Dampfmaschinenmechanismus. Moderne Dampfmaschine

Dampfmaschine

Herstellungsschwierigkeiten: ★★★★☆

Produktionszeit: Ein Tag

Vorhandene Materialien: ████████░░ 80%

In diesem Artikel erkläre ich Ihnen, wie Sie mit Ihren eigenen Händen eine Dampfmaschine bauen. Der Motor wird ein kleiner Einkolbenmotor mit einer Spule sein. Die Leistung reicht völlig aus, um den Rotor eines kleinen Generators zu drehen und diesen Motor beim Wandern als autarke Stromquelle zu nutzen.

• Teleskopantenne (kann von einem alten Fernseher oder Radio entfernt werden), der Durchmesser des dicksten Rohrs muss mindestens 8 mm betragen
• Röhrchen für ein Kolbenpaar (Sanitärgeschäft).
• Kupferdraht mit einem Durchmesser von ca. 1,5 mm (erhältlich im Trafospulen- oder Radioshop).
• Bolzen, Muttern, Schrauben
• Blei (in einem Angelgeschäft oder in einem alten Autobatterie). Es wird benötigt, um das Schwungrad zu formen. Ich habe ein fertiges Schwungrad gefunden, aber dieser Artikel könnte für Sie nützlich sein.
• Holzstäbe.
• Speichen für Fahrradräder
• Ständer (in meinem Fall aus einer 5 mm dicken Textolitplatte, aber auch Sperrholz ist geeignet).
• Holzklötze (Brettstücke)
• Olivenglas
• Eine Tube

• Sekundenkleber, Kaltschweißen, Epoxidharz (Baumarkt).
• Schmirgel
• Bohren
• Lötkolben
• Säge

Wie man eine Dampfmaschine baut




Motordiagramm






Zylinder und Spulenrohr.

3 Stücke von der Antenne abschneiden:
? Das erste Stück ist 38 mm lang und hat einen Durchmesser von 8 mm (der Zylinder selbst).
? Das zweite Stück ist 30 mm lang und hat einen Durchmesser von 4 mm.
? Die dritte ist 6 mm lang und hat einen Durchmesser von 4 mm.




Nehmen Sie Rohr Nr. 2 und machen Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 4 mm in der Mitte. Nehmen Sie Rohr Nr. 3 und kleben Sie es senkrecht auf Rohr Nr. 2, nachdem der Sekundenkleber getrocknet ist, bedecken Sie alles mit Kaltschweißen (z. B. POXIPOL).




Wir befestigen eine runde Eisenscheibe mit einem Loch in der Mitte an Stück Nr. 3 (Durchmesser - etwas mehr als Rohr Nr. 1) und verstärken sie nach dem Trocknen durch Kaltschweißen.


Zusätzlich überziehen wir alle Nähte mit Epoxidharz für eine bessere Dichtheit.

Wie man einen Kolben mit einer Pleuelstange herstellt

Wir nehmen einen Bolzen (1) mit einem Durchmesser von 7 mm und spannen ihn in einen Schraubstock. Wir fangen an, Kupferdraht (2) für etwa 6 Windungen darum zu wickeln. Wir beschichten jede Windung mit Sekundenkleber. Wir schneiden die überschüssigen Enden des Bolzens ab.




Wir bedecken den Draht mit Epoxid. Nach dem Trocknen stellen wir den Kolben mit Sandpapier unter dem Zylinder so ein, dass er sich dort frei bewegt, ohne Luft durchzulassen.




Aus einem Aluminiumblech machen wir einen Streifen von 4 mm Länge und 19 mm Länge. Wir geben ihm die Form des Buchstabens P (3).




Wir bohren Löcher (4) mit einem Durchmesser von 2 mm an beiden Enden, damit ein Stück Stricknadel eingeführt werden kann. Die Seiten des U-förmigen Teils sollten 7 x 5 x 7 mm betragen. Wir kleben es mit der Seite von 5 mm auf den Kolben.





Wir machen eine Pleuelstange (5) aus einer Fahrradstricknadel. Kleben Sie an beiden Enden der Speichen zwei kleine Röhrchen (6) von der Antenne mit einem Durchmesser und einer Länge von 3 mm auf. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Pleuelstange beträgt 50 mm. Als nächstes stecken wir die Pleuelstange mit einem Ende in das U-förmige Teil und fixieren es mit einer Stricknadel.


Wir kleben die Stricknadel an beiden Enden, damit sie nicht herausfällt.






Pleuelstange dreieckig

Die dreieckige Pleuelstange wird auf ähnliche Weise hergestellt, nur auf der einen Seite befindet sich ein Stück Stricknadel und auf der anderen Seite ein Rohr. Pleuellänge 75 mm.







Dreieck und Spule


Schneiden Sie ein Dreieck aus einem Blech aus und bohren Sie 3 Löcher hinein.
Spule. Der Schieberkolben ist 3,5 mm lang und muss sich frei auf dem Schieberrohr bewegen. Die Schaftlänge hängt von der Größe Ihres Schwungrads ab.






Die Kröpfung der Kolbenstange sollte 8 mm und die Kröpfung der Spule 4 mm betragen.


• Dampfkessel

  
  Der Dampfkessel wird ein Glas Oliven mit einem versiegelten Deckel sein. Ich habe auch eine Mutter gelötet, damit Wasser durch sie gegossen und mit einer Schraube festgezogen werden kann. Ich habe auch das Rohr an den Deckel gelötet.
  Hier ist ein Bild:
  

  

  
  

  Foto der Motormontage

  
  

  Wir montieren den Motor auf einer Holzplattform und platzieren jedes Element auf einer Stütze

  
  

  

  
  

  

  
  

  

  
  

  Dampfmaschinen-Video

  
  
  
  

• Version 2.0

  
  Kosmetische Modifikation des Motors. Der Tank hat jetzt eine eigene Holzplattform und eine Untertasse für eine Trockenbrennstofftablette. Alle Details sind in schönen Farben gemalt. Übrigens, als Wärmequelle ist es am besten, hausgemachtes zu verwenden

Dampfmaschinen wurden als Antriebsmaschine in Pumpstationen, Lokomotiven, auf Dampfschiffen, Traktoren, Dampfautos und anderen eingesetzt. Fahrzeug Oh. Dampfmaschinen trugen zur weit verbreiteten kommerziellen Nutzung von Maschinen in Unternehmen bei und waren die Energiegrundlage der industriellen Revolution des 18. Jahrhunderts. Dampfmaschinen wurden später durch Verbrennungsmotoren, Dampfturbinen, Elektromotoren und Kernreaktoren ersetzt, die effizienter sind.

Dampfmaschine in Aktion

Erfindung und Entwicklung

Das erste bekannte dampfbetriebene Gerät wurde im ersten Jahrhundert von Heron von Alexandria beschrieben, das sogenannte "Reiherbad" oder "Aeolipil". Der tangential aus den an der Kugel befestigten Düsen austretende Dampf versetzte diese in Rotation. Es wird angenommen, dass die Umwandlung von Dampf in mechanische Bewegung bereits in der Zeit der Römerherrschaft in Ägypten bekannt war und in einfachen Geräten eingesetzt wurde.

Erste Industriemotoren

Keine der beschriebenen Vorrichtungen wurde tatsächlich als Mittel zur Lösung nützlicher Probleme verwendet. Die erste in der Produktion verwendete Dampfmaschine war die „Feuerwehrmaschine“, die 1698 vom englischen Militäringenieur Thomas Savery entworfen wurde. Savery erhielt 1698 ein Patent für sein Gerät. Es war eine hin- und hergehende Dampfpumpe und offensichtlich nicht sehr effizient, da die Wärme des Dampfes jedes Mal verloren ging, wenn der Behälter gekühlt wurde, und ziemlich gefährlich im Betrieb, da aufgrund des hohen Drucks des Dampfes die Tanks und Motorleitungen manchmal beschädigt wurden explodiert. Da dieses Gerät sowohl zum Drehen der Räder einer Wassermühle als auch zum Pumpen von Wasser aus Bergwerken verwendet werden konnte, nannte der Erfinder es einen "Freund des Bergmanns".

Dann demonstrierte der englische Schmied Thomas Newcomen 1712 seine „atmosphärische Maschine“, die erste Dampfmaschine, für die es eine kommerzielle Nachfrage geben konnte. Es war eine verbesserte Savery-Dampfmaschine, bei der Newcomen deutlich reduzierte Betriebsdruck Paar. Newcomen basiert möglicherweise auf einer Beschreibung von Papins Experimenten der Royal Society of London, zu der er möglicherweise durch ein Mitglied der Gesellschaft, Robert Hooke, der mit Papin zusammenarbeitete, Zugang hatte.

