Urządzenie z silnikiem parowym. Wynalezienie silnika parowego

Przemysł Anglia potrzebowała dużo paliwa, a las robił się coraz mniejszy. W związku z tym wydobycie węgla stało się niezwykle istotne.
Głównym problemem górnictwa była woda, zalewała ona kopalnie szybciej niż zdążyli ją wypompować, musieli opuszczać zabudowane kopalnie i szukać nowych.
Z tych powodów pilnie potrzebne były mechanizmy do pompowania wody, więc stały się nimi pierwsze maszyny parowe.

Kolejny etap rozwoju silniki parowe, było stworzeniem (w 1690) tłok silnik parowy, który wykonał pożyteczną pracę poprzez ogrzewanie i kondensację pary.

Urodzony we francuskim mieście Blois w 1647 roku. Na Uniwersytecie w Angers studiował medycynę i doktoryzował się, ale nie został lekarzem. Pod wieloma względami o jego losie przesądziło spotkanie z holenderskim fizykiem H. Huygensem, pod którego wpływem Papen zaczął studiować fizykę i mechanikę. W 1688 r. opublikował opis (wraz z jego konstruktywnymi dodatkami) projektu silnika prochowego w postaci cylindra z tłokiem, przedstawionego przez Huygensa Paryskiej Akademii Nauk.
Papin zaproponował również zaprojektowanie pompy odśrodkowej, zaprojektował piec do topienia szkła, wagon parowy i łódź podwodną, ​​wynalazł szybkowar i kilka maszyn do podnoszenia wody.

Pierwszy na świecie szybkowar:

W 1685 Papin został zmuszony do ucieczki z Francji (z powodu prześladowań hugenotów) do Niemiec i tam kontynuował pracę na swojej maszynie.
W 1704 roku w fabryce Veckerhagen odlał pierwszy na świecie cylinder do silnika parowego iw tym samym roku zbudował łódź o napędzie parowym.

Pierwsza „maszyna” Denisa Papina (1690)

Woda w cylindrze po podgrzaniu zamieniała się w parę i przesuwała tłok w górę, a po ochłodzeniu (para skroplona) powstała próżnia i atmosferyczny ciśnienie popycha tłok w dół.

Aby maszyna działała, konieczne było manipulowanie trzpieniem zaworu i korkiem, przesunięcie źródła płomienia oraz chłodzenie cylindra wodą.

W 1705 Papin opracował drugą maszynę parową.

Gdy kurek (D) został otwarty, para z kotła (po prawej) wpadła do zbiornika środkowego i za pomocą tłoka wtłoczyła wodę do zbiornika po lewej stronie. Następnie zawór (D) został zamknięty, zawory (G) i (L) zostały otwarte, do lejka dodano wodę i środkowy pojemnik napełniono nową porcją, zawory (G) i (L) zostały zamknięty i cykl został powtórzony. W ten sposób udało się podnieść wodę na wysokość.

W 1707 Papin przyjechał do Londynu, aby złożyć wniosek o patent na swoją pracę z 1690 roku. Prace nie zostały rozpoznane, ponieważ do tego czasu pojawiły się już maszyny Thomasa Savery'ego i Thomasa Newcomena (patrz niżej).

W 1712 Denis Papin zmarł bez środków do życia i został pochowany w nieoznaczonym grobie.

Pierwsze lokomotywy parowe były nieporęcznymi pompami stacjonarnymi do pompowania wody. Wynikało to z konieczności wypompowywania wody z kopalń i kopalń węgla. Im głębiej znajdowały się kopalnie, tym trudniej było wypompować z nich pozostałą wodę, w związku z czym niewyeksploatowane kopalnie musiały zostać porzucone i przeniesione w nowe miejsce.

W 1699, angielski inżynier, otrzymał patent na wynalezienie „wozu strażackiego” przeznaczonego do pompowania wody z kopalń.
Maszyna Severiego to pompa parowa, a nie silnik, nie miała cylindra z tłokiem.

