Interesi për avujt e ujit si një burim i arritshëm energjie u shfaq së bashku me njohuritë e para shkencore të të lashtëve. Njerëzit janë përpjekur ta zbusin këtë energji për tre mijëvjeçarë. Cilat janë fazat kryesore të kësaj rruge? Reflektimet dhe projektet e kujt e kanë mësuar njerëzimin të nxjerrë përfitimin maksimal prej tij?
Parakushtet për shfaqjen e motorëve me avull
Nevoja për mekanizma që mund të lehtësojnë proceset intensive të punës ka ekzistuar gjithmonë. Rreth mesit të shekullit të 18-të, mullinjtë e erës dhe rrotat e ujit u përdorën për këtë qëllim. Mundësia e përdorimit të energjisë së erës varet drejtpërdrejt nga ndryshimet e motit. Dhe për të përdorur rrotat e ujit, fabrikat duhej të ndërtoheshin përgjatë brigjeve të lumenjve, gjë që nuk është gjithmonë e përshtatshme dhe e përshtatshme. Dhe efektiviteti i të dyjave ishte jashtëzakonisht i ulët. Më duhej një motor thelbësisht i ri, lehtësisht të menaxhueshme dhe pa këto disavantazhe.
Historia e shpikjes dhe përmirësimit të motorëve me avull
Krijimi i një motori me avull është rezultat i një diskutimi të gjatë, suksesit dhe dështimit të shpresave të shumë shkencëtarëve.
Fillimi i rrugës
Projektet e para, të njëhershme ishin thjesht kuriozitete interesante. Për shembull, Arkimedi projektoi një top me avull, Heroni i Aleksandrisë përdori energjinë e avullit për të hapur dyert e tempujve të lashtë. Dhe studiuesit gjejnë shënime mbi përdorimin praktik të energjisë së avullit për aktivizimin e mekanizmave të tjerë në punë Leonardo da Vinci.
Le të shqyrtojmë projektet më domethënëse në këtë temë.
Në shekullin e 16-të, inxhinieri arab Tagi al-Din zhvilloi një projekt për një turbinë primitive me avull. Sidoqoftë, ai nuk mori aplikim praktik për shkak të shpërndarjes së fortë të avullit të avullit të furnizuar në tehet e rrotave të turbinës.
Shpejt përpara në Francën mesjetare. Fizikani dhe shpikësi i talentuar Denis Papin, pas shumë projekteve të pasuksesshme, u ndal në modelin e mëposhtëm: një cilindër vertikal u mbush me ujë, mbi të cilin u instalua një pistoni.
Cilindri u ngroh, uji vloi dhe avulloi. Avulli në zgjerim e ngriti pistonin. Ai u fiksua në pikën e sipërme të ngritjes dhe cilindri pritej të ftohej dhe avulli të kondensohej. Pas kondensimit të avullit në cilindër, u formua një vakum. Pistoni, i lëshuar nga fiksimi, u hodh në vakum nën ndikimin e presionit atmosferik. Ishte kjo rënie e pistonit që supozohej të përdorej si një goditje pune.
Pra, goditja e dobishme e pistonit u shkaktua nga formimi i një vakumi për shkak të kondensimit të avullit dhe presionit të jashtëm (atmosferik).
Sepse motori me avull Papen si shumica e projekteve të mëvonshme u emëruan makina me avull-atmosferë.
Ky dizajn kishte një pengesë shumë të rëndësishme - përsëritshmëria e ciklit nuk është siguruar. Denis vjen me idenë për të marrë avull jo në një cilindër, por veçmas në një kazan me avull.
Denis Papin hyri në historinë e krijimit të motorëve me avull si shpikësi i një detaji shumë të rëndësishëm - kaldaja me avull.
Dhe meqenëse ata filluan të marrin avull jashtë cilindrit, vetë motori kaloi në kategorinë e motorëve me djegie të jashtme. Por për shkak të mungesës së një mekanizmi të shpërndarjes për të siguruar funksionimin e pandërprerë, këto projekte vështirë se kanë gjetur ndonjë zbatim praktik.
Një moment historik i ri në zhvillimin e motorëve me avull
Për rreth 50 vjet është përdorur për pompimin e ujit në minierat e qymyrit Pompa me avull e Thomas Newcomen. Ai përsëriti kryesisht modelet e mëparshme, por përmbante risi shumë të rëndësishme - një tub për heqjen e avullit të kondensuar dhe një valvul sigurie për lëshimin e avullit të tepërt.
Disavantazhi i tij domethënës ishte se cilindri duhej të nxehej para injektimit të avullit, pastaj të ftohej para kondensimit. Por kërkesa për motorë të tillë ishte aq e lartë sa, megjithë joefikasitetin e tyre të dukshëm, kopjet e fundit të këtyre makinave shërbyen deri në vitin 1930.
Në 1765 Mekaniku anglez James Watt, duke marrë përsipër përmirësimin e makinës Newcomen, ndau kondensatorin nga cilindri i avullit.
Tani është e mundur që cilindri të nxehet vazhdimisht. Efikasiteti i makinës u rrit menjëherë. Në vitet në vijim, Watt përmirësoi ndjeshëm modelin e tij, duke e pajisur atë me një pajisje për furnizimin me avull nga njëra anë ose tjetra.
U bë e mundur përdorimi i kësaj makinerie jo vetëm si pompë, por edhe për drejtimin e mjeteve të ndryshme makinerike. Watt mori një patentë për shpikjen e tij - një motor me avull të vazhdueshëm. Fillon prodhimi masiv i këtyre makinave.
Në fillim të shekullit të 19-të, më shumë se 320 Watt motorë me avull ishin në funksionim në Angli. Edhe vendet e tjera evropiane filluan t'i blejnë ato. Kjo kontribuoi në një rritje të konsiderueshme të prodhimit industrial në shumë sektorë si të vetë Anglisë ashtu edhe në vendet fqinje.
Njëzet vjet më parë, Watt, në Rusi, një mekanik Altai Ivan Ivanovich Polzunov punoi në një projekt motori me avull.
Shefat e fabrikës i kërkuan atij të ndërtonte një njësi që do të drejtonte ventilatorin e furrës së shkrirjes.
Makina që ai ndërtoi ishte me dy cilindra dhe siguronte funksionimin e vazhdueshëm të pajisjes së lidhur me të.
Pasi ka punuar me sukses për më shumë se një muaj e gjysmë, kaldaja filloi të rrjedhë. Në këtë kohë, vetë Polzunov nuk ishte më gjallë. Ata nuk e riparuan makinën. Dhe krijimi i mrekullueshëm i një shpikësi të vetëm rus u harrua.
Për shkak të prapambetjes së Rusisë në atë kohë bota mësoi për shpikjen e II Polzunov me shumë vonesë….
Pra, për të drejtuar një motor me avull, është e nevojshme që avulli i krijuar nga kaldaja me avull, duke u zgjeruar, të shtypë në piston ose tehët e turbinës. Dhe më pas lëvizja e tyre u transmetua në pjesë të tjera mekanike.