Diagramm der Newcomen-Dampfmaschine.
– Dampf wird lila dargestellt, Wasser blau.
– Offene Ventile werden grün, geschlossene Ventile rot dargestellt

Die erste Anwendung des Newcomen-Motors bestand darin, Wasser aus einer tiefen Mine zu pumpen. In der Minenpumpe war die Wippe mit einer Stange verbunden, die in die Mine zur Pumpenkammer hinabstieg. Die hin- und hergehenden Bewegungen des Schubs wurden auf den Kolben der Pumpe übertragen, die Wasser nach oben lieferte. Die Ventile der frühen Newcomen-Motoren wurden von Hand geöffnet und geschlossen. Die erste Verbesserung war die Automatisierung der Ventile, die von der Maschine selbst angetrieben wurden. Der Legende nach wurde diese Verbesserung 1713 von dem Jungen Humphrey Potter vorgenommen, der die Ventile öffnen und schließen musste; Als er es satt hatte, band er die Ventilgriffe mit Seilen fest und ging mit den Kindern spielen. Bis 1715 wurde bereits ein Hebelsteuerungssystem geschaffen, das vom Mechanismus des Motors selbst angetrieben wurde.

Die erste Zweizylinder-Vakuumdampfmaschine in Russland wurde 1763 vom Mechaniker I. I. Polzunov entworfen und 1764 gebaut, um Gebläsebälge in den Fabriken von Barnaul Kolyvano-Voskresensky anzutreiben.

Humphrey Gainsborough baute in den 1760er Jahren ein Modell einer Kondensatordampfmaschine. 1769 patentierte der schottische Mechaniker James Watt (vielleicht unter Verwendung von Gainsboroughs Ideen) die ersten großen Verbesserungen an Newcomens Vakuummotor, die ihn viel sparsamer machten. Watts Beitrag bestand darin, die Kondensationsphase des Vakuummotors in einer separaten Kammer zu trennen, während Kolben und Zylinder auf Dampftemperatur waren. Watt fügte dem Newcomen-Motor einige weitere wichtige Details hinzu: Er platzierte einen Kolben im Inneren des Zylinders, um Dampf auszustoßen, und wandelte die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung des Antriebsrads um.

Basierend auf diesen Patenten baute Watt in Birmingham eine Dampfmaschine. Bis 1782 war die Dampfmaschine von Watt mehr als dreimal so effizient wie die von Newcomen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades des Wattmotors führte zur Nutzung der Dampfkraft in der Industrie. Darüber hinaus ermöglichte der Watt-Motor im Gegensatz zum Newcomen-Motor die Übertragung von Drehbewegungen, während bei frühen Modellen von Dampfmaschinen der Kolben mit dem Kipphebel und nicht direkt mit der Pleuelstange verbunden war. Diese Maschine hatte bereits die Hauptmerkmale moderner Dampfmaschinen.

Eine weitere Effizienzsteigerung war der Einsatz von Hochdruckdampf (Amerikaner Oliver Evans und Engländer Richard Trevithick). R. Trevithick baute erfolgreich industrielle Eintakt-Hochdruckmotoren, die als "Cornish-Motoren" bekannt sind. Sie arbeiteten bei 50 psi oder 345 kPa (3,405 Atmosphären). Mit zunehmendem Druck stieg jedoch auch die Gefahr von Explosionen in Maschinen und Kesseln, was zunächst zu zahlreichen Unfällen führte. Aus dieser Sicht war das wichtigste Element der Hochdruckmaschine das Sicherheitsventil, das den Überdruck abließ. Zuverlässig u sichere Operation begann erst mit dem Sammeln von Erfahrungen und der Standardisierung von Verfahren für Bau, Betrieb und Wartung von Anlagen.

Der französische Erfinder Nicolas-Joseph Cugnot demonstrierte 1769 das erste funktionierende selbstfahrende Dampffahrzeug: den „fardier à vapeur“ (Dampfwagen). Vielleicht kann seine Erfindung als das erste Automobil angesehen werden. Der selbstfahrende Dampftraktor erwies sich als sehr nützlich als mobile Quelle mechanischer Energie, die andere landwirtschaftliche Maschinen in Bewegung setzte: Dreschmaschinen, Pressen usw. Bereits 1788 verkehrte ein von John Fitch gebautes Dampfschiff regelmäßig entlang der Delaware River zwischen Philadelphia (Pennsylvania) und Burlington (Bundesstaat New York). Er hob 30 Passagiere an Bord und fuhr mit einer Geschwindigkeit von 7-8 Meilen pro Stunde. Das Dampfschiff von J. Fitch war kommerziell nicht erfolgreich, da eine gute Überlandstraße mit seiner Route konkurrierte. 1802 baute der schottische Ingenieur William Symington ein konkurrenzfähiges Dampfschiff, und 1807 verwendete der amerikanische Ingenieur Robert Fulton eine Watt-Dampfmaschine, um das erste kommerziell erfolgreiche Dampfschiff anzutreiben. Am 21. Februar 1804 wurde die erste von Richard Trevithick gebaute Eisenbahndampflokomotive mit Eigenantrieb in der Penydarren-Eisenhütte in Merthyr Tydfil in Südwales ausgestellt.

Kolbendampfmaschinen

Hubkolbenmotoren verwenden Dampfkraft, um einen Kolben in einer abgedichteten Kammer oder einem Zylinder zu bewegen. Die Hin- und Herbewegung eines Kolbens kann mechanisch in eine lineare Bewegung für Kolbenpumpen oder in eine Drehbewegung umgewandelt werden, um rotierende Teile von Werkzeugmaschinen oder Fahrzeugrädern anzutreiben.

Vakuummaschinen

Frühe Dampfmaschinen hießen zunächst "Feuerwehrautos", aber auch "atmosphärische" oder "kondensierende" Wattmaschinen. Sie arbeiteten nach dem Vakuumprinzip und werden daher auch als „Vakuummaschinen“ bezeichnet. Solche Maschinen arbeiteten zum Antrieb von Kolbenpumpen, jedenfalls gibt es keine Hinweise darauf, dass sie für andere Zwecke verwendet wurden. Beim Betrieb einer Vakuum-Dampfmaschine zu Beginn des Dampfkreislaufs niedriger Druck in die Arbeitskammer oder den Zylinder eingelassen wird. Anschließend schließt das Einlassventil und der Dampf kühlt ab und kondensiert. Bei einem Newcomen-Motor wird das Kühlwasser direkt in den Zylinder gespritzt und das Kondensat entweicht in einen Kondensatsammler. Dadurch entsteht im Zylinder ein Vakuum. Der atmosphärische Druck an der Oberseite des Zylinders drückt auf den Kolben und bewirkt, dass er sich nach unten bewegt, dh den Arbeitshub.

Das ständige Kühlen und Wiedererhitzen des Arbeitszylinders der Maschine war sehr verschwenderisch und ineffizient, aber diese Dampfmaschinen ermöglichten es, Wasser aus einer größeren Tiefe zu pumpen, als dies vor ihrem Erscheinen möglich war. In diesem Jahr erschien eine Version der Dampfmaschine, die von Watt in Zusammenarbeit mit Matthew Boulton entwickelt wurde und deren Hauptinnovation die Entfernung des Kondensationsprozesses in einer speziellen separaten Kammer (Kondensator) war. Diese Kammer wurde in ein kaltes Wasserbad gestellt und durch ein durch ein Ventil verschlossenes Rohr mit dem Zylinder verbunden. An der Kondensationskammer wurde eine spezielle kleine Vakuumpumpe (Prototyp einer Kondensatpumpe) angebracht, die von einer Wippe angetrieben wurde und dazu diente, Kondensat aus dem Kondensator zu entfernen. Das dabei entstehende heiße Wasser wurde durch eine spezielle Pumpe (ein Prototyp der Speisepumpe) wieder dem Kessel zugeführt. Eine weitere radikale Neuerung war der Verschluss des oberen Endes des Arbeitszylinders, an dessen Spitze sich nun Niederdruckdampf befand. Derselbe Dampf war im Doppelmantel des Zylinders vorhanden und hielt seine konstante Temperatur aufrecht. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wurde dieser Dampf durch spezielle Rohre in den unteren Teil des Zylinders geleitet, um beim nächsten Hub zu kondensieren. Die Maschine war tatsächlich nicht mehr "atmosphärisch", und ihre Leistung hing jetzt von der Druckdifferenz zwischen Niederdruckdampf und dem erreichbaren Vakuum ab. Bei der Newcomen-Dampfmaschine wurde der Kolben mit einer kleinen Menge Wasser darüber geschmiert, bei der Watt-Maschine wurde dies unmöglich, da sich nun Dampf im oberen Teil des Zylinders befand, musste mit a auf Schmierung umgestellt werden Gemisch aus Fett und Öl. Das gleiche Fett wurde in der Zylinderstangen-Stopfbuchse verwendet.

Vakuumdampfmaschinen waren trotz der offensichtlichen Einschränkungen ihrer Effizienz relativ sicher, da sie Niederdruckdampf verwendeten, was durchaus mit dem allgemein niedrigen Niveau der Kesseltechnologie des 18. Jahrhunderts übereinstimmte. Die Leistung der Maschine wurde durch den niedrigen Dampfdruck, die Zylindergröße, die Verbrennungsrate des Kraftstoffs und die Wasserverdampfung im Kessel sowie die Größe des Kondensators begrenzt. Der maximale theoretische Wirkungsgrad wurde durch die relativ kleine Temperaturdifferenz auf beiden Seiten des Kolbens begrenzt; Dies machte Vakuummaschinen für den industriellen Einsatz zu groß und teuer.