Główną atrakcją w maszynie Severiego było to, że para generowała się w oddzielny kocioł.

sprawdzenie

Samochód Thomasa Savery

Gdy kurek 5 został otwarty, para z kotła 2 była doprowadzana do naczynia 1, wypychając stamtąd wodę przez rurę 6. W tym samym czasie zawór 10 był otwarty, a zawór 11 był zamknięty. Pod koniec wstrzykiwania zawór 5 został zamknięty, a zimna woda została dostarczona do naczynia 1 przez zawór 9. Para w naczyniu 1 ochłodziła się, skondensowała, a ciśnienie spadło, zasysając do niej wodę przez rurkę 12. Zawór 11 otworzył się, a zawór 10 zamknął.

Pompa Severiego była słaba, zużywała dużo paliwa i pracowała z przerwami. Z tych powodów maszyna Severiego nie była powszechnie używana i została zastąpiona przez „posuwowe silniki parowe”.

W 1705 połączenie idei Severi (kocioł wolnostojący) i Papin (cylinder z tłokiem) zbudowany tłokowa pompa parowa do pracy w kopalniach.
Eksperymenty mające na celu ulepszenie maszyny trwały około dziesięciu lat, zanim zaczęła działać prawidłowo.

O Thomasie Newcomen

Urodzony 28 lutego 1663 w Dartmouth. Z zawodu kowal. W 1705 r. wraz z druciarzem J. Cowleyem zbudował pompę parową. Ta maszyna parowo-atmosferyczna, dość skuteczna jak na swoje czasy, była używana do pompowania wody w kopalniach i stała się powszechna w XVIII wieku. Technologia ta jest obecnie wykorzystywana przez pompy do betonu na budowach.
Newcomen nie był w stanie uzyskać patentu, ponieważ winda parowo-wodna została opatentowana w 1699 roku przez T. Severi. Silnik parowy Newcomena nie był silnikiem uniwersalnym i mógł pracować jedynie jako pompa. Próby Newcomena wykorzystania ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka do obracania kołem łopatkowym na statkach zakończyły się niepowodzeniem.

Zmarł 7 sierpnia 1729 w Londynie. Nowicjusz nazywa się „Towarzystwo Brytyjskich Historyków Technologii”.

Samochód Thomasa Newcomena

Najpierw para podniosła tłok, następnie do cylindra wstrzyknięto trochę zimnej wody, para skondensowała się (tworząc w cylindrze próżnię) i tłok opadł pod wpływem ciśnienia atmosferycznego.

W przeciwieństwie do „cylindra Papina” (w którym cylinder służył jako kocioł), w maszynie Newcomena cylinder był oddzielony od kotła. Dzięki temu możliwe było osiągnięcie mniej lub bardziej jednolitej pracy.
W pierwszych wersjach maszyny zawory były sterowane ręcznie, ale później Newcomen wymyślił mechanizm, który automatycznie otwiera i zamyka odpowiednie kurki we właściwym czasie.

Zdjęcie

O cylindrach

Pierwsze cylindry maszyny Newcomen zostały wykonane z miedzi, rury z ołowiu, a wahacz z drewna. Małe części wykonano z żeliwa ciągliwego. Późniejsze maszyny Newcomena, po około 1718 roku, miały cylinder żeliwny.
Cylindry zostały wykonane w odlewni Abrahama Derby'ego w Colbrookdale. Darby ulepszył technikę odlewania, co umożliwiło uzyskanie wystarczającej liczby cylindrów dobra jakość. Aby uzyskać mniej więcej poprawność i gładka powierzchniaściany cylindra, maszyna służyła do wiercenia lufy pistoletów.

Coś takiego:

Z pewnymi modyfikacjami maszyny Newcomena pozostały przez 50 lat jedynymi maszynami nadającymi się do użytku przemysłowego.

W 1720 opisał dwucylindrowy silnik parowy. Wynalazek został opublikowany w jego głównym dziele „Theatri Machinarum Hydraulicarum”. Rękopis ten był pierwszą systematyczną analizą inżynierii mechanicznej.

Maszyna zaproponowana przez Jacoba Leopolda

Założono, że tłoki wykonane z ołowiu będą podnoszone przez ciśnienie pary, a obniżane pod własnym ciężarem. Ciekawa jest idea dźwigu (pomiędzy cylindrami), za jego pomocą para była wpuszczana do jednego cylindra i jednocześnie uwalniana z drugiego.
Jacob nie zbudował tego samochodu, po prostu go zaprojektował.