Përdorimi i motorëve me avull në transport
Përkundër faktit se efikasiteti i motorëve me avull të asaj kohe nuk kalonte 5%, deri në fund të shekullit të 18-të ata filluan të përdoren në mënyrë aktive në bujqësi dhe transport:
- një makinë me një motor me avull shfaqet në Francë;
- në Shtetet e Bashkuara, një varkë me avull fillon të ecë midis qyteteve të Filadelfia dhe Burlington;
- një lokomotivë hekurudhore me avull u demonstrua në Angli;
- një fshatar rus nga provinca e Saratovit patentoi një traktor 20 kuaj fuqi që ai ndërtoi. me.;
- U bënë përpjekje të vazhdueshme për të ndërtuar një avion me motor me avull, por, për fat të keq, fuqia e ulët e këtyre njësive me peshën e madhe të avionit i bëri këto përpjekje të pasuksesshme.
Nga fundi i shekullit të 19-të, motorët me avull, duke luajtur rolin e tyre në përparimin teknologjik të shoqërisë, po i lënë vendin motorëve elektrikë.
Pajisjet me avull në shekullin e 21-të
Me ardhjen e burimeve të reja të energjisë në shekujt 20 dhe 21, nevoja për përdorimin e energjisë së avullit shfaqet përsëri. Turbinat me avull po bëhen pjesë përbërëse e termocentraleve bërthamore. Avulli që i fuqizon ato merret nga karburanti bërthamor.
Këto turbina përdoren gjerësisht edhe në termocentralet e kondensimit.
Në një sërë vendesh po kryhen eksperimente për marrjen e avullit nga energjia diellore.
Nuk janë harruar as motorët me avull reciproke. Në malësi si lokomotivë ende përdoren lokomotivat me avull.
Këta punëtorë të besueshëm janë më të sigurt dhe më të lirë. Ata nuk kanë nevojë për linja elektrike, dhe lëndë djegëse - druri dhe qymyri i lirë janë gjithmonë pranë.
Teknologjitë moderne bëjnë të mundur kapjen e deri në 95% të emetimeve atmosferike dhe rritjen e efikasitetit në 21%, kështu që njerëzit vendosën të mos ndahen me to tani për tani dhe po punojnë në një gjeneratë të re lokomotivash me avull.
Nëse ky mesazh është i dobishëm për ju, është mirë t'ju shoh.
Do të anashkaloj inspektimin e ekspozitës së muzeut dhe do të shkoj direkt në dhomën e turbinës. Të gjithë të interesuarit mund ta gjejnë versionin e plotë të postimit në LJ-në time. Makineri ndodhet ne kete pallat:
29. Duke hyrë brenda, mbeta pa frymë nga kënaqësia - brenda sallës ishte motori me avull më i bukur nga gjithçka që kam parë ndonjëherë. Ishte një tempull i vërtetë steampunk - një vend i shenjtë për të gjithë adhuruesit e estetikës së epokës së avullit. U mahnita nga ajo që pashë dhe kuptova se jo më kot hyra 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 tregohej në stendat e shumta informative. Në këtë foto mund të shihni një motor me avull plotësisht funksional me 12 kf.
31. Dora për peshoren. Makina është krijuar në vitin 1920.
32. Një kompresor i vitit 1940 është ekspozuar pranë objektit kryesor muzeal.
33. Ky kompresor është përdorur në të kaluarën në punishtet hekurudhore në stacionin Werdau.
34. Epo, tani le të hedhim një vështrim më të afërt në ekspozitën qendrore të ekspozitës së muzeut - një motor me avull 600 kuaj-fuqi i prodhuar në 1899, të cilit do t'i kushtohet gjysma e dytë e këtij postimi.
35. Motori me avull është një simbol i revolucionit industrial që ndodhi në Evropë në fund të shekullit të 18-të - fillimi i shekullit të 19-të. Megjithëse mostrat e para të motorëve me avull u krijuan nga shpikës të ndryshëm në fillim të shekullit të 18-të, të gjithë ata ishin të papërshtatshëm për përdorim industrial pasi kishin një sërë disavantazhesh. 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 e 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 rrotulluese. Të gjithë motorët me avull që ekzistonin më parë mund të prodhonin vetëm lëvizje përkthimore dhe të përdoreshin vetëm si pompa. Dhe shpikja e Watt tashmë mund të rrotullonte rrotën e një mulliri ose makinën e makinave të fabrikës.
37. Në vitin 1800, firma e Watt dhe partneri i tij Bolton prodhoi 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 qarkullonte midis Filadelfia dhe Burlington në Shtetet e Bashkuara, dhe në 1804 Richard Trevintik ndërtoi lokomotivën e parë me avull operativ. Filloi epoka e motorëve me avull, e cila zgjati gjithë shekullin e nëntëmbëdhjetë, dhe në hekurudhë dhe gjysmën e parë të shekullit të njëzetë.
38. Ky ishte një sfond i shkurtër historik, tani le të kthehemi te objekti kryesor i ekspozitës muzeale. Motori me avull i paraqitur në foto është prodhuar nga Zwikauer Maschinenfabrik AG në 1899 dhe është instaluar në dhomën e makinerisë së mullirit tjerrëse "C.F.Schmelzer und Sohn". Motori me avull kishte për qëllim të drejtonte makinat tjerrëse dhe u përdor në këtë rol deri në vitin 1941.
39. Pllaka elegante. Në atë kohë, teknologjia industriale bëhej me një vëmendje të madhe për pamjen estetike dhe stilin, nuk kishte rëndësi vetëm funksionaliteti, por edhe bukuria, e cila pasqyrohet në çdo detaj të kësaj makinerie. 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 vitin 1820 në vendin e muzeut aktual. Tashmë në 1841, në fabrikë u instalua motori i parë me avull me një kapacitet prej 8 kf. për ngasjen e makinave tjerrëse, e cila në 1899 u zëvendësua nga një e re, më e fuqishme dhe moderne.
41. Fabrika ka ekzistuar deri në vitin 1941, pastaj prodhimi është ndërprerë për shkak të shpërthimit të luftës. Gjatë dyzet e dy viteve, 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 shkarkua përfundimisht nga bilanci i ndërmarrjes.
42. 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 merrte avull përmes tubave nga një kazan të largët. Përveç kësaj, ai posedonte një sistem rregullimi të boshtit PROELL. Falë këtyre faktorëve, makina mori statusin e monumentit historik në vitin 1959 dhe u bë muze. Fatkeqësisht, të gjitha ndërtesat e fabrikës dhe kazanja u shkatërruan në vitin 1992. Kjo dhomë makinerie është e vetmja gjë që ka mbetur nga ish-mulliri i tjerrëse.
43. Estetika magjike e epokës së avullit!
44. Tabela e emrit në trupin e sistemit të rregullimit të boshtit nga PROELL. Sistemi rregulloi 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 i saj, kjo makinë është një motor me avull me zgjerim të shumëfishtë (ose siç quhen edhe një makinë e përbërë). Në makinat e këtij lloji, avulli zgjerohet në mënyrë sekuenciale në disa cilindra me vëllim në rritje, duke kaluar nga cilindër 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 u furnizua avulli i freskët nga dhoma e bojlerit, pastaj pas një cikli zgjerimi, avulli u anashkalua në një cilindër me presion të mesëm. , i cili ndodhet në të djathtë të cilindrit me presion të lartë.