Kompression

Die Auslassöffnung eines Dampfmaschinenzylinders schließt kurz bevor der Kolben seine Endposition erreicht, wodurch etwas Abdampf im Zylinder verbleibt. Das bedeutet, dass es im Arbeitszyklus eine Kompressionsphase gibt, die das sogenannte „Dampfpolster“ bildet, das die Bewegung des Kolbens in seinen Endlagen verlangsamt. Außerdem entfällt der plötzliche Druckabfall ganz am Anfang der Ansaugphase, wenn Frischdampf in den Zylinder eintritt.

Vorauszahlung

Der beschriebene Effekt des "Dampfpolsters" wird noch dadurch verstärkt, dass das Ansaugen von Frischdampf in den Zylinder etwas früher beginnt, als der Kolben die Endlage erreicht, also ein Voreilen des Ansaugens erfolgt. Dieser Vorlauf ist notwendig, damit der Dampf, bevor der Kolben seinen Arbeitshub unter Einwirkung von Frischdampf beginnt, Zeit hätte, den Totraum zu füllen, der durch die vorherige Phase entstanden ist, dh die Einlass- und Auslasskanäle und die Volumen des Zylinders, das nicht für die Kolbenbewegung verwendet wird.

einfache Erweiterung

Eine einfache Expansion geht davon aus, dass der Dampf nur funktioniert, wenn er im Zylinder expandiert, und der Abdampf direkt in die Atmosphäre abgegeben wird oder in einen speziellen Kondensator eintritt. Die Restwärme des Dampfes kann dann beispielsweise zum Beheizen eines Raumes oder eines Fahrzeugs sowie zum Vorwärmen des in den Kessel eintretenden Wassers genutzt werden.

Verbindung

Beim Expansionsvorgang im Zylinder einer Hochdruckmaschine sinkt die Temperatur des Dampfes proportional zu seiner Expansion. Da kein Wärmeaustausch stattfindet (adiabatischer Prozess), stellt sich heraus, dass der Dampf mit einer höheren Temperatur in den Zylinder eintritt als er ihn verlässt. Solche Temperaturschwankungen im Zylinder führen zu einer Verringerung der Effizienz des Prozesses.

Eine der Methoden zum Umgang mit diesem Temperaturunterschied wurde 1804 von dem englischen Ingenieur Arthur Wolfe vorgeschlagen, der sich patentieren ließ Wulff-Hochdruck-Verbunddampfmaschine. In dieser Maschine trat Hochtemperaturdampf aus dem Dampfkessel in den Hochdruckzylinder ein, und dann trat der darin bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck ausgestoßene Dampf in den Niederdruckzylinder (oder die Niederdruckzylinder) ein. Dies reduzierte die Temperaturdifferenz in jedem Zylinder, was im Allgemeinen Temperaturverluste reduzierte und den Gesamtwirkungsgrad der Dampfmaschine verbesserte. Der Niederdruckdampf hatte ein größeres Volumen und erforderte daher ein größeres Volumen des Zylinders. Daher hatten die Niederdruckzylinder in Verbundmaschinen einen größeren Durchmesser (und manchmal länger) als die Hochdruckzylinder.

Diese Anordnung ist auch als "Doppelexpansion" bekannt, da die Dampfexpansion in zwei Stufen erfolgt. Manchmal wurde ein Hochdruckzylinder mit zwei Niederdruckzylindern verbunden, was zu drei ungefähr gleich großen Zylindern führte. Ein solches Schema war leichter auszugleichen.

Zweizylinder-Compoundiermaschinen können klassifiziert werden als:

• Kreuzverbindung- Zylinder sind nebeneinander angeordnet, ihre dampfführenden Kanäle sind gekreuzt.
• Tandem-Verbindung- Zylinder sind in Reihe angeordnet und verwenden eine Stange.
• Winkelverbindung- Die Zylinder stehen in einem Winkel zueinander, normalerweise 90 Grad, und arbeiten an einer Kurbel.

Nach den 1880er Jahren verbreiteten sich Verbunddampfmaschinen in der Herstellung und im Transportwesen und wurden praktisch zum einzigen Typ, der auf Dampfschiffen verwendet wurde. Ihr Einsatz bei Dampflokomotiven war nicht so weit verbreitet, da sie sich unter anderem aufgrund der schwierigen Einsatzbedingungen von Dampfmaschinen im Schienenverkehr als zu aufwendig erwiesen. Obwohl Verbundlokomotiven nie zu einem Mainstream-Phänomen wurden (insbesondere in Großbritannien, wo sie sehr selten waren und nach den 1930er Jahren überhaupt nicht mehr verwendet wurden), erlangten sie in mehreren Ländern eine gewisse Popularität.

Mehrfache Erweiterung

Vereinfachtes Diagramm einer dreifachen Expansionsdampfmaschine.
Hochdruckdampf (rot) aus dem Kessel strömt durch die Maschine und verlässt den Kondensator mit niedrigem Druck (blau).

Die logische Weiterentwicklung des Verbundschemas war die Hinzufügung zusätzlicher Ausbaustufen, die die Arbeitseffizienz erhöhten. Das Ergebnis war ein mehrfaches Expansionsschema, das als dreifache oder sogar vierfache Expansionsmaschinen bekannt ist. Solche Dampfmaschinen verwendeten eine Reihe von doppeltwirkenden Zylindern, deren Volumen mit jeder Stufe zunahm. Manchmal wurde, anstatt das Volumen der Niederdruckzylinder zu erhöhen, eine Erhöhung ihrer Anzahl verwendet, genau wie bei einigen Verbundmaschinen.

Das Bild rechts zeigt eine Dreifachexpansionsdampfmaschine im Betrieb. Dampf durchströmt die Maschine von links nach rechts. Der Ventilblock jedes Zylinders befindet sich links vom entsprechenden Zylinder.

Das Erscheinungsbild dieser Art von Dampfmaschinen wurde für die Flotte besonders relevant, da die Größen- und Gewichtsanforderungen für Schiffsmotoren nicht sehr streng waren und vor allem dieses Schema die Verwendung eines Kondensators erleichterte, der den Abdampf in Form zurückführt Frischwasser zurück zum Boiler (die Verwendung von salzigem Meerwasser zum Betreiben der Boiler war nicht möglich). Bodendampfmaschinen hatten normalerweise keine Probleme mit der Wasserversorgung und konnten daher Abdampf in die Atmosphäre abgeben. Daher war ein solches System für sie weniger relevant, insbesondere angesichts seiner Komplexität, Größe und seines Gewichts. Die Dominanz von Mehrfachexpansionsdampfmaschinen endete erst mit dem Aufkommen und der weiten Verbreitung von Dampfturbinen. Moderne Dampfturbinen verwenden jedoch das gleiche Prinzip der Aufteilung der Strömung in Hoch-, Mittel- und Niederdruckzylinder.

Direktstrom-Dampfmaschinen

Durchlaufdampfmaschinen entstanden als Ergebnis eines Versuchs, einen Nachteil zu überwinden, der Dampfmaschinen mit traditioneller Dampfverteilung innewohnt. Tatsache ist, dass der Dampf in einer gewöhnlichen Dampfmaschine ständig seine Bewegungsrichtung ändert, da dasselbe Fenster auf jeder Seite des Zylinders sowohl für den Dampfeinlass als auch für den Dampfauslass verwendet wird. Wenn der Abdampf den Zylinder verlässt, kühlt er dessen Wände und Dampfverteilungskanäle. Frischdampf verbraucht dementsprechend einen gewissen Teil der Energie, um sie zu erhitzen, was zu einem Abfall des Wirkungsgrads führt. Durchlaufdampfmaschinen haben eine zusätzliche Öffnung, die am Ende jeder Phase von einem Kolben geöffnet wird und durch die der Dampf den Zylinder verlässt. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der Maschine, da sich der Dampf in eine Richtung bewegt und der Temperaturgradient der Zylinderwände mehr oder weniger konstant bleibt. Durchlaufmaschinen mit Einfachausdehnung weisen in etwa den gleichen Wirkungsgrad wie Verbundmaschinen mit konventioneller Dampfverteilung auf. Außerdem können sie für mehr arbeiten hohe Drehzahlen, und daher wurden sie vor dem Aufkommen von Dampfturbinen häufig zum Antrieb von elektrischen Generatoren verwendet, die hohe Drehzahlen erforderten.

Durchlaufdampfmaschinen sind entweder einfach- oder doppeltwirkend.