W 1766 r Rosyjski wynalazca, pracujący jako mechanik w ałtajskich zakładach górniczo-hutniczych, stworzył pierwszy w Rosji i pierwszy na świecie dwucylindrowy silnik parowy.
Polzunow zmodernizował maszynę Newcomena (zastosował dwa cylindry zamiast jednego, aby zapewnić ciągłą pracę) i zaproponował wykorzystanie jej do wprawiania w ruch miechów pieców do wytapiania.

smutna pomoc

W Rosji w tym czasie maszyny parowe praktycznie nie były używane, a Polzunow otrzymał wszystkie informacje z książki „Szczegółowa instrukcja górnictwa” (1760) autorstwa I.A. Schlattera, w której opisano silnik parowy Newcomena.

Projekt został zgłoszony cesarzowej Katarzynie II. Zatwierdziła go, nakazała I.I. Polzunovowi awansować na „mechanika w randze i stopniu inżyniera kapitana-porucznika” i nagrodzony 400 rublami ...
Polzunov zaproponował zbudowanie najpierw małej maszyny, na której można byłoby zidentyfikować i wyeliminować wszystkie niedociągnięcia nieuniknione w nowym wynalazku. Władze fabryki nie zgodziły się z tym i postanowiły od razu zbudować ogromną maszynę. W kwietniu 1764 roku Polzunov rozpoczął budowę.
Wiosną 1766 roku w większości ukończono budowę i przeprowadzono próby.
Ale 27 maja Polzunov zmarł z powodu konsumpcji.
Jego uczniowie Levzin i Chernitsyn sami rozpoczęli ostatnie testy maszyny parowej. W „Dzienniku” z 4 lipca odnotowano „prawidłową pracę silnika” i 7 sierpnia 1766 r. oddano do eksploatacji całą instalację, silnik parowy i potężną dmuchawę. W ciągu zaledwie trzech miesięcy pracy maszyna Polzunowa nie tylko uzasadniła wszystkie koszty swojej budowy w wysokości 7233 rubli 55 kopiejek, ale także dała zysk netto w wysokości 12640 rubli 28 kopiejek. Jednak 10 listopada 1766 r. po wypaleniu się kotła przy maszynie stał on bezczynny przez 15 lat, 5 miesięcy i 10 dni. W 1782 roku samochód został zdemontowany.

(Encyklopedia terytorium Ałtaju. Barnaul. 1996. Vol. 2. S. 281-282; Barnaul. Kronika miasta. Barnaul. 1994. cz. 1. s. 30).

Samochód Polzunowa

Zasada działania jest podobna do maszyny Newcomen.
Do jednego z cylindrów wypełnionych parą wstrzyknięto wodę, para skondensowała się i w cylindrze wytworzyła się próżnia, pod wpływem ciśnienia atmosferycznego tłok opadł, w tym samym momencie para weszła do drugiego cylindra i uniosła się.

Dopływ wody i pary do cylindrów był w pełni zautomatyzowany.

Model silnika parowego I.I. Polzunova, wykonany według oryginalnych rysunków w latach 20. XIX wieku.
Muzeum Regionalne Barnauł.

W 1765 do Jamesa Watt pracując jako mechanik na Uniwersytecie w Glasgow, zlecono naprawę modelu maszyny Newcomena. Nie wiadomo, kto to zrobił, ale na uniwersytecie była od kilku lat.
Profesor John Anderson zasugerował, aby Watt sprawdził, czy można coś zrobić z tym ciekawym, ale kapryśnym urządzeniem.
Watt nie tylko naprawił, ale także ulepszył samochód. Dodał do niego osobny pojemnik do chłodzenia pary i nazwał go skraplaczem.

Nowy model silnika parowego

Model był wyposażony w cylinder (średnica 5 cm) o skoku roboczym 15 cm Watt przeprowadził szereg eksperymentów, w szczególności zamienił cylinder metalowy na drewniany, smarowany olejem lnianym i suszony w piecu, zmniejszono ilość wody podnoszonej w jednym cyklu i model zaczął działać.
Podczas eksperymentów Watt przekonał się o nieefektywności maszyny.
Z każdym nowym cyklem część energii pary była zużywana na ogrzewanie cylindra, który był chłodzony po wtryśnięciu wody w celu schłodzenia pary.
Po serii eksperymentów Watt doszedł do wniosku:
„... Aby stworzyć doskonały silnik parowy, konieczne jest, aby cylinder był zawsze gorący, podobnie jak wchodząca do niego para; ale z drugiej strony kondensacja pary w celu wytworzenia próżni musiała zachodzić w temperaturze nie wyższej niż 30 stopni Réaumur ”(38 Celsjusza) ...