47. Pas përfundimit të punës, avulli nga cilindri me presion të mesëm kaloi në cilindrin me presion të ulët, të cilin e shihni në këtë foto, pas së cilës, pasi kishte përfunduar zgjerimin e fundit, lëshohej nga jashtë përmes një tubi të veçantë. Në këtë mënyrë u arrit shfrytëzimi 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 ka përmasa mbresëlënëse. Nën të janë litarët, me ndihmën e të cilëve lëvizja rrotulluese u transmetua nga volantja e makinës në një transmision të lidhur me makinat tjerrëse.
50. Estetikë e përsosur Belle Époque në çdo dhëmbëz.
51. Në këtë foto, mund të shihni në detaje strukturën e makinës. Avulli që zgjerohej në cilindër transmetonte energji në piston, i cili nga ana e tij kryente një lëvizje përkthimore, duke e transferuar atë në mekanizmin e rrëshqitësit të manivelit, në të cilin u shndërrua në rrotullues dhe u transmetua në volant dhe më tej në transmetim.
52. Në të kaluarën me motorin me avull është lidhur edhe një gjenerator elektrik, i cili gjithashtu ruhet në gjendje të shkëlqyer origjinale.
53. Në të kaluarën, gjeneratori ishte vendosur në këtë lokacion.
54. Mekanizmi për transferimin e momentit rrotullues nga volant në gjenerator.
55. Tani në vend të gjeneratorit është vendosur një elektromotor, me ndihmën e të cilit, disa ditë në vit, vihet në lëvizje motori me avull për argëtimin e publikut. Çdo vit muzeu pret "Steam Days" - një ngjarje që mbledh së bashku amatorë dhe modelues të motorëve me avull. Në lëvizje këto ditë është edhe motori me avull.
56. Gjeneratori origjinal DC tani është mënjanë. Në të kaluarën, ai përdorej për të prodhuar energji elektrike për ndriçimin e fabrikës.
57. Prodhuar nga Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther në Werdau në 1899, sipas pllakës së informacionit, por targa origjinale e emrit mban vitin 1901.
58. Meqenëse isha i vetmi vizitor i muzeut atë ditë, askush nuk më shqetësoi të shijoja estetikën e këtij vendi një me një me një makinë. Përveç kësaj, 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 kanale litari, me ndihmën e të cilave lëvizja rrotulluese e volantit transmetohet më tej në elementët e transmetimit.
60. Një transmision, i përbërë nga rrota me diametra të ndryshëm të lidhur me boshte, shpërndante lëvizjen rrotulluese në disa kate të ndërtesës së fabrikës, në të cilat ndodheshin makineritë tjerrëse, të fuqizuara nga energjia e transmetuar me anë të një transmetimi nga një motor me avull.
61. Volant me kanale litari nga afër.
62. Këtu dallohen qartë elementët e transmisionit, me ndihmën e të cilëve çift rrotullimi u transmetua në boshtin që kalonte nën tokë dhe duke transmetuar lëvizjen rrotulluese në ndërtesën e fabrikës ngjitur me dhomën e makinerisë, në të cilën ndodheshin makineritë.
63. Fatkeqësisht, ndërtesa e fabrikës nuk ka mbijetuar dhe pas derës që të çonte në godinën tjetër, tani ka vetëm boshllëk.
64. Më vete, vlen të përmendet paneli i kontrollit të pajisjeve elektrike, i cili në vetvete është një vepër arti.
65. Pllakë mermeri në një kornizë të bukur druri me rreshta leva dhe siguresa të vendosura mbi të, një fener luksoz, pajisje elegante - 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 gjatë krijimit të kësaj mburoje është kujdesur jo më pak për pamjen.
68. Nën çdo levë dhe siguresë ka një "buton" me një mbishkrim që kjo levë ndizet / fiket.
69. Shkëlqimi i teknikës Belle Epoque.
70. Në fund të tregimit, le të kthehemi te makina dhe të shijojmë harmoninë dhe estetikën e lezetshme të pjesëve të saj.
71. Valvulat e kontrollit për njësitë individuale të makinës.
72. Thithat pikuese të projektuara për lubrifikimin e pjesëve lëvizëse dhe montimeve të makinës.
73. Kjo pajisje quhet thithka e yndyrës. Nga pjesa lëvizëse e makinës, krimbat vihen në lëvizje, duke lëvizur pistonin e vajosësit dhe ai pompon vaj në sipërfaqet e fërkimit. Pasi pistoni arrin në qendrën e vdekur, doreza ngrihet përsëri duke e rrotulluar dhe cikli përsëritet.
74. Sa bukur është! Kënaqësi e pastër!
75. Cilindrat e makinës me kolona valvulash hyrëse.
76. Më shumë kanaçe vaji.
77. Estetikë klasike steampunk.
78. Boshti me gunga i makinës, i cili rregullon furnizimin me avull në cilindra.
79.
80.
81. E gjithë kjo është shumë shumë e bukur! Mora një nxitje të madhe frymëzimi dhe emocionesh të gëzueshme ndërsa vizitova këtë dhomë makinerie.
82. Nëse fati ju sjell papritur në rajonin e Zwickau, sigurohuni që të vizitoni këtë muze, nuk do të pendoheni. Faqja e internetit dhe koordinatat e muzeut: 50 ° 43 "58" N 12 ° 22 "25" E
Kam hasur në një artikull interesant në internet.
"Shpikësi amerikan Robert Green ka zhvilluar një teknologji krejtësisht të re që gjeneron energji kinetike duke konvertuar energjinë e mbetur (si karburantet e tjera). Motorët me avull të Green janë të pajisur me piston dhe të projektuar për një shumëllojshmëri të gjerë aplikimesh."
Kjo është ajo, as më shumë, as më pak: një teknologji krejtësisht e re. Epo, sigurisht që fillova të shikoja, u përpoqa ta kuptoja. Është shkruar kudo një nga avantazhet më unike të këtij motori është aftësia për të gjeneruar energji nga energjia e mbetur e motorëve. Më konkretisht, energjia e mbetur e shkarkimit nga motori mund të shndërrohet në energji që shkon në pompat dhe sistemet e ftohjes së njësisë. Pra, çfarë nga kjo, siç kuptoj unë gazrat e shkarkimit për të sjellë ujin në një çiban dhe pastaj për të kthyer avullin në lëvizje. Sa i nevojshëm dhe me kosto efektive, sepse ... edhe pse ky motor, siç thonë ata, është projektuar posaçërisht nga një numër minimal pjesësh, por prapë kushton kaq shumë dhe a ka ndonjë pikë në rrethimin e një kopshti, aq më thelbësisht e re në këtë shpikje, nuk e shoh ... Dhe shumë mekanizma për shndërrimin e lëvizjes reciproke në lëvizje rrotulluese janë shpikur tashmë. Në faqen e internetit të autorit, modeli me dy cilindra shitet, në parim, jo i shtrenjtë 
vetëm 46 dollarë.
Në faqen e autorit ka një video duke përdorur energjinë diellore, ka edhe një foto të dikujt në një varkë duke përdorur këtë motor. 
Por në të dyja rastet, kjo nuk është qartësisht nxehtësi e mbetur. Me pak fjalë, dyshoj në besueshmërinë e një motori të tillë: "Lidhjet e topave janë në të njëjtën kohë kanale të zbrazëta përmes të cilave avulli furnizohet në cilindra." Cili është mendimi juaj, të dashur përdorues të faqes?