Dampfturbine

Eine Dampfturbine besteht aus einer Reihe rotierender Scheiben, die auf einer einzigen Achse befestigt sind, dem so genannten Turbinenrotor, und einer Reihe von feststehenden Scheiben, die abwechselnd mit ihnen auf einer Basis befestigt sind, dem so genannten Stator. Die Rotorscheiben haben auf der Außenseite Schaufeln, Dampf wird diesen Schaufeln zugeführt und dreht die Scheiben. Die Statorscheiben haben ähnliche Schaufeln, die in entgegengesetzten Winkeln angeordnet sind und dazu dienen, den Dampfstrom auf die folgenden Rotorscheiben umzulenken. Jede Rotorscheibe und ihre entsprechende Statorscheibe wird als Turbinenstufe bezeichnet. Anzahl und Größe der Stufen jeder Turbine werden so gewählt, dass die nutzbare Energie des zugeführten Dampfes mit der Geschwindigkeit und dem Druck maximiert wird. Der die Turbine verlassende Abdampf tritt in den Kondensator ein. Turbinen drehen sich mit sehr hohen Drehzahlen, und daher werden häufig spezielle Untersetzungsgetriebe verwendet, wenn Energie auf andere Geräte übertragen wird. Darüber hinaus können Turbinen ihre Drehrichtung nicht ändern und erfordern häufig zusätzliche Umkehrmechanismen (manchmal werden zusätzliche Umkehrdrehungsstufen verwendet).

Turbinen wandeln Dampfenergie direkt in Rotation um und benötigen keine zusätzlichen Mechanismen zum Umwandeln der hin- und hergehenden Bewegung in Rotation. Außerdem sind Turbinen kompakter als Hubkolbenmaschinen und haben eine konstante Kraft auf der Abtriebswelle. Da Turbinen einfacher aufgebaut sind, erfordern sie tendenziell weniger Wartung.

Andere Arten von Dampfmaschinen

Anwendung

Dampfmaschinen können nach ihrer Anwendung wie folgt eingeteilt werden:

Stationäre Maschinen

Dampfhammer

Dampfmaschine in einer alten Zuckerfabrik, Kuba

Stationäre Dampfmaschinen können je nach Einsatzart in zwei Typen eingeteilt werden:

• Variable Arbeitsmaschinen wie Walzwerke, Dampfwinden und ähnliche Geräte, die häufig anhalten und die Richtung ändern müssen.
• Kraftmaschinen, die selten stoppen und die Drehrichtung nicht ändern müssen. Dazu gehören Leistungsmotoren in Kraftwerken sowie Industriemotoren, die in Fabriken, Fabriken und Seilbahnen vor dem weit verbreiteten Einsatz der elektrischen Traktion eingesetzt wurden. Motoren mit geringer Leistung werden in Schiffsmodellen und in Spezialgeräten verwendet.

Die Dampfwinde ist im Wesentlichen ein stationärer Motor, jedoch fahrbar auf einem Grundrahmen montiert. Es kann durch ein Seil am Anker befestigt und durch seinen eigenen Schub an einen neuen Ort bewegt werden.

Transportfahrzeuge

Dampfmaschinen wurden verwendet, um verschiedene Arten von Fahrzeugen anzutreiben, darunter:

• Landfahrzeuge:
  • Dampfwagen
  • Dampftraktor
  • Dampfbagger und sogar
• Dampfflugzeug.

In Russland wurde 1834 von E. A. und M. E. Cherepanov im Werk Nischni Tagil die erste betriebsbereite Dampflokomotive zum Transport von Erz gebaut. Er entwickelte eine Geschwindigkeit von 13 Meilen pro Stunde und beförderte mehr als 200 Pfund (3,2 Tonnen) Fracht. Die Länge der ersten Eisenbahn betrug 850 m.

Vorteile von Dampfmaschinen

Der Hauptvorteil von Dampfmaschinen besteht darin, dass sie fast jede Wärmequelle nutzen können, um sie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Das unterscheidet sie von Motoren Verbrennungs, von denen jede Art die Verwendung einer bestimmten Art von Kraftstoff erfordert. Dieser Vorteil macht sich am deutlichsten bei der Nutzung von Kernenergie bemerkbar, da ein Kernreaktor keine mechanische Energie erzeugen kann, sondern nur Wärme erzeugt, die zur Erzeugung von Dampf verwendet wird, der Dampfmaschinen (meist Dampfturbinen) antreibt. Darüber hinaus gibt es andere Wärmequellen, die in Verbrennungsmotoren nicht genutzt werden können, wie z. B. Sonnenenergie. Eine interessante Richtung ist die Nutzung der Energie der Temperaturdifferenz des Weltozeans in verschiedenen Tiefen.

Auch andere Arten von Verbrennungsmotoren haben ähnliche Eigenschaften, wie zum Beispiel der Stirlingmotor, der einen sehr hohen Wirkungsgrad bieten kann, aber deutlich größer und schwerer als moderne Dampfmaschinentypen ist.

Dampflokomotiven funktionieren gut in großen Höhen, da ihre Effizienz nicht aufgrund des niedrigen atmosphärischen Drucks abfällt. In den Bergregionen Lateinamerikas werden nach wie vor Dampflokomotiven eingesetzt, obwohl sie im Flachland längst durch modernere Lokomotivtypen ersetzt wurden.

In der Schweiz (Brienz Rothhorn) und Österreich (Schafberg Bahn) haben sich neue Dampflokomotiven mit Trockendampf bewährt. Dieser Dampfloktyp wurde nach den Vorbildern der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) entwickelt, mit vielen modernen Verbesserungen wie der Verwendung von Wälzlagern, moderner Wärmedämmung, Verbrennung von Leichtölfraktionen als Brennstoff, verbesserten Dampfleitungen , usw. . Dadurch haben diese Lokomotiven einen um 60 % geringeren Kraftstoffverbrauch und einen deutlich geringeren Wartungsaufwand. Die wirtschaftlichen Qualitäten solcher Lokomotiven sind mit modernen Diesel- und Elektrolokomotiven vergleichbar.

Außerdem sind Dampflokomotiven deutlich leichter als Diesel- und Elektrolokomotiven, was insbesondere für den Bergbau gilt. Eisenbahnen. Ein Merkmal von Dampfmaschinen ist, dass sie kein Getriebe benötigen und die Kraft direkt auf die Räder übertragen.

Effizienz

Der Leistungskoeffizient (COP) einer Wärmekraftmaschine lässt sich als das Verhältnis von nutzbarer mechanischer Arbeit zu der im Brennstoff enthaltenen verbrauchten Wärmemenge definieren. Der Rest der Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. thermischen Wirkungsgrad Maschine ist gleich

,

Wenn Sie an „Dampfmaschinen“ denken, kommen Ihnen oft Dampflokomotiven oder Stanley-Dampfwagen in den Sinn, aber die Verwendung dieser Mechanismen ist nicht auf den Transport beschränkt. Dampfmaschinen, die erstmals vor etwa zweitausend Jahren in primitiver Form entwickelt wurden, sind in den letzten drei Jahrhunderten zu den größten Stromquellen geworden, und heute erzeugen Dampfturbinen etwa 80 Prozent des weltweiten Stroms. Um die Natur der physikalischen Kräfte hinter einem solchen Mechanismus besser zu verstehen, empfehlen wir Ihnen, Ihre eigene Dampfmaschine aus gewöhnlichen Materialien mit einer der hier vorgeschlagenen Methoden herzustellen! Um zu beginnen, gehen Sie zu Schritt 1.

Schritte

Dampfmaschine aus der Blechdose (für Kinder)

Schneiden Sie den Boden der Aludose in einem Abstand von 6,35 cm ab. Schneiden Sie den Boden der Aluminiumdose mit einer Metallschere gleichmäßig auf etwa ein Drittel ihrer Höhe.

Biegen und drücken Sie die Blende mit einer Zange. Um scharfe Kanten zu vermeiden, biegen Sie den Rand der Dose nach innen. Achten Sie bei dieser Aktion darauf, sich nicht zu verletzen.

Drücken Sie von innen auf den Boden des Glases, um es flach zu machen. Die meisten Getränkedosen aus Aluminium haben einen runden Boden, der sich nach innen krümmt. Glätte den Boden, indem du mit deinem Finger darauf drückst oder ein kleines Glas mit flachem Boden verwendest.

Machen Sie zwei Löcher in die gegenüberliegenden Seiten des Glases und treten Sie dabei 1,3 cm von der Oberseite zurück. Zum Lochen eignet sich sowohl ein Papierlocher als auch ein Nagel mit Hammer. Sie benötigen Löcher mit einem Durchmesser von etwas mehr als drei Millimetern.

Stellen Sie eine kleine Heizkerze in die Mitte des Glases. Knüllen Sie die Folie zusammen und legen Sie sie unter und um die Kerze herum, damit sie sich nicht bewegt. Solche Kerzen kommen meist in speziellen Ständern daher, damit das Wachs nicht schmelzen und in die Aludose fließen sollte.

Wickeln Sie den mittleren Teil des Kupferrohrs mit einer Länge von 15-20 cm in 2 oder 3 Windungen um den Stift, um eine Spule zu bilden. Das 3-mm-Rohr sollte sich leicht um den Bleistift biegen lassen. Du brauchst genug gebogenen Schlauch, um über die Oberseite des Glases zu laufen, plus zusätzliche 5 cm gerade auf jeder Seite.

Führen Sie die Enden der Rohre in die Löcher im Glas ein. Die Mitte der Serpentine sollte über dem Kerzendocht liegen. Es ist wünschenswert, dass die geraden Abschnitte des Rohrs auf beiden Seiten der Dose gleich lang sind.