Model maszyny Newcomen, z którą Watt eksperymentował

Jak to się wszystko zaczeło...

Po raz pierwszy Watt zainteresował się parą w 1759 r. Ułatwił to jego przyjaciel Robison, który wtedy pospieszył z myślą „użycia mocy silnika parowego do wprawienia wozów w ruch”.
W tym samym roku Robison pojechał walczyć w Ameryce Północnej, a bez niego Watt był przytłoczony.
Dwa lata później Watt powrócił do idei silników parowych.

„O latach 1761-1762”, pisze Watt, „zrobiłem kilka eksperymentów z mocą pary w kotle Papen i zrobiłem coś w rodzaju silnika parowego, mocując na nim strzykawkę o średnicy około 1/8 cala z mocnym tłokiem , wyposażony w zawór wlotowy pary z kotła, a także do uwolnienia go ze strzykawki do powietrza. Gdy kurek został otwarty z kotła do cylindra, para wchodząca do cylindra i działając na tłok podniosła znaczne obciążenie (15 funtów), którym obciążono tłok. Gdy ładunek został podniesiony na pożądaną wysokość, połączenie z kotłem zostało zamknięte i otwarty zawór, aby uwolnić parę do atmosfery. Wydobyła się para i waga spadła. Czynność tę powtarzano kilkakrotnie i choć w tym urządzeniu kran był odkręcany ręcznie, to jednak nie było trudno wymyślić urządzenie, które odkręca go automatycznie.

A - cylinder; B - tłok; C - pręt z hakiem do zawieszenia ładunku; D - cylinder zewnętrzny (obudowa); E i G - wloty pary; F - rurka łącząca cylinder ze skraplaczem; K - kondensator; P - pompa; R - czołg; V - zawór wylotu powietrza wypieranego przez parę; K, P, R - wypełnione wodą. Para wchodzi przez G do przestrzeni między A i D i przez E do cylindra A. Przy lekkim podniesieniu tłoka w cylindrze pompy P (tłok nie pokazany na rysunku) poziom wody w K spada i para z A przechodzi do K, a następnie wytrąca. W A uzyskuje się podciśnienie, a para znajdująca się pomiędzy A i D naciska na tłok B i unosi go wraz z zawieszonym na nim ładunkiem.

Podstawową ideą odróżniającą maszynę Watta od maszyny Newcomena była izolowana komora kondensacyjna (chłodzenie pary).

Obraz wzrokowy:

W maszynie Watta kondensator „C” został oddzielony od cylindra roboczego „P”, nie wymagał ciągłego nagrzewania i chłodzenia, dzięki czemu udało się nieznacznie zwiększyć wydajność.

W latach 1769-1770 w kopalni górnika Johna Roebucka (Roebuck interesował się silnikami parowymi i przez pewien czas finansował Watta) zbudowano duży model maszyny Watta, na który pierwszy patent otrzymał w 1769 roku.

Istota patentu

Watt zdefiniował swój wynalazek jako „nową metodę zmniejszania zużycia pary, a tym samym paliwa, w wozach strażackich”.
W patencie (nr 013) przedstawiono szereg nowych rozwiązań technicznych. pozycje używane przez Watta w jego silniku:
1) Utrzymanie temperatury ścianek cylindra równej temperaturze wchodzącej do niego pary dzięki izolacji termicznej, płaszczowi parowemu
i brak kontaktu z zimnymi ciałami.
2) Kondensacja pary w oddzielnym naczyniu - skraplaczu, w którym temperatura musiała być utrzymywana na poziomie otoczenia.
3) Usuwanie powietrza i innych nieskraplających się ze skraplacza za pomocą pomp.
4) Zastosowanie nadmiernego ciśnienia pary; w przypadku braku wody do kondensacji pary, stosowanie tylko nadciśnienia z odprowadzeniem do atmosfery.
5) Zastosowanie maszyn "obrotowych" z jednokierunkowo obracającym się tłokiem.
6) Praca z częściową kondensacją (tj. z obniżoną próżnią). Ten sam akapit patentu opisuje konstrukcję uszczelnienia tłoka i poszczególnych części. Przy ówczesnych ciśnieniach pary 1 atm wprowadzenie osobnego skraplacza i wypompowanie z niego powietrza oznaczało realną możliwość zmniejszenia zużycia pary i paliwa o ponad połowę.