Artikuj në Rusisht
Motorët me avull janë përdorur si një motor lëvizës në stacione pompimi, lokomotiva, anije me avull, traktorë, makina me avull dhe automjete të tjera. Motorët me avull kontribuan në përdorimin e gjerë komercial të makinerive në fabrika dhe siguruan bazën energjetike për revolucionin industrial në shekullin e 18-të. Më vonë, motorët me avull u zëvendësuan nga motorë me djegie të brendshme, turbina me avull, motorë elektrikë dhe reaktorë 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 "banjë e Heronit", ose "eolipil". Avulli që dilte në mënyrë tangjenciale nga grykat e ngjitura me topin bëri që ky i fundit të rrotullohej. Supozohet se shndërrimi i avullit në lëvizje mekanike ishte i njohur në Egjipt gjatë periudhës romake dhe përdorej në pajisje të thjeshta.
Motorët e parë industrialë
Asnjë nga pajisjet e përshkruara nuk është përdorur në të vërtetë si një mjet për zgjidhjen e problemeve të dobishme. Motori i parë me avull i përdorur në prodhim ishte një "makinë zjarri" e 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 humbte çdo herë gjatë ftohjes së kontejnerit dhe mjaft e rrezikshme në funksionim, pasi për shkak të presionit të lartë të avullit, kontejnerët dhe tubacionet i motorit ndonjëherë shpërtheu. Meqenëse kjo pajisje mund të përdorej si për të rrotulluar rrotat e një mulli uji, ashtu edhe për të pompuar ujin 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 kërkesa tregtare. Ky ishte një motor me avull 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 akses nëpërmjet kolegut të tij Robert Hooke, i cili ka punuar me Papen.
Skema e motorit me avull Newcomen.
- Avulli tregohet në vjollcë, uji tregohet me ngjyrë blu.
- Valvulat e hapura tregohen me jeshile, valvulat e mbyllura me të kuqe
Aplikimi i parë i motorit Newcomen ishte të pomponte ujin nga një bosht i thellë. Në pompën e minierës, krahu rrotullues ishte i lidhur me një shtytje që zbriste në minierë në dhomën e pompës. Lëvizjet reciproke të shtytjes u transmetuan në pistonin e pompës, i cili furnizonte ujë në majë. Valvulat e motorëve të hershëm 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, i lidhi dorezat e valvulave me litarë dhe shkoi të luante me fëmijët. Deri në vitin 1715, tashmë ishte krijuar një sistem kontrolli levash, i drejtuar nga vetë mekanizmi i motorit.
Motori i parë me avull me dy cilindra me vakum në Rusi u projektua nga mekaniku I.I.Polzunov në 1763 dhe u ndërtua në 1764 për të fuqizuar shakullin 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 me vakum të Newcomen që e bëri atë dukshëm më efikas në karburant. Kontributi i Watt ishte të ndante fazën e kondensimit të motorit me vakum në një dhomë të veçantë, ndërsa pistoni dhe cilindri ishin në një temperaturë avulli. Watt shtoi disa detaje të tjera të rëndësishme në motorin e Newcomen: ai vendosi një piston brenda cilindrit për të nxjerrë avullin dhe e konvertoi lëvizjen reciproke të pistonit në lëvizjen rrotulluese të rrotës lëvizëse.
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 më i madh se 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 rrotullues dhe jo drejtpërdrejt me shufrën lidhëse. Ky motor kishte veçoritë themelore të motorëve moderne me avull.
Një rritje e mëtejshme e efikasitetit ishte përdorimi i avullit me presion të lartë (amerikani Oliver Evans dhe anglezi Richard Trevithick). R. Trevithick ka ndërtuar me sukses motorë industrialë me një goditje me presion të lartë të njohur si "Motorët Cornish". Ata funksiononin në 50 psi, ose 345 kPa (3,405 atmosfera). Mirëpo, me rritjen e presionit, ekzistonte edhe rreziku i madh i shpërthimeve në makineri 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 çlironte presionin e tepërt. Funksionimi i besueshëm dhe i sigurt filloi vetëm me grumbullimin e përvojës dhe standardizimin e procedurave për ndërtimin, funksionimin dhe mirëmbajtjen e pajisjeve.
Shpikësi francez Nicholas-Joseph Cugno demonstroi në 1769 mjetin e parë operativ vetëlëvizës me avull: "fardier à vapeur" (karrocë me avull). Ndoshta shpikja e tij mund të konsiderohet automobili i parë. Traktori me avull vetëlëvizës doli të ishte shumë i dobishëm si një burim i lëvizshëm i energjisë mekanike që vuri në lëvizje makina të tjera bujqësore: shirëse, presa, etj. Në 1788, një varkë me avull e ndërtuar nga John Fitch tashmë kryente një shërbim të rregullt në Lumi Delaware midis Filadelfia (Pensilvani) 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 të. Në 1802, inxhinieri skocez William Symington ndërtoi një varkë me avull konkurrues dhe në 1807, inxhinieri amerikan Robert Fulton përdori motorin me avull të Watt për të fuqizuar avullin e parë të suksesshëm komercial. Më 21 shkurt 1804, lokomotiva e parë me avull hekurudhore vetëlëvizëse, e ndërtuar nga Richard Trevithick, u ekspozua në Penidarren Steel Works në Merthyr Tydville, Uellsi i Jugut.
Motorë me avull reciproke
Motorët reciprok 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 pjesët rrotulluese të veglave të makinës ose rrotave të automjetit.
Makina me vakum
Motorët e hershëm me avull u quajtën fillimisht "makinat e zjarrit" dhe motorët "atmosferikë" ose "kondensues" të Watt. Ata funksiononin në një parim vakum dhe për këtë arsye njihen edhe si "motorë vakum". Makinat e tilla punonin për të drejtuar pompat reciproke, në çdo rast, nuk ka asnjë dëshmi se ato janë përdorur për qëllime të tjera. Kur një motor me avull të tipit vakum është në punë, në fillim të ciklit, avulli me presion të ulët futet në dhomën ose cilindrin e punës. Më pas 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 kondensate. Kjo krijon një vakum në cilindër. Presioni atmosferik në pjesën e sipërme të cilindrit shtyp pistonin dhe bën që ai të lëvizë poshtë, domethënë goditjen e punës.
Ftohja dhe rinxehja e vazhdueshme e cilindrit të skllevërve të makinës ishte shumë e kotë dhe joefektive, megjithatë, këta motorë me avull lejuan që uji të pompohej nga thellësi më të thella sesa ishte e mundur përpara shfaqjes së tyre. Në vit, u shfaq një version i motorit me avull, i krijuar nga Watt në bashkëpunim me Matthew Boulton, risia kryesore e të cilit ishte heqja e procesit të kondensimit në një dhomë të veçantë të veçantë (kondensator). Kjo dhomë vendosej në një banjë me ujë të ftohtë dhe lidhej me cilindrin me një tub të mbivendosur nga një valvul. Një pompë speciale e vogël vakumi (një prototip i një pompe kondensimi) u lidh me dhomën e kondensimit, e drejtuar nga një lëkundës dhe përdoret për të hequr kondensimin nga kondensuesi. Uji i nxehtë që rezulton furnizohej nga një pompë speciale (një prototip i një pompe ushqimi) përsëri në kazan. Një risi tjetër 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 konstante. Gjatë lëvizjes përpjetë të pistonit, ky avull përçohej përmes tubave të posaçëm në pjesën e poshtme të cilindrit, për t'i nënshtruar kondensimit gjatë goditjes së radhës. 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 kalonte në lubrifikimin me një përzierje e yndyrës dhe vajit. E njëjta yndyrë u përdor në vulën e vajit të shufrës së cilindrit.