Biegen Sie die Rohrenden mit einer Zange rechtwinklig. Biegen Sie die geraden Abschnitte des Rohrs so, dass sie von verschiedenen Seiten der Dose in entgegengesetzte Richtungen schauen. Dann wieder Biegen Sie sie so, dass sie unter den Boden des Glases fallen. Wenn alles fertig ist, sollte sich Folgendes herausstellen: Der Serpentinenteil des Rohrs befindet sich in der Mitte des Glases über der Kerze und geht in zwei geneigte "Düsen" über, die auf beiden Seiten des Glases in entgegengesetzte Richtungen schauen.

Tauchen Sie das Glas in eine Schüssel mit Wasser, während die Enden des Röhrchens eingetaucht sein sollten. Ihr "Boot" sollte sicher auf der Oberfläche halten. Wenn die Enden des Schlauchs nicht weit genug in das Wasser eingetaucht sind, versuchen Sie, das Gefäß etwas schwerer zu machen, aber ertrinken Sie es auf keinen Fall.

Füllen Sie das Rohr mit Wasser. bei den meisten auf einfache Weise senkt ein Ende ins Wasser und zieht am anderen Ende wie durch einen Strohhalm. Sie können auch einen Auslass des Schlauchs mit Ihrem Finger blockieren und den anderen unter einen Wasserstrahl aus dem Wasserhahn stellen.

Zünde eine Kerze an. Nach einer Weile erwärmt sich das Wasser im Rohr und kocht. Wenn es sich in Dampf verwandelt, tritt es durch die "Düsen" aus, wodurch sich das gesamte Glas in der Schüssel zu drehen beginnt.

Malkanne Dampfmaschine (für Erwachsene)

1. Schneiden Sie ein rechteckiges Loch in der Nähe des Bodens der 4-Liter-Farbdose. Machen Sie ein 15 x 5 cm großes horizontales rechteckiges Loch in der Seite des Glases in der Nähe des Bodens.

   • Sie müssen sicherstellen, dass diese Dose (und die andere gebrauchte) nur Latexfarbe enthält, und sie vor Gebrauch gründlich mit Seifenwasser waschen.

2. Schneiden Sie einen 12 x 24 cm großen Streifen aus Metallgitter zu. Biegen Sie 6 cm entlang der Länge von jeder Kante in einem Winkel von 90 o. Sie erhalten am Ende eine quadratische „Plattform“ von 12 x 12 cm mit zwei „Beinen“ von 6 cm. Legen Sie sie mit den „Beinen“ nach unten in das Glas und richten Sie sie an den Rändern des ausgeschnittenen Lochs aus.

   Machen Sie einen Halbkreis aus Löchern um den Umfang des Deckels. Anschließend verbrennen Sie Kohle in einer Kanne, um die Dampfmaschine mit Wärme zu versorgen. Bei Sauerstoffmangel brennt Kohle schlecht. Damit das Glas die nötige Belüftung hat, bohren oder stanzen Sie mehrere Löcher in den Deckel, die an den Rändern einen Halbkreis bilden.

   • Idealerweise sollte der Durchmesser der Belüftungslöcher etwa 1 cm betragen.

3. Machen Sie eine Spule aus einem Kupferrohr. Nehmen Sie etwa 6 m eines weichen Kupferrohrs mit einem Durchmesser von 6 mm und messen Sie 30 cm von einem Ende. Machen Sie von diesem Punkt aus fünf Windungen mit einem Durchmesser von 12 cm. Biegen Sie die verbleibende Länge des Rohrs in 15 Windungen von 8 cm im Durchmesser, es sollten noch ca. 20 cm übrig bleiben.

   Führen Sie beide Enden der Spule durch die Entlüftungslöcher in der Abdeckung. Biegen Sie beide Enden der Spule so, dass sie nach oben zeigen, und führen Sie beide durch eines der Löcher in der Abdeckung. Wenn die Länge des Rohrs nicht ausreicht, müssen Sie eine der Windungen leicht aufbiegen.

   Legen Sie die Serpentine und die Holzkohle in das Glas. Legen Sie die Serpentine auf die Mesh-Plattform. Füllen Sie den Raum um und innerhalb der Spule mit Holzkohle. Schließen Sie den Deckel fest.

   Bohren Sie Löcher für das Rohr in das kleinere Glas. Bohren Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 1 cm in die Mitte des Deckels eines Literglases. Bohren Sie zwei Löcher mit einem Durchmesser von 1 cm an der Seite des Glases - eines in der Nähe des Bodens des Glases und das zweite in der Nähe darüber der Deckel.

   Führen Sie das versiegelte Plastikröhrchen in die seitlichen Löcher des kleineren Glases ein. Bohren Sie mit den Enden des Kupferrohrs Löcher in die Mitte der beiden Stopfen. Stecken Sie in den einen Stopfen ein 25 cm langes starres Plastikrohr und in den anderen Stopfen das gleiche Rohr mit einer Länge von 10 cm. Sie sollten fest in den Stopfen sitzen und ein wenig herausschauen. Stecken Sie den Korken mit dem längeren Rohr in das untere Loch des kleineren Gefäßes und den Korken mit dem kürzeren Rohr in das obere Loch. Sichern Sie den Schlauch mit Klemmen an jedem Stecker.

   Verbinden Sie den Schlauch des größeren Glases mit dem Schlauch des kleineren Glases. Stellen Sie das kleinere Gefäß auf das größere Gefäß, wobei das Stöpselrohr von den Belüftungsöffnungen des größeren Gefäßes weg zeigt. Befestigen Sie das Rohr mit Metallband vom unteren Stopfen an dem Rohr, das unten aus der Kupferspule herauskommt. Befestigen Sie dann auf ähnliche Weise das Rohr vom oberen Stopfen an dem Rohr, das oben aus der Spule herauskommt.

   Paste Kupferrohr in die Anschlussdose. Verwenden Sie einen Hammer und einen Schraubendreher, um die Mitte des runden Elektrokastens aus Metall zu entfernen. Befestigen Sie die Klemme mit einem Sicherungsring unter dem Elektrokabel. Führen Sie 15 cm 1,3 cm Kupferschlauch in den Kabelbinder ein, so dass der Schlauch einige Zentimeter unter dem Loch in der Dose herausragt. Stumpfen Sie die Kanten dieses Endes mit einem Hammer nach innen. Führen Sie dieses Ende des Röhrchens in das Loch im Deckel des kleineren Glases ein.

   Führen Sie den Spieß in den Dübel ein. Nehmen Sie einen gewöhnlichen Grillspieß aus Holz und stecken Sie ihn in ein Ende eines 1,5 cm langen, hohlen Holzdübels mit 0,95 cm Durchmesser.

   • Während des Betriebs unseres Motors wirken der Spieß und der Dübel als "Kolben". Um die Kolbenbewegung besser zu sehen, können Sie eine kleine Papierfahne daran befestigen.

4. Bereiten Sie den Motor für die Arbeit vor. Entfernen Sie die Anschlussdose von der kleineren oberen Dose und füllen Sie die obere Dose mit Wasser und lassen Sie es in die Kupferspule überlaufen, bis die Dose zu 2/3 mit Wasser gefüllt ist. Überprüfen Sie alle Anschlüsse auf Undichtigkeiten. Verschließen Sie die Glasdeckel fest, indem Sie mit einem Hammer darauf klopfen. Bringen Sie die Anschlussdose wieder über dem kleineren oberen Glas an.

5. Den Motor starten! Knüllen Sie Zeitungsstücke zusammen und legen Sie sie in den Raum unter dem Netz an der Unterseite des Motors. Wenn die Holzkohle entzündet ist, lassen Sie sie etwa 20-30 Minuten lang brennen. Wenn sich das Wasser in der Spule erwärmt, beginnt sich Dampf in der oberen Bank anzusammeln. Wenn der Dampf genügend Druck erreicht, drückt er den Dübel und den Spieß nach oben. Nach dem Ablassen des Drucks bewegt sich der Kolben unter der Schwerkraft nach unten. Schneiden Sie bei Bedarf einen Teil des Spießes ab, um das Gewicht des Kolbens zu verringern - je leichter er ist, desto öfter "schwimmt" er. Versuchen Sie, einen Spieß mit einem solchen Gewicht herzustellen, dass der Kolben mit konstanter Geschwindigkeit "geht".

   • Sie können den Brennvorgang beschleunigen, indem Sie mit einem Fön den Luftstrom in die Lüftungsöffnungen erhöhen.

6. Pass auf dich auf. Dass bei der Arbeit und Handhabung einer selbstgebauten Dampfmaschine Sorgfalt geboten ist, ist für uns selbstverständlich. Lassen Sie es niemals drinnen laufen. Lassen Sie es niemals in der Nähe von brennbaren Materialien wie trockenem Laub oder überhängenden Ästen laufen. Betreiben Sie den Motor nur auf festem, nicht brennbarem Untergrund wie Beton. Wenn Sie mit Kindern oder Jugendlichen arbeiten, sollten Sie diese nicht unbeaufsichtigt lassen. Kinder und Jugendliche dürfen sich dem Motor nicht nähern, wenn darin Holzkohle brennt. Wenn Sie die Temperatur des Motors nicht kennen, gehen Sie davon aus, dass er so heiß ist, dass er nicht berührt werden sollte.