Po pewnym czasie Roebuck zbankrutował, a nowym partnerem Watta został angielski przemysłowiec Matthew Bolton.
Po likwidacji umowy Watta z Roebuck, zbudowany samochód został rozebrany i wysłany do fabryki Bolton w Soho. Na nim Watt przez długi czas testował prawie wszystkie swoje ulepszenia i wynalazki.

O Matthew Boltonie

Jeśli Roebuck widział w maszynie Watta przede wszystkim tylko ulepszoną pompę, która miała uratować jego kopalnie przed zalaniem, to Bolton widział w wynalazkach Watta nowy rodzaj silnik, który miał zastąpić koło wodne.
Sam Bolton próbował ulepszyć samochód Newcomena, aby zmniejszyć zużycie paliwa. Stworzył model, który zachwycił wielu londyńskich przyjaciół i mecenasów z wyższych sfer. Bolton korespondował z amerykańskim naukowcem i dyplomatą Benjaminem Franklinem o tym, jak najlepiej wstrzyknąć wodę chłodzącą do cylindra, około najlepszy system zawory. Franklin nie mógł doradzić niczego sensownego w tym zakresie, ale zwrócił uwagę na inny sposób na osiągnięcie oszczędności paliwa, na lepsze spalanie i eliminację dymu.
Bolton marzył o niczym innym, jak o światowym monopolu na produkcję nowych samochodów. „Mój pomysł — pisał Bolton do Watta — zorganizowanie obok mojej fabryki przedsiębiorstwa, w którym skoncentrowałbym wszystkie środki techniczne niezbędne do budowy maszyn, a skąd zaopatrywalibyśmy cały świat w maszyny dowolnego rodzaju. rozmiar."

Bolton wyraźnie zdawał sobie sprawę z przesłanek do tego. Nowe auto nie da się zbudować starymi rzemieślniczymi sposobami. „Założyłem”, pisał do Watta, „że twoja maszyna będzie wymagała pieniędzy, bardzo precyzyjnej pracy i rozległych połączeń, aby wprowadzić ją do obiegu w najbardziej opłacalny sposób. Najlepszym sposobem zachowanie reputacji i oddanie wynalazkowi sprawiedliwości oznacza usunięcie jego produkcji z rąk mnóstwa techników, którzy w swojej ignorancji, braku doświadczenia i środki techniczne, dałoby to złą robotę, a to odbiłoby się na reputacji wynalazku.
Aby tego uniknąć, zaproponował budowę specjalnej fabryki, w której „z Waszą pomocą moglibyśmy przyciągnąć i przeszkolić pewną liczbę doskonałych pracowników, którzy wyposażeni w najlepsze narzędzia mogliby wykonać ten wynalazek o dwadzieścia procent taniej i przy równie dużej różnicy w pracy dokładność, która istnieje pomiędzy pracą kowala a mistrzem narzędzi matematycznych.
Kadra wysoko wykwalifikowanych pracowników, nowość Wyposażenie techniczne- tyle było potrzebne do zbudowania maszyny na masową skalę. Bolton myślał już w kategoriach i koncepcjach zaawansowanego dziewiętnastowiecznego kapitalizmu. Ale na razie to wciąż był sen. Nie Bolton i Watt, ale ich synowie, trzydzieści lat później zorganizowano masową produkcję maszyn - pierwszy zakład budowy maszyn.

Bolton i Watt omawiają produkcję silników parowych w zakładzie w Soho

Kolejnym etapem rozwoju silników parowych było uszczelnienie górnej części cylindra i doprowadzenie pary nie tylko do dolnej, ale i górnej części cylindra.