Motorët me avull me vakum, pavarësisht kufizimeve të 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 ishte e kufizuar nga presioni i ulët i avullit, madhësia e cilindrit, shpejtësia e djegies së karburantit dhe avullimit të ujit në kazan, si dhe madhësia e kondensatorit. Efikasiteti maksimal teorik ishte i kufizuar nga ndryshimi relativisht i vogël i temperaturës në të dy anët e pistonit; kjo i bëri makinat me vakum të destinuara për përdorim industrial shumë të mëdha dhe të shtrenjta.
Kompresimi
Dritarja e daljes së cilindrit të motorit me avull mbyllet pak më herët sesa pistoni të arrijë pozicionin e tij ekstrem, i cili lë një sasi të caktuar të avullit të shkarkimit në cilindër. Kjo do të thotë se ka një fazë kompresimi në ciklin e funksionimit, e cila formon të ashtuquajturin "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.
Përparoni
Efekti i përshkruar i "jastëkut me avull" përmirësohet gjithashtu nga fakti se futja e avullit të freskët në cilindër fillon disi më herët sesa pistoni të arrijë pozicionin e tij përfundimtar, domethënë ka një përparim të hyrjes. Ky avancim është i nevojshëm në mënyrë që përpara se pistoni të fillojë lëvizjen e tij të punës nën veprimin e avullit të freskët, avulli do të ketë kohë të mbushë hapësirën e vdekur që u ngrit si rezultat i fazës së mëparshme, pra kanalet e marrjes-shkarjes dhe vëllimi i cilindrit që nuk përdoret për lëvizjen e pistonit.
Zgjerim i thjeshtë
Zgjerimi i thjeshtë supozon se avulli funksionon vetëm kur zgjerohet në cilindër, dhe avulli i shkarkimit lëshohet drejtpërdrejt në atmosferë ose hyn 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 bojler.
Kompleksi
Gjatë procesit të zgjerimit në cilindrin e makinës me presion të lartë, temperatura e avullit bie në raport me zgjerimin e tij. Meqenëse në këtë rast nuk ka shkëmbim nxehtësie (proces adiabatik), rezulton se avulli hyn në cilindër me një temperaturë më të lartë se sa del. Luhatje 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 me avull të përbërë me presion të lartë Wolfe... Në këtë makinë, avulli i temperaturës së lartë nga një kazan me avull futej në një cilindër me presion të lartë, dhe pas kësaj, avulli i shteruar në të me një temperaturë dhe presion më të ulët hynte në cilindrin (ose cilindrat) me presion të ulët. Kjo zvogëloi diferencën e temperaturës në secilin cilindër, gjë që në përgjithësi uli 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 cilindri. Prandaj, në makinat komplekse, cilindrat me presion të ulët kishin një diametër më të madh (dhe nganjëherë më të gjatë) se 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 përafërsisht të njëjtën madhësi. Kjo marrëveshje ishte më e lehtë për t'u balancuar.
Makineritë e përzierjes me dy cilindra mund të klasifikohen si:
- Komponim kryq- Cilindrat janë të vendosur krah për krah, kanalet e tyre të avullit janë të kryqëzuara.
- Komponim tandem- Cilindrat janë në seri dhe përdorin një kërcell.
- Komponim këndor- Cilindrat janë të kënduar me njëri-tjetrin, zakonisht 90 gradë, dhe punojnë në një maniak.
Pas viteve 1880, motorët me avull të përbërë u përhapën gjerësisht 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, pasi doli të ishte shumë i vështirë, pjesërisht për faktin se kushtet e punës së motorëve me avull në transportin hekurudhor ishin të vështira. Përkundër faktit se lokomotivat komplekse nuk u bënë kurrë një fenomen masiv (veçanërisht në MB, ku ato ishin shumë të rralla dhe nuk u përdorën fare pas viteve 1930), ato fituan njëfarë popullariteti në disa vende.
Zgjatje e shumëfishtë
Diagrami i thjeshtuar i një motori me avull 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 kompleksit ishte shtimi i fazave shtesë të zgjerimit në të, gjë që rriti efikasitetin e punës. Rezultati ishte një skemë e zgjerimit të shumëfishtë e njohur si makina me zgjerim të trefishtë apo edhe katërfish. Këta motorë me avull përdorën një seri cilindrash me veprim të dyfishtë, vëllimi i të cilëve rritej me çdo fazë. Ndonjëherë, në vend të rritjes së vëllimit të cilindrave me presion të ulët, përdorej një rritje në numrin e tyre, ashtu si në disa makina komplekse.
Imazhi në të djathtë tregon funksionimin e një motori me avull me zgjerim të trefishtë. Avulli rrjedh nëpër makinë nga e majta në të djathtë. Blloku i valvulave të secilit cilindri 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 kondensuesi që kthen avullin e mbeturinave në formë e ujit të freskët kthehet në kazan (përdorimi i ujit të kripur të detit për të fuqizuar bojlerët nuk ishte i mundur). Motorët me avull me bazë tokësore zakonisht nuk kishin probleme me furnizimin me ujë dhe për këtë arsye mund të shkarkonin avullin e mbeturinave 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 shfaqjen 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.
Makinat me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë
Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë janë krijuar si rezultat i një përpjekjeje për të kapërcyer një pengesë të natyrshme në motorët me avull me shpërndarje tradicionale të avullit. Fakti është se avulli në një motor konvencional me avull ndryshon vazhdimisht drejtimin e lëvizjes, pasi e njëjta dritare në secilën anë të cilindrit përdoret si për hyrjen ashtu edhe për daljen e avullit. Kur avulli i shkarkimit largohet 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 për ngrohjen e tyre, gjë që çon në një rënie të efikasitetit. Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë kanë një portë shtesë, e cila hapet nga një piston në fund të çdo faze dhe përmes së cilës avulli largohet nga cilindri. Kjo rrit efikasitetin e makinës ndërsa avulli lëviz në një drejtim dhe gradienti i temperaturës së mureve të cilindrit mbetet pak a shumë konstant. Makinat me një zgjerim të drejtpërdrejtë tregojnë përafërsisht të njëjtin efikasitet si makinat e përbëra me shpërndarje konvencionale të avullit. Për më tepër, ato mund të funksionojnë me shpejtësi më 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.
Motorët me avull me rrjedhje të drejtpërdrejtë janë të disponueshëm si në veprim të vetëm ashtu edhe në të dyfishtë.