   • Stellen Sie sicher, dass Dampf aus dem oberen "Kessel" austreten kann. Wenn der Kolben aus irgendeinem Grund stecken bleibt, kann sich in der kleineren Dose Druck aufbauen. Im schlimmsten Fall kann die Bank explodieren, was sehr gefährlich.
• Platziere die Dampfmaschine auf dem Plastikboot und tauche beide Enden ins Wasser, um ein Dampfspielzeug zu erhalten. Sie können eine einfache Bootsform aus einer Plastikflasche mit Soda oder Bleichmittel schneiden, um Ihr Spielzeug "grüner" zu machen.

Am 12. April 1933 startete William Besler in einem dampfbetriebenen Flugzeug vom Oakland Municipal Airfield in Kalifornien.
Die Zeitungen schrieben:

„Der Start war in jeder Hinsicht normal, abgesehen von der Abwesenheit von Lärm. Als das Flugzeug bereits den Boden verlassen hatte, schien es den Beobachtern, dass es noch nicht genügend Geschwindigkeit erreicht hatte. Bei voller Leistung war der Lärm nicht stärker wahrnehmbar als bei einem Gleitflugzeug. Nur das Pfeifen der Luft war zu hören. Bei Volldampfbetrieb erzeugte der Propeller nur ein geringes Geräusch. Es war möglich, durch das Geräusch des Propellers das Geräusch der Flamme zu unterscheiden ...

Als das Flugzeug landete und die Feldgrenze überquerte, stoppte der Propeller und fuhr langsam an Rückseite indem Sie rückwärts fahren und dann leicht Gas geben. Schon bei sehr langsamer Rückwärtsdrehung der Schnecke wurde der Abstieg merklich steiler. Unmittelbar nach dem Aufsetzen gab der Pilot Vollgas umkehren, die zusammen mit den Bremsen das Auto schnell zum Stehen brachten. Der kurze Lauf machte sich in diesem Fall besonders bemerkbar, da während des Tests ruhiges Wetter herrschte und die Landebahn normalerweise mehrere hundert Fuß erreichte.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden fast jährlich Höhenrekorde von Flugzeugen aufgestellt:

Die Stratosphäre versprach erhebliche Vorteile für den Flug: weniger Luftwiderstand, Windkonstanz, Wolkenfreiheit, Tarnung, Unzugänglichkeit für die Luftverteidigung. Aber wie fliegt man in eine Höhe von beispielsweise 20 Kilometern?

Die Motorleistung [Benzin] sinkt schneller als die Luftdichte.

In einer Höhe von 7000 m nimmt die Motorleistung um fast das Dreifache ab. Um die Höhenqualität von Flugzeugen zu verbessern, wurden am Ende des imperialistischen Krieges in der Zeit von 1924 bis 1929 Versuche unternommen, Druckbeaufschlagung einzusetzen. Kompressoren werden noch stärker in die Produktion eingeführt. Allerdings wird es immer schwieriger, die Leistung eines Verbrennungsmotors in Höhen über 10 km aufrechtzuerhalten.

Um die „Höhengrenze“ anzuheben, richten die Konstrukteure aller Länder ihr Augenmerk zunehmend auf die Dampfmaschine, die als Höhenmaschine eine Reihe von Vorteilen hat. Einige Länder, wie zum Beispiel Deutschland, wurden durch strategische Erwägungen auf diesen Weg gedrängt, nämlich die Notwendigkeit, im Falle eines großen Krieges unabhängig von importiertem Öl zu werden.

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Versuche unternommen, eine Dampfmaschine in Flugzeuge einzubauen. Das schnelle Wachstum der Luftfahrtindustrie am Vorabend der Krise und die Monopolpreise für ihre Produkte ermöglichten es, sich nicht mit der Umsetzung experimenteller Arbeiten und angesammelter Erfindungen zu beeilen. Diese Versuche, die während der Wirtschaftskrise 1929-1933 eine besondere Tragweite erlangten. und die darauffolgende Depression sind für den Kapitalismus keine zufällige Erscheinung. In der Presse, vor allem in Amerika und Frankreich, wurde großen Konzernen oft vorgeworfen, Vereinbarungen zu haben, um die Umsetzung neuer Erfindungen künstlich zu verzögern.

Es haben sich zwei Richtungen herauskristallisiert. Die eine wird in Amerika von Besler präsentiert, der einen konventionellen Kolbenmotor in ein Flugzeug eingebaut hat, die andere ist auf die Verwendung einer Turbine als Flugmotor zurückzuführen und wird vor allem mit der Arbeit deutscher Designer in Verbindung gebracht.

Die Gebrüder Besler nahmen Dobles Kolbendampfmaschine für ein Auto als Grundlage und bauten sie in einen Travel-Air-Doppeldecker ein. [eine Beschreibung ihres Demonstrationsfluges befindet sich am Anfang des Beitrags].
Video von diesem Flug:

Die Maschine ist mit einem Umkehrmechanismus ausgestattet, mit dem Sie die Drehrichtung der Maschinenwelle nicht nur im Flug, sondern auch während der Landung einfach und schnell ändern können. Neben dem Propeller treibt der Motor über die Kupplung einen Lüfter an, der Luft in den Brenner bläst. Zu Beginn verwenden sie einen kleinen Elektromotor.

Die Maschine entwickelte eine Leistung von 90 PS, aber unter den Bedingungen eines bekannten Kesselantriebs kann ihre Leistung auf 135 PS gesteigert werden. Mit.
Dampfdruck im Kessel 125 at. Die Dampftemperatur wurde bei etwa 400–430° gehalten. Um den Betrieb des Kessels so weit wie möglich zu automatisieren, wurde ein Normalisator oder eine Vorrichtung verwendet, mit deren Hilfe Wasser unter einem bekannten Druck in den Überhitzer eingespritzt wurde, sobald die Dampftemperatur 400 ° überstieg. Der Kessel war mit einer Speisepumpe und einem Dampfantrieb sowie abdampfbeheizten primären und sekundären Speisewassererhitzern ausgestattet.

Das Flugzeug war mit zwei Kondensatoren ausgestattet. Ein stärkerer wurde vom Kühler des OX-5-Motors umgebaut und oben auf dem Rumpf montiert. Der schwächere ist aus dem Kondensator von Dobles Dampfwagen gefertigt und befindet sich unter dem Rumpf. Die Kapazität der Kondensatoren, hieß es in der Presse, reiche nicht aus, um die Dampfmaschine mit Vollgas ohne Entlüftung in die Atmosphäre laufen zu lassen, „und entspreche etwa 90 % der Reiseleistung“. Experimente zeigten, dass bei einem Verbrauch von 152 Litern Kraftstoff 38 Liter Wasser benötigt wurden.

Das Gesamtgewicht der Dampfanlage des Flugzeugs betrug 4,5 kg pro 1 Liter. Mit. Verglichen mit dem OX-5-Motor, der dieses Flugzeug antreibt, ergibt sich ein zusätzliches Gewicht von 300 Pfund (136 kg). Es besteht kein Zweifel, dass das Gewicht der gesamten Anlage durch leichtere Motorteile und Kondensatoren erheblich reduziert werden könnte.
Der Brennstoff war Gasöl. Die Presse behauptete, dass "zwischen dem Einschalten der Zündung und dem Starten mit voller Geschwindigkeit nicht mehr als 5 Minuten vergangen sind".

Eine andere Richtung in der Entwicklung eines Dampfkraftwerks für die Luftfahrt ist mit der Verwendung einer Dampfturbine als Motor verbunden.
1932-1934. Informationen über die Original-Dampfturbine für ein in Deutschland konstruiertes Flugzeug im Elektrowerk Klingenberg drangen in die ausländische Presse ein. Der Chefingenieur dieser Anlage, Hütner, wurde ihr Autor genannt.
Dabei wurden Dampferzeuger und Turbine zusammen mit dem Kondensator zu einer rotierenden Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst. Hütner: „Der Motor ist ein Kraftwerk, dessen charakteristisches Merkmal darin besteht, dass der rotierende Dampferzeuger mit der gegenläufigen Turbine und dem Kondensator eine konstruktive und funktionelle Einheit bildet.“
Der Hauptteil der Turbine ist ein rotierender Kessel, der aus einer Anzahl von V-förmigen Rohren besteht, wobei ein Krümmer dieser Rohre mit dem Speisewasserkopf und der andere mit dem Dampfsammler verbunden ist. Der Kessel ist in Abb. 143.

Die Rohre sind radial um die Achse angeordnet und rotieren mit einer Drehzahl von 3000–5000 U/min. Das in die Rohre eintretende Wasser strömt unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in die linken Äste der V-förmigen Rohre, deren rechtes Knie als Dampferzeuger wirkt. Der linke Bogen der Rohre hat Rippen, die von der Flamme der Einspritzdüsen erhitzt werden. Wasser, das an diesen Rippen vorbeiströmt, wird zu Dampf, und unter der Wirkung von Zentrifugalkräften, die sich aus der Rotation des Kessels ergeben, tritt ein Anstieg des Dampfdrucks auf. Der Druck wird automatisch angepasst. Der Dichteunterschied in den beiden Rohrzweigen (Dampf und Wasser) ergibt einen variablen Niveauunterschied, der von der Zentrifugalkraft und damit von der Rotationsgeschwindigkeit abhängt. Ein Diagramm einer solchen Einheit ist in Abb. 144.

