. Këta motorë me avull përdorën një seri cilindrash me veprim të dyfishtë, vëllimi i të cilave u rrit me secilën fazë. Ndonjëherë, në vend që të rritet vëllimi i cilindrave me presion të ulët, u përdor një rritje në numrin e tyre, ashtu si në disa makina të përbëra.

Imazhi në të djathtë tregon funksionimin e një motori avulli me zgjerim të trefishtë. Avulli rrjedh nëpër makinë nga e majta në të djathtë. Blloku i valvulave të secilit cilindër ndodhet në të majtë të cilindrit përkatës.

Shfaqja e këtij lloji të motorëve me avull u bë veçanërisht e rëndësishme për flotën, pasi kërkesat për madhësinë dhe peshën për automjetet e anijeve nuk ishin shumë të rrepta, dhe më e rëndësishmja, një skemë e tillë e bëri të lehtë përdorimin e një kondensatori që kthen avullin e mbetur në formë të ujit të freskët përsëri në kazan (përdorimi i ujit të kripur të detit për të furnizuar kaldaja nuk ishte i mundur). Motorët me avull në tokë zakonisht nuk kishin probleme me furnizimin me ujë dhe për këtë arsye mund të shkarkonin avullin e mbetur në atmosferë. Prandaj, një skemë e tillë ishte më pak e rëndësishme për ta, veçanërisht duke pasur parasysh kompleksitetin, madhësinë dhe peshën e saj. Dominimi i motorëve me avull me zgjerim të shumëfishtë përfundoi vetëm me ardhjen dhe përdorimin e gjerë të turbinave me avull. Sidoqoftë, turbinat moderne me avull përdorin të njëjtin parim të ndarjes së rrjedhës në cilindra me presion të lartë, të mesëm dhe të ulët.

Makina me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë

Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë u ngritën si rezultat i një përpjekjeje për të kapërcyer një pengesë të natyrshme motorët me avull me shpërndarjen tradicionale të avullit. Fakti është se avulli në një motor me avull konvencional ndryshon vazhdimisht drejtimin e tij të lëvizjes, pasi e njëjta dritare përdoret si për hyrjen ashtu edhe për daljen e avullit në secilën anë të cilindrit. Kur avulli i shkarkimit del nga cilindri, ai ftoh muret dhe kanalet e shpërndarjes së avullit. Avulli i freskët, në përputhje me rrethanat, shpenzon një pjesë të caktuar të energjisë në ngrohjen e tyre, gjë që çon në një rënie të efikasitetit. Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë kanë një dritare shtesë, e cila hapet nga një pistoni në fund të secilës fazë, dhe përmes së cilës avulli largohet nga cilindri. Kjo rrit efikasitetin e makinës pasi avulli lëviz në një drejtim dhe gradienti i temperaturës së mureve të cilindrit mbetet pak a shumë konstant. Makina drejtpërsëdrejti makinat e vetme të zgjerimit tregojnë afërsisht të njëjtën efikasitet si makinat e përzierjes me shpërndarje konvencionale të avullit. Përveç kësaj, ata mund të punojnë për më shumë rrotullime të larta, dhe për këtë arsye, para ardhjes së turbinave me avull, ato shpesh përdoreshin për të drejtuar gjeneratorët e energjisë që kërkojnë shpejtësi të lartë rrotullimi.

Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë janë në dispozicion si në veprim të vetëm ashtu edhe në atë të dyfishtë.

Turbinat me avull

Një turbinë me avull është një seri disqesh rrotullues të montuar në një bosht të vetëm, të quajtur rotor turbine, dhe një seri disqesh stacionare alternative të fiksuara në një bazë, të quajtur stator. Disqet e rotorit kanë tehe të veshura jashte, avulli furnizohet me këto tehe dhe i kthen disqet. Disqet e statorit kanë fletë të ngjashme, të vendosura në këndin e kundërt, të cilat shërbejnë për të përcjellur rrjedhën e avullit në disqet e mëposhtëm të rotorit. Çdo disk i rotorit dhe disku i tij stator përkatës quhen një fazë turbine. Numri dhe madhësia e fazave të secilës turbinë zgjidhen në atë mënyrë që të maksimizojnë përdorimin e energjisë së dobishme të avullit me të njëjtën shpejtësi dhe presion që i furnizohet asaj. Avulli i shkarkimit që del nga turbina hyn në kondensator. Turbinat rrotullohen me një shumë shpejtësi e lartë, dhe për këtë arsye, kur transferoni rrotullimin në pajisje të tjera, zakonisht përdoren transmetime speciale të zvogëlimit. Për më tepër, turbinat nuk mund të ndryshojnë drejtimin e tyre të rrotullimit, dhe shpesh kërkojnë mekanizmat plotësues anasjelltas (ndonjëherë përdoren faza shtesë të rrotullimit të kundërt).

Turbinat konvertojnë energjinë e avullit drejtpërdrejt në rrotullim dhe nuk kërkojnë mekanizma shtesë për shndërrimin e lëvizjes reciproke në rrotullim. Për më tepër, turbinat janë më kompakte se makinat reciproke dhe kanë një forcë konstante në boshtin dalës. Për shkak se turbinat janë më të thjeshta në dizajn, ato në përgjithësi kërkojnë më pak mirëmbajtje.