Turbinat me avull
Një turbinë me avull është një seri disqesh rrotulluese të montuara në një aks të vetëm, të quajtur rotor turbine, dhe një seri disqesh të palëvizshme të fiksuara në një bazë, të quajtur stator. Disqet e rotorit kanë tehe nga jashtë, avulli furnizohet me këto tehe dhe i kthen disqet. Disqet e statorit kanë fletë të ngjashme, të vendosura në kënde të kundërta, të cilat shërbejnë për të ridrejtuar rrjedhën e avullit në disqet e rotorit të mëposhtëm. Çdo disk i rotorit dhe disku i tij korrespondues i statorit quhen një fazë turbine. Numri dhe madhësia e fazave të secilës turbine zgjidhen në mënyrë të tillë që të maksimizojnë përdorimin e energjisë së dobishme të avullit me të njëjtën shpejtësi dhe presion që i jepet. Avulli i shkarkimit që del nga turbina hyn në kondensator. Turbinat rrotullohen me një shpejtësi shumë të lartë, dhe për këtë arsye transmetimet speciale të reduktimit zakonisht përdoren kur transferojnë rrotullimin në pajisje të tjera. Për më tepër, turbinat nuk mund të ndryshojnë drejtimin e rrotullimit të tyre dhe shpesh kërkojnë mekanizma shtesë të kundërt (nganjëherë 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 e daljes. 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 të palëvizshme
Çekiç me avull
Motor me avull në një fabrikë të vjetër sheqeri, Kubë
Makinat e palëvizshme me avull mund të ndahen në dy lloje sipas mënyrës së përdorimit:
- Makinat me shpejtësi të ndryshueshme, të cilat përfshijnë makineritë e mullirit të rrotullimit, çikrikët me avull dhe pajisje të ngjashme që duhet të ndalojnë shpesh dhe të ndryshojnë drejtimin e rrotullimit.
- Makinat e fuqisë që ndalojnë rrallë dhe nuk duhet të ndryshojnë drejtimin e rrotullimit. Këto përfshijnë motorët e fuqisë në termocentrale, si dhe motorët industrialë të përdorur në fabrika, fabrika dhe hekurudha kabllore përpara përdorimit të gjerë të tërheqjes elektrike. Motorët me fuqi të ulët përdoren në modelet detare dhe në pajisje speciale.
Çikriku 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 tij në një vend të ri.
Mjetet e transportit
Motorët me avull janë përdorur për të drejtuar lloje të ndryshme automjetesh, ndër to:
- Automjetet tokësore:
- Makinë me avull
- Traktor me avull
- Ekskavator me avull dhe madje
- Avion 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 transportin e xehes. Ai zhvilloi një shpejtësi prej 13 versts në orë dhe transportoi më shumë se 200 poods (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, çdo lloj i të cilëve kërkon përdorimin e një lloji specifik karburanti. Ky avantazh është më i dukshëm kur përdoret energjia 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 energjia 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, si motori Stirling, i cili mund të sigurojë efikasitet shumë të lartë, por janë dukshëm më të mëdhenj në peshë dhe përmasa se llojet moderne të motorëve me avull.
Lokomotivat me avull performojnë mirë në lartësi të mëdha, pasi efikasiteti i tyre nuk ulet për shkak të presionit të ulët atmosferik. Lokomotivat me avull përdoren edhe sot në rajonet malore të Amerikës Latine, pavarësisht se në zonat e sheshta ato janë zëvendësuar prej kohësh nga lloje më moderne lokomotivash.
Në Zvicër (Brienz Rothhorn) dhe Austri (Schafberg Bahn), lokomotivat e reja me avull të thatë kanë provuar vlerën e tyre. Kjo lloj lokomotivë me avull është zhvilluar në bazë të modeleve Swiss Locomotive and Machine Works (SLM), me shumë përmirësime moderne si përdorimi i kushinetave me rul, termoizolimi modern, djegia e fraksioneve të lehta të vajit, linjat e përmirësuara të avullit, 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 dukshëm më të lehta se ato me naftë dhe elektrike, gjë që është veçanërisht e rëndësishme për hekurudhat malore. E veçanta e motorëve me avull është se ata nuk kanë nevojë për një transmetim, duke transmetuar fuqinë direkt në rrota.
Efikasiteti
Koeficienti i performancës (efikasiteti) i një motori termik mund të përkufizohet si raporti i punës së dobishme mekanike me sasinë e konsumuar të nxehtësisë që përmbahet në karburant. Pjesa tjetër e energjisë lëshohet në mjedis si nxehtësi. Efikasiteti i motorit termik është
Unë jetoj vetëm me qymyr dhe ujë dhe kam ende energji të mjaftueshme për të ecur 100 mph! Kjo është pikërisht ajo që mund të bëjë një lokomotivë me avull. Edhe pse këta dinosaur gjigantë mekanikë tani janë zhdukur në shumicën e hekurudhave të botës, teknologjia e avullit jeton në zemrat e njerëzve dhe lokomotivat si kjo ende shërbejnë si atraksione turistike në shumë hekurudha historike.
Motorët e parë moderne me avull u shpikën në Angli në fillim të shekullit të 18-të dhe shënuan fillimin e Revolucionit Industrial.
Sot i rikthehemi sërish energjisë së avullit. Për shkak të dizajnit të tij, një motor me avull prodhon më pak ndotje gjatë djegies sesa një motor me djegie të brendshme. Në këtë postim video, shihni se si funksionon.
Cila ishte fuqia e motorit të vjetër me avull?
Duhet energji për të bërë absolutisht gjithçka që mund të mendoni: të shkoni në skateboard, të fluturoni me një aeroplan, të shkoni në dyqane ose të vozitni në rrugë. Pjesa më e madhe e energjisë që ne përdorim sot për transport vjen nga nafta, por nuk ka qenë gjithmonë kështu. Deri në fillim të shekullit të 20-të, qymyri ishte karburanti i preferuar në botë dhe ai furnizonte çdo gjë, nga trenat dhe anijet deri te avionët fatkeq me avull të shpikur nga shkencëtari amerikan Samuel P. Langley, një rival i hershëm i vëllezërve Wright. Çfarë të veçantë ka qymyri? Ka shumë prej tij brenda Tokës, kështu që ishte relativisht i lirë dhe i disponueshëm gjerësisht.
Qymyri është një kimikat organik, që do të thotë se bazohet në elementin karbon. Qymyri formohet gjatë miliona viteve kur mbetjet e bimëve të vdekura varrosen nën gurë, ngjeshen nën presion dhe zihen nën ndikimin e nxehtësisë së brendshme të Tokës. Kjo është arsyeja pse quhet lëndë djegëse fosile. Gungat e qymyrit janë me të vërtetë gunga energjie. Karboni brenda tyre është i lidhur me atomet e hidrogjenit dhe oksigjenit në përbërje të quajtura lidhje kimike. Kur djegim qymyr në zjarr, lidhjet prishen dhe energjia lirohet në formën e nxehtësisë.
Qymyri përmban rreth gjysmën e energjisë për kilogram të lëndëve djegëse fosile më të pastra si benzina, nafta dhe vajguri - dhe kjo është një nga arsyet që motorët me avull duhet të digjen kaq shumë.
A janë gati motorët me avull për një rikthim epik?
Njëherë e një kohë, motori me avull dominonte - fillimisht në trena dhe traktorë të rëndë, siç e dini, por në fund të fundit edhe në makina. Sot është e vështirë për t'u kuptuar, por në fillim të shekullit të 20-të, më shumë se gjysma e makinave në Shtetet e Bashkuara punonin me avull. Motori me avull ishte aq i rafinuar sa që në vitin 1906 një motor me avull i quajtur Stanley Rocket madje mbajti një rekord për shpejtësinë në tokë - një shpejtësi marramendëse prej 127 miljesh në orë!