Das Konstruktionsmerkmal des Kessels ist die Anordnung von Rohren, bei denen während der Rotation ein Unterdruck in der Brennkammer entsteht und der Kessel dadurch wie ein Sauggebläse wirkt. So wird laut Hütner "die Rotation des Kessels gleichzeitig durch seine Leistung und die Bewegung heißer Gase und die Bewegung von Kühlwasser bestimmt".

Das Starten der Turbine in Bewegung dauert nur 30 Sekunden. Hütner erwartete einen Kesselwirkungsgrad von 88 % und einen Turbinenwirkungsgrad von 80 %. Die Turbine und der Kessel benötigen Startmotoren, um zu starten.

1934 erschien in der Presse eine Nachricht über die Entwicklung eines Projekts für ein großes Flugzeug in Deutschland, das mit einer Turbine mit rotierendem Kessel ausgestattet war. Zwei Jahre später behauptete die französische Presse, die Militärabteilung in Deutschland habe unter strengster Geheimhaltung ein Spezialflugzeug gebaut. Für ihn wurde ein Dampfkraftwerk des Hütner-Systems mit einer Kapazität von 2500 Litern konzipiert. Mit. Die Länge des Flugzeugs beträgt 22 m, die Flügelspannweite 32 m, das Fluggewicht (ungefähr) 14 Tonnen, die absolute Obergrenze des Flugzeugs 14.000 m, die Fluggeschwindigkeit in einer Höhe von 10.000 m 420 km / h, der Aufstieg auf eine Höhe von 10 km dauert 30 Minuten.
Es ist durchaus möglich, dass diese Presseberichte stark übertrieben sind, aber sicher ist, dass die deutschen Designer an diesem Problem arbeiten, und der bevorstehende Krieg kann hier unerwartete Überraschungen bringen.

Was ist der Vorteil einer Turbine gegenüber einem Verbrennungsmotor?
1. Das Fehlen einer hin- und hergehenden Bewegung bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten macht es möglich, die Turbine ziemlich kompakt und kleiner als moderne leistungsstarke Flugzeugtriebwerke zu machen.
2. Ein wichtiger Vorteil ist auch die relative Geräuschlosigkeit der Dampfmaschine, die sowohl aus militärischer Sicht als auch im Hinblick auf die Möglichkeit, das Flugzeug aufgrund von Schallschutzeinrichtungen in Passagierflugzeugen leichter zu machen, wichtig ist.
3. Die Dampfturbine kann im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren, die fast nie überlastet werden, kurzzeitig bis zu 100 % bei konstanter Drehzahl überlastet werden. Dieser Vorteil der Turbine ermöglicht es, die Startstrecke des Flugzeugs zu verkürzen und seinen Aufstieg in die Luft zu erleichtern.
4. Die Einfachheit des Designs und das Fehlen einer großen Anzahl beweglicher und ausgelöster Teile sind ebenfalls ein wichtiger Vorteil der Turbine, wodurch sie im Vergleich zu Verbrennungsmotoren zuverlässiger und langlebiger wird.
5. Wesentlich ist auch das Fehlen eines Magnetzünders an der Dampfanlage, dessen Betrieb durch Funkwellen beeinflusst werden kann.
6. Die Verwendbarkeit von Schweröl (Öl, Heizöl) bestimmt neben wirtschaftlichen Vorteilen die höhere Brandsicherheit der Dampfmaschine. Es schafft auch die Möglichkeit, das Flugzeug zu beheizen.
7. Der Hauptvorteil einer Dampfmaschine besteht darin, ihre Nennleistung beim Aufstieg in eine Höhe beizubehalten.

Einer der Einwände gegen die Dampfmaschine kommt hauptsächlich von Aerodynamikern und hängt mit der Größe und den Kühlfähigkeiten des Kondensators zusammen. Tatsächlich hat der Dampfkondensator eine 5- bis 6-mal größere Oberfläche als der Wasserkühler eines Verbrennungsmotors.
Um den Widerstand eines solchen Kondensators zu verringern, kamen die Konstrukteure daher dazu, den Kondensator direkt auf der Oberfläche der Flügel in Form einer durchgehenden Reihe von Rohren zu platzieren, die genau der Kontur und dem Profil des Flügels folgen. Dies wird nicht nur eine erhebliche Steifigkeit verleihen, sondern auch das Risiko einer Flugzeugvereisung verringern.

Es gibt natürlich eine Reihe anderer technischer Schwierigkeiten beim Betreiben einer Turbine in einem Flugzeug.
- Düsenverhalten in großen Höhen ist unbekannt.
- Um die schnelle Last der Turbine zu ändern, was eine der Bedingungen für den Betrieb eines Flugzeugtriebwerks ist, ist entweder eine Wasserversorgung oder ein Dampfsammler erforderlich.
- Die Entwicklung einer guten automatischen Vorrichtung zum Einstellen der Turbine bereitet gewisse Schwierigkeiten.
- Auch die Kreiselwirkung einer schnell rotierenden Turbine auf ein Flugzeug ist unklar.

Dennoch lassen die erzielten Erfolge hoffen, dass das Dampfkraftwerk in naher Zukunft seinen Platz in der modernen Luftflotte, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, aber auch in großen Luftschiffen finden wird. Der schwierigste Teil auf diesem Gebiet ist bereits erledigt, und praktische Ingenieure werden in der Lage sein, den ultimativen Erfolg zu erzielen.

Mitte des 18. Jahrhunderts begann die industrielle Revolution. in England mit der Entstehung und Einführung technologischer Maschinen in die industrielle Produktion. Die industrielle Revolution war eine Ablösung der manuellen, handwerklichen und Manufakturproduktion durch die maschinelle Fabrikproduktion.

Die wachsende Nachfrage nach Maschinen, die nicht mehr für einzelne Industrieanlagen, sondern für den Markt gebaut und zur Ware wurden, führte zur Entstehung des Maschinenbaus, einem neuen Zweig der industriellen Produktion. Die Produktion von Produktionsmitteln war geboren.

Der weit verbreitete Einsatz technologischer Maschinen machte die zweite Phase der industriellen Revolution absolut unvermeidlich - die Einführung eines Universalmotors in die Produktion.

Waren die alten Maschinen (Stößel, Hämmer usw.), die von Wasserrädern angetrieben wurden, langsam und hatten einen unebenen Lauf, so erforderten neue, insbesondere Spinn- und Webmaschinen, eine Rotationsbewegung mit hoher Geschwindigkeit. Damit sind die Voraussetzungen für technische Spezifikationen Motoren haben neue Eigenschaften erhalten: Ein Universalmotor muss Arbeit in Form einer unidirektionalen, kontinuierlichen und gleichmäßigen Drehbewegung leisten.

Unter diesen Bedingungen entstehen Motorenkonzepte, die versuchen, die dringenden Anforderungen der Produktion zu erfüllen. In England wurden mehr als ein Dutzend Patente für Universalmotoren unterschiedlichster Systeme und Ausführungen erteilt.

Allerdings ist das erste praktische Universal Dampfmaschinen Maschinen des russischen Erfinders Ivan Ivanovich Polzunov und des Engländers James Watt werden berücksichtigt.

In Polzunovs Auto wurde aus dem Kessel durch Rohre Dampf mit einem Druck, der etwas höher als der atmosphärische Druck war, abwechselnd zwei Zylindern mit Kolben zugeführt. Zur Verbesserung der Abdichtung wurden die Kolben mit Wasser gefüllt. Mittels Stangen mit Ketten wurde die Bewegung der Kolben auf die Felle von drei Kupferschmelzöfen übertragen.

Der Bau von Polzunovs Auto wurde im August 1765 abgeschlossen. Es hatte eine Höhe von 11 Metern, einen Kesselinhalt von 7 Metern, eine Zylinderhöhe von 2,8 Metern und eine Leistung von 29 kW.

Polzunovs Maschine erzeugte eine kontinuierliche Kraft und war die erste universelle Maschine, mit der alle Fabrikmechanismen in Gang gesetzt werden konnten.

Watt begann seine Arbeit 1763 fast gleichzeitig mit Polzunov, aber mit einer anderen Herangehensweise an das Motorproblem und in einem anderen Umfeld. Polzunov begann mit einer allgemeinen energetischen Stellungnahme zum Problem des vollständigen Ersatzes der lokal abhängigen Wasserkraft Kraftwerke universelle Wärmekraftmaschine. Watt begann mit einer privaten Aufgabe – der Verbesserung des Wirkungsgrads des Newcomen-Motors in Verbindung mit der ihm anvertrauten Arbeit als Mechaniker an der Universität von Glasgow (Schottland) zur Reparatur eines Modells einer Entwässerungsdampfanlage.