Więc Watt and Bolton został zbudowany silnik parowy dwustronnego działania.

Teraz para była dostarczana naprzemiennie do obu wnęk cylindra. Ściany cylindra były izolowane termicznie od środowiska zewnętrznego.

Maszyna Watta, chociaż stała się bardziej wydajny niż samochód Nowicjusze, ale skuteczność była nadal bardzo niska (1-2%).

Jak Watt i Bolton budowali i PR-owali swoje samochody

W XVIII wieku nie było mowy o możliwościach produkcyjnych i kulturze produkcji. Listy Watta do Boltona pełne są skarg na pijaństwo, kradzieże i lenistwo robotników. „Niewiele możemy liczyć na naszych pracowników w Soho”, napisał do Boltona. – James Taylor zaczął mocniej pić. Jest uparty, uparty i nieszczęśliwy. Maszyna, nad którą pracował Cartwright, to ciągła seria błędów i pomyłek. Smith i reszta są ignorantami i wszyscy muszą być codziennie obserwowani, aby upewnić się, że nie wyniknie z tego nic gorszego”.
Domagał się od Boltona surowych działań i ogólnie był skłonny do zaprzestania produkcji samochodów w Soho. „Wszystkim leniwym trzeba powiedzieć”, napisał, „że jeśli będą tak nieuważni, jak dotąd, zostaną wypędzeni z fabryki. Koszt budowy maszyny w Soho drogo nas kosztuje, a jeśli produkcji nie da się ulepszyć, to trzeba ją całkowicie zatrzymać, a pracę rozłożyć na bok.

Wykonywanie części do maszyn wymagało odpowiedniego sprzętu. Dlatego w różnych fabrykach produkowano różne elementy maszyn.
Tak więc w zakładzie Wilkinsona odlewano i wiercono cylindry, wykonano tam również głowice cylindrów, tłok, pompę powietrza i skraplacz. Żeliwna obudowa cylindra została odlana w jednej z odlewni w Birmingham, miedziane rury sprowadzono z Londynu, a drobne części wytwarzano na miejscu maszyny. Wszystkie te części zostały zamówione przez Bolton i Watt na koszt klienta – właściciela kopalni lub młyna.
Stopniowo poszczególne części zostały przywiezione na miejsce i zmontowane pod osobistym nadzorem Watta. Później skompilował szczegółowe instrukcje do montażu maszynowego. Kocioł był zwykle nitowany na miejscu przez lokalnych kowali.

Po udanym uruchomieniu maszyny odwadniającej w jednej z kopalń w Kornwalii (uważanej za najtrudniejszą kopalnię), Bolton i Watt otrzymali wiele zamówień. Właściciele kopalń zobaczyli, że maszyna Watta odniosła sukces tam, gdzie maszyna Newcomena była bezsilna. I natychmiast zaczęli zamawiać pompy Watt.
Watt był zawalony pracą. Tygodniami siedział nad swoimi rysunkami, chodził na montaż maszyn - nigdzie nie można było zrobić bez jego pomocy i nadzoru. Był sam i wszędzie musiał nadążać.

Aby silnik parowy mógł napędzać inne mechanizmy, konieczne było przekształcenie ruchów posuwisto-zwrotnych na obrotowe, a dla ruchu równomiernego przystosowanie koła jako koła zamachowego.

Przede wszystkim konieczne było mocne związanie tłoka i balansera (do tego momentu używano łańcucha lub liny).
Watt miał za zadanie przeprowadzić transfer z tłoka do wyważarki za pomocą listwy zębatej i umieścić na wyważarce sektor zębaty.

Sektor zębaty

Ten system okazał się zawodny i Watt został zmuszony do porzucenia go.

Zaplanowano przenoszenie momentu obrotowego za pomocą mechanizmu korbowego.

mechanizm korbowy

Ale korba musiała zostać porzucona, ponieważ system ten został już opatentowany (w 1780) przez Jamesa Pickarda. Picard zaoferował Wattowi licencje krzyżowe, ale Watt odrzucił ofertę i użył przekładni planetarnej w swoim samochodzie. (są niejasności co do patentów, przeczytasz na końcu artykułu)

przekładnia planetarna

Watowy silnik (1788)

Tworząc maszynę z ciągłym ruchem obrotowym, Watt musiał rozwiązać szereg nietrywialnych problemów (rozkład pary w dwóch wnękach cylindrów, automatyczna regulacja prędkości i prostoliniowy ruch tłoczyska).

równoległobok wata

Mechanizm Watta został wynaleziony, aby nadać pchnięciu tłoka ruch prostoliniowy.