Tani, ju mund të mendoni se motori me avull ishte një sukses vetëm sepse motorët me djegie të brendshme (ICE) nuk ekzistonin ende, por në fakt motorët me avull dhe makinat ICE u zhvilluan në të njëjtën kohë. Meqenëse inxhinierët kishin tashmë 100 vjet përvojë me motorët me avull, motori me avull pati një fillim mjaft të madh. Ndërsa boshtet me gunga manuale po shtrëngonin duart e operatorëve fatkeq, deri në vitin 1900 motorët me avull ishin tashmë plotësisht të automatizuar - dhe pa një tufë ose kuti ingranazhi (avulli siguron presion të vazhdueshëm, në krahasim me goditjen e një motori me djegie të brendshme), shumë i lehtë për t'u përdorur. Paralajmërimi i vetëm është se duhet të prisni disa minuta që bojleri të nxehet.
Megjithatë, në pak vite, Henry Ford do të vijë dhe do të ndryshojë gjithçka. Megjithëse motori me avull ishte teknikisht më i lartë se motori me djegie të brendshme, ai nuk mund të përputhej me çmimin e prodhimit të Fords. Prodhuesit e makinave me avull u përpoqën të ndërronin ingranazhet dhe t'i tregtonin makinat e tyre si produkte luksoze, premium, por në vitin 1918 Ford Model T ishte gjashtë herë më i lirë se Steanley Steamer (motori më i njohur me avull në atë kohë). Me ardhjen e motorit elektrik të motorit në 1912 dhe rritjen e vazhdueshme të efikasitetit të motorit me djegie të brendshme, kaloi shumë pak kohë derisa motori me avull u zhduk nga rrugët tona.
Nen presion
Për 90 vitet e fundit, motorët me avull kanë mbetur në prag të zhdukjes dhe kafshët gjigante janë shfaqur në shfaqjet e makinave të vjetra, por jo shumë. Megjithatë, në heshtje, në sfond, kërkimi ka ecur në heshtje - pjesërisht për shkak të varësisë sonë nga turbinat me avull për të gjeneruar energji elektrike, dhe gjithashtu sepse disa njerëz besojnë se motorët me avull mund të performojnë më mirë se motorët me djegie të brendshme.
ICE-të kanë disavantazhe të qenësishme: kërkojnë lëndë djegëse fosile, gjenerojnë shumë ndotje dhe janë të zhurmshme. Motorët me avull, nga ana tjetër, janë shumë të qetë, shumë të pastër dhe mund të përdorin pothuajse çdo karburant. Motorët me avull, falë presionit të vazhdueshëm, nuk kërkojnë angazhim - ju merrni çift rrotullues dhe nxitim maksimal menjëherë, në qetësi. Për ngasjen në qytet, ku ndalimi dhe nisja konsumon sasi të mëdha lëndësh djegëse fosile, fuqia e vazhdueshme e motorëve me avull mund të jetë shumë interesante.
Teknologjia ka bërë një rrugë të gjatë që nga vitet 1920 - në radhë të parë, ne jemi tani mjeshtra materiale... Motorët origjinalë me avull kërkonin kaldaja të mëdha dhe të rënda për t'i bërë ballë nxehtësisë dhe presionit, dhe si rezultat, edhe motorët e vegjël me avull peshonin disa tonë. Me materiale moderne, motorët me avull mund të jenë po aq të lehta sa kushërinjtë e tyre. Hidhni një kondensator modern dhe një lloj kazani me avullues dhe mund të ndërtoni një motor me avull me efikasitet të mirë dhe kohë ngrohjeje në sekonda, jo në minuta.
Në vitet e fundit, këto përparime janë kombinuar në disa zhvillime emocionuese. Në vitin 2009, ekipi britanik vendosi një rekord të ri të shpejtësisë së erës me energji me avull prej 148 mph, duke thyer më në fund rekordin e raketave Stanley që kishte qëndruar për më shumë se 100 vjet. Në vitet 1990, divizioni i kërkimit dhe zhvillimit të Volkswagen, Enginion, tha se kishte ndërtuar një motor me avull që ishte po aq efikas sa një motor me djegie të brendshme, por me emetime më të ulëta. Vitet e fundit, Cyclone Technologies pretendon se ka zhvilluar një motor me avull që është dy herë më efikas se një motor me djegie të brendshme. Megjithatë, deri më sot, asnjë motor nuk ka gjetur rrugën e tij në një automjet komercial.
Duke ecur përpara, nuk ka gjasa që motorët me avull të dalin ndonjëherë nga një motor me djegie të brendshme, qoftë edhe vetëm për shkak të momentit të jashtëzakonshëm të Big Oil. Megjithatë, një ditë kur më në fund vendosim të hedhim një vështrim serioz në të ardhmen e transportit personal, ndoshta hiri i qetë, i gjelbër dhe rrëshqitës i energjisë së avullit do të ketë një shans të dytë.
Motorët me avull të kohës sonë
Teknologjia.
Energji inovative. NanoFlowcell® është aktualisht sistemi më inovativ dhe më i fuqishëm i ruajtjes së energjisë për aplikacione të lëvizshme dhe të palëvizshme. Ndryshe nga bateritë konvencionale, nanoFlowcell® mundësohet nga elektrolitë të lëngshëm (bi-ION) që mund të ruhen larg vetë qelizës. Shkarkimet e një makine me këtë teknologji janë avujt e ujit.
Ashtu si një qelizë rrjedhëse konvencionale, lëngjet elektrolitike të ngarkuara pozitivisht dhe negativisht ruhen veçmas në dy rezervuarë dhe, si një qelizë rrjedhëse konvencionale ose qelizë karburanti, pompohen përmes një konverteri (qeliza e vërtetë nanoFlow) në qarqe të veçanta.
Këtu, dy qarqet e elektrolitit ndahen vetëm nga një membranë e përshkueshme. Shkëmbimi i joneve ndodh sapo tretësirat e elektroliteve pozitive dhe negative kalojnë me njëra-tjetrën në të dy anët e membranës së konvertuesit. Kjo konverton energjinë kimike të lidhur me bi-jon në energji elektrike, e cila më pas është drejtpërdrejt e disponueshme për konsumatorët e energjisë elektrike.
Ashtu si automjetet me hidrogjen, "shteri" i prodhuar nga nanoFlowcell EV është avulli i ujit. Por a janë emetimet e avullit të ujit nga automjetet elektrike të ardhshme miqësore me mjedisin?
Kritikët e lëvizshmërisë elektronike po vënë gjithnjë e më shumë në pikëpyetje përputhshmërinë mjedisore dhe qëndrueshmërinë e burimeve alternative të energjisë. Për shumë njerëz, lëvizjet elektrike të makinave janë një kompromis mediokër midis drejtimit me emetim zero dhe teknologjisë së gjelbër. Bateritë konvencionale të litium-jonit ose hidridit të metalit nuk janë as të qëndrueshme dhe as të përputhshme me mjedisin - jo në prodhim, në përdorim ose në riciklim, edhe nëse reklamat sugjerojnë "lëvizshmëri elektronike" të pastër.