Watts Motor erhielt 1784 seine endgültige industrielle Fertigstellung. Bei Watts Dampfmaschine wurden zwei Zylinder durch einen geschlossenen ersetzt. Dampf wirkte abwechselnd auf beide Seiten des Kolbens und drückte ihn zuerst in eine Richtung, dann in die andere. Bei einer solchen doppeltwirkenden Maschine wurde der Abdampf nicht im Zylinder, sondern in einem davon getrennten Behälter - einem Kondensator - kondensiert. Die Konstanz der Schwungraddrehzahl wurde durch einen Fliehkraftdrehzahlregler aufrechterhalten.

Der Hauptnachteil der ersten Dampfmaschinen war der geringe Wirkungsgrad von nicht mehr als 9%.

Spezialisierung von Dampfkraftwerken und Weiterentwicklung

Dampfmaschinen

Die Erweiterung des Anwendungsbereichs der Dampfmaschine erforderte eine immer größere Vielseitigkeit. Die Spezialisierung auf thermische Kraftwerke begann. Wasserhebe- und Grubendampfanlagen wurden weiter verbessert. Die Entwicklung der metallurgischen Produktion stimulierte die Verbesserung der Gebläse. Radialgebläse mit Hotauchten auf. Rollende Dampfkraftwerke und Dampfhämmer wurden in der Metallurgie eingesetzt. Eine neue Lösung wurde 1840 von J. Nesmith gefunden, der eine Dampfmaschine mit einem Hammer kombinierte.

Eine eigenständige Richtung bildeten Lokomobile - mobile Dampfkraftwerke, deren Geschichte 1765 beginnt, als der englische Baumeister J. Smeaton eine mobile Einheit entwickelte. Eine merkliche Verbreitung fanden Lokomobile jedoch erst ab Mitte des 19. Jahrhunderts.

Nach 1800, als die zehnjährige Privilegzeit von Watt und Bolton endete, die den Partnern enormes Kapital einbrachte, bekamen andere Erfinder endlich freie Hand. Fast sofort wurden fortschrittliche Methoden implementiert, die von Watt nicht verwendet wurden: Hochdruck und doppelte Expansion. Der Verzicht auf den Schwebebalken und die Verwendung einer mehrfachen Dampfexpansion in mehreren Zylindern führten zur Entstehung neuer Bauformen von Dampfmaschinen. Doppelexpansionsmotoren begannen in Form von zwei Zylindern Gestalt anzunehmen: Hochdruck und Niederdruck, entweder als Verbundmaschinen mit einem Keilwinkel zwischen den Kurbeln von 90 ° oder als Tandemmaschinen, bei denen beide Kolben auf einer gemeinsamen Stange montiert sind und Arbeit an einer Kurbel.

Von großer Bedeutung für die Effizienzsteigerung von Dampfmaschinen war ab Mitte des 19. Jahrhunderts der Einsatz von überhitztem Dampf, auf dessen Wirkung der französische Wissenschaftler G.A. Mädchen. Der Übergang zur Verwendung von überhitztem Dampf in den Zylindern von Dampfmaschinen erforderte eine lange Arbeit an der Konstruktion zylindrischer Spulen und Ventilverteilungsmechanismen sowie die Entwicklung der Technologie zur Gewinnung von Mineralien Schmieröle standhalten können hohe Temperatur, und auf die Konstruktion neuartiger Dichtungen, insbesondere mit Metallpackungen, um schrittweise von Sattdampf auf überhitzten Dampf mit einer Temperatur von 200 - 300 Grad Celsius überzugehen.

Der letzte große Schritt in der Entwicklung von Dampfkolbenmaschinen war die Erfindung der Durchlaufdampfmaschine, die 1908 von dem deutschen Professor Stumpf hergestellt wurde.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstanden grundsätzlich alle Bauformen von Dampfkolbenmaschinen.

Eine neue Richtung in der Entwicklung von Dampfmaschinen entstand, als sie in den 80er - 90er Jahren des 19. Jahrhunderts als Motoren elektrischer Generatoren in Kraftwerken eingesetzt wurden.

Dem Primärmotor des elektrischen Generators wurde die Forderung nach hoher Drehzahl, hoher Gleichmäßigkeit der Drehbewegung und kontinuierlich steigender Leistung auferlegt.

Technische Fähigkeiten die kolbendampfmaschine - die dampfmaschine - die im 19. jahrhundert der universelle motor von industrie und verkehr war, entsprach nicht mehr den bedürfnissen, die sich gegen ende des 19. jahrhunderts im zusammenhang mit dem kraftwerksbau stellten. Sie konnten erst nach der Schaffung einer neuen Wärmekraftmaschine - einer Dampfturbine - zufrieden sein.

Dampfkessel

Die ersten Dampfkessel verwendeten atmosphärischen Druckdampf. Die Prototypen von Dampfkesseln waren die Konstruktion von Verdauungskesseln, woraus der bis heute erhaltene Begriff „Kessel“ entstand.

Mit dem Leistungszuwachs der Dampfmaschinen entstand der bis heute bestehende Trend im Kesselbau: die Steigerung der

Dampfkapazität - die vom Kessel pro Stunde erzeugte Dampfmenge.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden zwei oder drei Kessel installiert, um einen Zylinder anzutreiben. Insbesondere wurde 1778 nach dem Projekt des englischen Ingenieurs D. Smeaton eine Dreikesselanlage zum Pumpen von Wasser aus den Seedocks von Kronstadt gebaut.

Wenn jedoch das Wachstum der Einheitsleistung von Dampfkraftwerken eine Erhöhung der Dampfleistung von Kesseleinheiten erforderte, war zur Steigerung des Wirkungsgrads eine Erhöhung des Dampfdrucks erforderlich, wofür langlebigere Kessel benötigt wurden. Damit entstand der zweite und immer noch aktive Trend im Kesselbau: die Druckerhöhung. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts erreichte der Druck in den Kesseln 13-15 Atmosphären.

Der Forderung nach Druckerhöhung stand der Wunsch entgegen, die Dampfleistung der Kessel zu erhöhen. Eine Kugel ist die beste geometrische Form eines Behälters, der einem hohen Innendruck standhalten kann, eine minimale Oberfläche für ein gegebenes Volumen bietet und eine große Oberfläche benötigt wird, um die Dampferzeugung zu erhöhen. Am akzeptabelsten war die Verwendung eines Zylinders - der geometrischen Form, die der Kugel in Bezug auf die Festigkeit folgt. Mit dem Zylinder können Sie seine Oberfläche beliebig vergrößern, indem Sie die Länge erhöhen. 1801 baute O. Ehns in den USA einen zylindrischen Kessel mit einem zylindrischen Innenofen mit einem für die damalige Zeit extrem hohen Druck von etwa 10 Atmosphären. 1824St. Litvinov in Barnaul entwickelte ein Projekt eines ursprünglichen Dampfkraftwerks mit einer Durchlaufkesseleinheit aus Rippenrohren.

Um den Kesseldruck und die Dampfleistung zu erhöhen, musste der Durchmesser des Zylinders (Stärke) verringert und seine Länge (Produktivität) erhöht werden: Der Kessel wurde zu einem Rohr. Es gab zwei Möglichkeiten, Kesseleinheiten zu zerkleinern: Der Gasweg des Kessels oder der Wasserraum wurde zerkleinert. So wurden zwei Arten von Kesseln definiert: Flammrohr und Wasserrohr.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden ausreichend zuverlässige Dampferzeuger entwickelt, die eine Dampfleistung von bis zu hundert Tonnen Dampf pro Stunde ermöglichten. Der Dampfkessel war eine Kombination aus dünnwandigen Stahlrohren mit kleinem Durchmesser. Diese Rohre mit einer Wandstärke von 3-4 mm halten sehr hohen Drücken stand. Durch die Gesamtlänge der Rohre wird eine hohe Leistung erzielt. Mitte des 19. Jahrhunderts gab es sie konstruktiver Typ ein Dampfkessel mit einem Bündel gerader, leicht geneigter Rohre, die in die flachen Wände zweier Kammern eingerollt sind - der sogenannte Wasserrohrkessel. Ende des 19. Jahrhunderts erschien ein vertikaler Wasserrohrkessel in Form von zwei zylindrischen Trommeln, die durch ein vertikales Rohrbündel verbunden waren. Diese Kessel mit ihren Trommeln konnten höheren Drücken standhalten.

1896 wurde auf der Allrussischen Messe in Nischni Nowgorod der Kessel von V. G. Shukhov vorgeführt. Schukhovs ursprünglicher zusammenklappbarer Kessel war transportabel, hatte kostengünstig und niedrigem Metallgehalt. Shukhov war der erste, der einen Ofenschirm vorschlug, der in unserer Zeit verwendet wird. t£L ##0#lfo 9-1* #5^^^

Bis Ende des 19. Jahrhunderts ermöglichten Wasserrohrdampfkessel eine Heizfläche von über 500 m und eine Produktivität von über 20 Tonnen Dampf pro Stunde, die Mitte des 20. Jahrhunderts um das 10-fache gesteigert wurde.