Lokomotywa parowa zbudowana według patentu Jamesa Watta w 1848 roku we Freibergu w Niemczech.

Regulator odśrodkowy

Zasada działania regulatora odśrodkowego jest prosta, im szybciej obraca się wał, tym większe obciążenia rozchodzą się pod działaniem siły odśrodkowej i tym bardziej jest zablokowany rurociąg parowy. Obniżone ciężary - otwarcie rurociągu parowego.
Podobny system był od dawna znany w branży młynarskiej do regulacji odległości między kamieniami młyńskimi.
Watt przystosował regulator do silnika parowego.

Urządzenie do dystrybucji pary

Układ zaworów tłokowych

Rysunek został sporządzony przez jednego z asystentów Watta w 1783 roku (listy są dla wyjaśnienia). B i B - tłoki połączone ze sobą rurą C i poruszające się w rurze D połączone ze skraplaczem H oraz rurami E i F z cylindrem A; G - rurociąg parowy; K - pręt służący do przenoszenia materiałów wybuchowych.
W pokazanej na rysunku pozycji tłoków BB przestrzeń rury D pomiędzy tłokami B i B oraz dolna część cylindra A pod tłokiem (nie pokazano na rysunku), przylegająca do F, są wypełnione parą, natomiast w górnej części cylindra A, nad tłokiem, komunikując się przez E i przez C z kondensatorem H - stan rozrzedzenia; gdy materiał wybuchowy zostanie podniesiony powyżej F i E, dolna część A do F będzie komunikować się z H, a górna część przez E i D będzie komunikować się z rurociągiem parowym.

przyciągający wzrok rysunek

Jednak do 1800 W nadal stosowano zawory grzybkowe (metalowe tarcze podnoszone lub opuszczane nad odpowiednimi oknami i napędzane skomplikowanym systemem dźwigni), ponieważ produkcja systemu „zaworów tłokowych” wymagała dużej precyzji.

Opracowaniem mechanizmu dystrybucji pary zajmował się głównie asystent Watta William Murdoch.

Murdoch kontynuował ulepszanie mechanizmu dystrybucji pary iw 1799 opatentował szpulę w kształcie litery D (szpulę pudełkową).

W zależności od położenia szpuli, okna (4) i (5) komunikują się z zamkniętą przestrzenią (6) otaczającą szpulę i wypełnioną parą lub z wnęką 7 połączoną z atmosferą lub skraplaczem.

Po wszystkich ulepszeniach zbudowano następującą maszynę:

Para za pomocą dystrybutora pary podawana była naprzemiennie do różnych wnęk cylindra, a regulator odśrodkowy sterował zaworem doprowadzającym parę (jeśli maszyna zbyt mocno przyspieszała, zawór był zamykany i odwrotnie, jeśli zbytnio zwalniał).

wideo wizualne

Ta maszyna mogła już działać nie tylko jako pompa, ale także uruchamiać inne mechanizmy.

W 1784 r Watt otrzymał patent na uniwersalny silnik parowy(patent nr 1432).

O młynie

W 1986 roku Bolton i Watt zbudowali w Londynie młyn ("Albion Mill"), napędzany silnikiem parowym. Po uruchomieniu młyna rozpoczęła się prawdziwa pielgrzymka. Londyńczycy byli żywo zainteresowani ulepszeniami technicznymi.

Watt, nie obeznany z marketingiem, był urażony faktem, że obserwatorzy ingerują w jego pracę i zażądał odmowy dostępu osobom z zewnątrz. Z drugiej strony Bolton uważał, że jak najwięcej osób powinno dowiedzieć się o samochodzie i dlatego odrzucił prośby Watta.
Generalnie Bolton i Watt nie odczuli braku klientów. W 1791 r. młyn spłonął (a może został podpalony, gdyż młynarze bali się konkurencji).