Llojet e tjera të motorëve me avull

Aplikacion

Makinat me avull mund të klasifikohen sipas aplikimit të tyre si më poshtë:

Makina stacionare

Çekiç me avull

Motori me avull në një fabrikë të vjetër sheqeri, Kubë

Makinat e palëvizshme të avullit mund të ndahen në dy lloje sipas mënyrës së përdorimit:

• Makinat me funksion të ndryshueshëm, të cilat përfshijnë makina rrotulluese, çikrikë me avull dhe pajisje të ngjashme që duhet të ndalen shpesh dhe të ndryshojnë drejtimin e rrotullimit.
• Makinat e energjisë që rrallë ndalojnë dhe nuk duhet të ndryshojnë drejtimin e rrotullimit. Këto përfshijnë motorët e energjisë në termocentralet, si dhe motorët industrialë të përdorur në fabrika, fabrika dhe hekurudha kabllore para miratimit të gjerë të tërheqjes elektrike. Motorët fuqi e ulët përdoret në modelet e anijeve dhe në pajisje speciale.

Çikrik me avull është në thelb një motor i palëvizshëm, por është montuar në një kornizë bazë në mënyrë që të mund të lëvizet. Mund të fiksohet me një kabllo në spirancë dhe të zhvendoset nga tërheqja e vet në një vend të ri.

Makina transporti

Makinat me avull u përdorën për të përzënë tipe te ndryshme automjete, mes tyre:

• Automjete tokësore:
  • Makinë me avull
  • Traktor me avull
  • Ekskavator me avull, dhe madje
• Avioni me avull.

Në Rusi, lokomotiva e parë me avull u ndërtua nga E. A. dhe M. E. Cherepanov në uzinën Nizhne-Tagil në 1834 për të transportuar xeheror. Ai zhvilloi një shpejtësi prej 13 verës në orë dhe transportoi më shumë se 200 pule (3.2 ton) ngarkesë. Gjatësia e hekurudhës së parë ishte 850 m.

Përparësitë e motorëve me avull

Avantazhi kryesor i motorëve me avull është se ata mund të përdorin pothuajse çdo burim nxehtësie për ta kthyer atë në punë mekanike. Kjo i dallon ata nga motorët me djegie të brendshme, secili lloj i të cilëve kërkon përdorimin e një lloji specifik të karburantit. Ky avantazh është më i dukshëm kur përdorni energjinë bërthamore, pasi një reaktor bërthamor nuk është në gjendje të gjenerojë energji mekanike, por prodhon vetëm nxehtësi, e cila përdoret për të gjeneruar avull që drejton motorët me avull (zakonisht turbinat me avull). Përveç kësaj, ka burime të tjera të nxehtësisë që nuk mund të përdoren në motorët me djegie të brendshme, si p.sh energji diellore... Një drejtim interesant është përdorimi i energjisë së ndryshimit të temperaturës së Oqeanit Botëror në thellësi të ndryshme.

Llojet e tjera të motorëve me djegie të jashtme gjithashtu kanë veti të ngjashme, të tilla si motori Stirling, i cili mund të sigurojë efikasitet shumë të lartë, por janë dukshëm më të mëdha në peshë dhe madhësi sesa llojet moderne të motorëve me avull.

Lokomotivat me avull funksionojnë mirë në lartësi të mëdha, pasi efikasiteti i tyre nuk ulet për shkak të presionit të ulët atmosferik. Lokomotivat me avull përdoren ende në rajonet malore të Amerikës Latine, pavarësisht faktit se në zonat e sheshta ato janë zëvendësuar prej kohësh me më shumë llojet moderne lokomotiva.

Në Zvicër (Brienz Rothhorn) dhe Austri (Schafberg Bahn), lokomotivat e reja me avull të thatë kanë vërtetuar vlerën e tyre. Ky lloj lokomotivë me avull u zhvillua nga modelet zvicerane të lokomotivës dhe punëve të makinerisë (SLM), me shumë përmirësime moderne siç është përdorimi i kushineta rul, izolimi termik modern, djegia e fraksioneve të lehta të naftës si lëndë djegëse, tubacionet e avullit të përmirësuar, etj. Si rezultat, këto lokomotiva kanë 60% konsum më të ulët të karburantit dhe kërkesa dukshëm më të ulëta për mirëmbajtje. Cilësitë ekonomike të lokomotivave të tilla janë të krahasueshme me ato të lokomotivave moderne me naftë dhe elektrike.

Për më tepër, lokomotivat me avull janë shumë më të lehta se ato me naftë dhe elektrike, gjë që është veçanërisht e rëndësishme për minierat hekurudhave... Veçantia e motorëve me avull është se ata nuk kanë nevojë për një transmetim, duke transmetuar fuqi drejtpërdrejt në rrota.

Efikasiteti

Koeficienti i performancës (COP) motor ngrohje mund të përkufizohet si raporti i punës mekanike të dobishme me sasinë e shpenzuar të nxehtësisë që përmban karburanti. Pjesa tjetër e energjisë lëshohet në mjedisit në formën e nxehtësisë. Efikasiteti termik makina eshte e barabarte