NanoFlowcell Holdings gjithashtu pyetet shpesh për qëndrueshmërinë dhe përputhshmërinë mjedisore të teknologjisë nanoFlowcell dhe elektroliteve bi-jonike. Si vetë qeliza nanoFlow, ashtu edhe solucionet e elektrolitit bi-ION që kërkohen për ta fuqizuar atë, prodhohen në një mënyrë miqësore me mjedisin nga lëndë të para miqësore me mjedisin. Gjatë funksionimit, teknologjia nanoFlowcell është plotësisht jotoksike dhe nuk dëmton shëndetin në asnjë mënyrë. Bi-ION, i cili përbëhet nga një tretësirë ujore pak e kripur (kripëra organike dhe minerale të tretura në ujë) dhe transportues aktual të energjisë (elektrolite), është gjithashtu i sigurt për mjedisin kur përdoret dhe riciklohet.
Si funksionon makina nanoFlowcell në një automjet elektrik? Ngjashëm me një makinë me benzinë, tretësira e elektrolitit konsumohet në një automjet elektrik me qelizë nanoflow. Brenda rubinetit nano (qeliza e rrjedhës aktuale), një zgjidhje elektrolite e ngarkuar pozitivisht dhe një zgjidhje negative pompohet përmes membranës qelizore. Reaksioni - shkëmbimi i joneve - zhvillohet midis tretësirave të elektrolitit të ngarkuar pozitivisht dhe negativisht. Kështu, energjia kimike që përmbahet në bi-jonet çlirohet si energji elektrike, e cila më pas përdoret për të drejtuar motorët elektrikë. Kjo ndodh për sa kohë që elektrolitet pompohen përmes membranës dhe reagojnë. Në rastin e makinës me nanoflow QUANTiNO, një rezervuar elektroliti është i mjaftueshëm për mbi 1000 kilometra. Pas zbrazjes, rezervuari duhet të rimbushet.
Çfarë “mbeturinash” gjenerohen nga një automjet elektrik me qeliza nanoflow? Në një automjet konvencional me një motor me djegie të brendshme, djegia e lëndëve djegëse fosile (benzinë ose naftë) prodhon gazra të rrezikshëm të shkarkimit - kryesisht dioksid karboni, oksidet e azotit dhe dioksid squfuri - të cilat janë identifikuar nga shumë studiues si një shkak i ndryshimeve klimatike. ndryshim. Megjithatë, emetimet e vetme nga një automjet nanoFlowcell gjatë vozitjes janë - pothuajse si një automjet me hidrogjen - të përbëra pothuajse tërësisht nga uji.
Pasi u bë shkëmbimi i joneve në nanoqelizë, përbërja kimike e tretësirës së elektrolitit bi-ION mbeti praktikisht e pandryshuar. Ai nuk është më reaktiv dhe për këtë arsye konsiderohet "i shpenzuar" pasi nuk mund të rimbushet. Prandaj, për aplikimet celulare të teknologjisë nanoFlowcell, siç janë automjetet elektrike, u mor vendimi për avullimin mikroskopik dhe lëshimin e elektrolitit të tretur ndërsa automjeti është në lëvizje. Mbi 80 km/h, kontejneri i mbetjeve elektrolitike zbrazet përmes grykave spërkatës jashtëzakonisht të imta duke përdorur një gjenerator të drejtuar nga energjia e lëvizjes. Elektrolitet dhe kripërat filtrohen paraprakisht mekanikisht. Lëshimi i ujit të pastruar aktualisht në formën e avullit të ujit të ftohtë (mjegull mikro-fine) është plotësisht i pajtueshëm me mjedisin. Filtri ndryshon me rreth 10 g.
Avantazhi i kësaj zgjidhjeje teknike është se rezervuari i automjetit zbrazet gjatë drejtimit normal dhe mund të rimbushet lehtësisht dhe shpejt pa nevojën e pompimit.
Një zgjidhje alternative, e cila është disi më komplekse, është mbledhja e tretësirës së elektrolitit të shpenzuar në një rezervuar të veçantë dhe dërgimi i saj për riciklim. Kjo zgjidhje është projektuar për aplikacione të tilla të palëvizshme nanoFlowcell.
Megjithatë, shumë kritikë tani sugjerojnë se lloji i avullit të ujit, i cili lirohet gjatë shndërrimit të hidrogjenit në qelizat e karburantit ose si rezultat i avullimit të lëngut elektrolitik në rastin e heqjes nano, është teorikisht një gaz serrë që mund të ketë ndikim në ndryshimin e klimës. Si lindin këto thashetheme?
Ne i shikojmë emetimet e avujve të ujit për sa i përket rëndësisë së tyre mjedisore dhe pyesim se sa më shumë avuj uji mund të pritet nga përdorimi i gjerë i automjeteve me qeliza nanoflow krahasuar me teknologjitë tradicionale të drejtimit dhe nëse këto emetime H2 O mund të kenë ndikime negative mjedisore. E mërkurë.
Gazet më të rëndësishme serrë natyrore - së bashku me CH 4, O 3 dhe N 2 O - janë avujt e ujit dhe CO 2. Dioksidi i karbonit dhe avujt e ujit janë tepër të rëndësishëm në ruajtjen e klimës globale. Rrezatimi diellor që arrin në tokë absorbohet dhe ngroh tokën, e cila nga ana tjetër rrezaton nxehtësi në atmosferë. Megjithatë, pjesa më e madhe e kësaj nxehtësie të rrezatuar ikën përsëri në hapësirë nga atmosfera e tokës. Dioksidi i karbonit dhe avujt e ujit kanë vetitë e gazeve serrë, duke formuar një "shtresë mbrojtëse" që parandalon të gjithë nxehtësinë e rrezatuar të ikë përsëri në hapësirë. Në një kontekst natyror, ky efekt serë është kritik për mbijetesën tonë në Tokë - pa dioksid karboni dhe avujt e ujit, atmosfera e Tokës do të ishte armiqësore ndaj jetës.
Efekti serë bëhet problematik vetëm kur ndërhyrja e paparashikueshme njerëzore prish ciklin natyror. Kur, përveç gazeve serrë natyrore, njerëzit shkaktojnë përqendrime më të larta të gazeve serë në atmosferë duke djegur lëndët djegëse fosile, kjo rrit ngrohjen e atmosferës së tokës.
Duke qenë pjesë e biosferës, njerëzit në mënyrë të pashmangshme ndikojnë në mjedis dhe, për rrjedhojë, në sistemin klimatik, me vetë ekzistencën e tyre. Rritja e vazhdueshme e popullsisë së Tokës pas epokës së gurit dhe krijimi i vendbanimeve disa mijëra vjet më parë, lidhur me kalimin nga jeta nomade në bujqësi dhe blegtori, ka ndikuar tashmë në klimën. Gati gjysma e pyjeve dhe pyjeve origjinale në botë janë pastruar për qëllime bujqësore. Pyjet janë - së bashku me oqeanet - një prodhues kryesor i avullit të ujit.
Avulli i ujit është absorbuesi kryesor i rrezatimit termik në atmosferë. Avulli i ujit është mesatarisht 0,3% në masë të atmosferës, dioksidi i karbonit - vetëm 0,038%, që do të thotë se avulli i ujit përbën 80% të masës së gazeve serrë në atmosferë (rreth 90% në vëllim) dhe, duke marrë parasysh nga 36 në 66% Është gazi serrë më i rëndësishëm për ekzistencën tonë në tokë.
Tabela 3: Pjesa atmosferike e gazeve më të rëndësishme serë, si dhe pjesa absolute dhe relative e rritjes së temperaturës (Zittel)