Pod koniec lat osiemdziesiątych Watt przestaje ulepszać swój samochód. W listach do Boltona pisze:
„Bardzo możliwe, że poza pewnymi usprawnieniami w mechanizmie maszyny, nic lepszego niż to, co już wyprodukowaliśmy, nie będzie dozwolone przez naturę, która dla większości rzeczy ustanowiła swoje nec plus ultra (łac. „nigdzie indziej”) ”.
A później Watt twierdził, że nie może odkryć nic nowego w silniku parowym, a jeśli jest w to zaangażowany, to tylko poprawianie szczegółów i weryfikacja wcześniejszych wniosków i spostrzeżeń.

Lista literatury rosyjskiej

Kamensky A.V. James Watt, jego życie oraz działalność naukowa i praktyczna. Petersburg, 1891
Weisenberg L.M. James Watt, wynalazca silnika parowego. M.-L., 1930
Leśnikow M.P. Jamesa Watta. M., 1935
Konfederaci I.Ya. James Watt jest wynalazcą silnika parowego. M., 1969

Można zatem założyć, że pierwszy etap w rozwoju maszyn parowych już za nami.

Cytat z TSB

Uniwersalny silnik Watta, ze względu na swoją wydajność, był szeroko stosowany i odegrał dużą rolę w przejściu do kapitalistycznej produkcji maszyn. „Wielki geniusz Watta”, pisał K. Marks, „ujawnia się w tym, że patent, który uzyskał w kwietniu 1784 r., opisujący maszynę parową, przedstawia go nie jako wynalazek tylko do celów specjalnych, ale jako uniwersalny silnik wielki przemysł” (Marx, K. Capital, t. 1, 1955, s. 383-384).

Fabryka Watta i Boltona do 1800 roku została zbudowana przez St. 250 parowozów, a do 1826 r. w Anglii było ich do 1500 parowozów o łącznej pojemności ok. 2 tys. 80000 KM Z nielicznymi wyjątkami były to maszyny typu Watt. Po 1784 Watt zajmował się głównie ulepszaniem produkcji, a po 1800 całkowicie przeszedł na emeryturę.

Rozpoczęła swoją rozbudowę na początku XIX wieku. I już w tym czasie budowano nie tylko duże jednostki do celów przemysłowych, ale także dekoracyjne. Większość ich klientów stanowili bogaci szlachcice, którzy chcieli bawić siebie i swoje dzieci. Po tym, jak silniki parowe ugruntowały się w życiu społeczeństwa, silniki dekoracyjne zaczęto wykorzystywać na uniwersytetach i w szkołach jako modele edukacyjne.

Parowozy dzisiaj

Na początku XX wieku znaczenie silników parowych zaczęło spadać. Jedną z nielicznych firm, które kontynuowały produkcję ozdobnych mini-silników, była brytyjska firma Mamod, która do dziś pozwala na zakup próbki takiego sprzętu. Ale koszt takich parowozów z łatwością przekracza dwieście funtów, co nie jest tak mało jak na drobiazg na kilka wieczorów. Co więcej, dla tych, którzy lubią samodzielnie montować wszelkiego rodzaju mechanizmy, o wiele ciekawsze jest stworzenie prostego silnika parowego własnymi rękami.

Bardzo prosta. Ogień ogrzewa kociołek wody. Pod wpływem temperatury woda zamienia się w parę, która popycha tłok. Dopóki w zbiorniku jest woda, koło zamachowe połączone z tłokiem będzie się obracać. To jest standardowy układ silnika parowego. Ale możesz złożyć model i zupełnie inną konfigurację.

Cóż, przejdźmy od części teoretycznej do bardziej ekscytujących rzeczy. Jeśli jesteś zainteresowany zrobieniem czegoś własnymi rękami i jesteś zaskoczony takimi egzotycznymi samochodami, ten artykuł jest dla Ciebie, w którym chętnie porozmawiamy różne drogi jak złożyć silnik parowy własnymi rękami. Jednocześnie sam proces tworzenia mechanizmu sprawia nie mniejszą radość niż jego uruchomienie.

Metoda 1: DIY mini silnik parowy

Więc zacznijmy. Złóżmy najprostszy silnik parowy własnymi rękami. Rysunki, skomplikowane narzędzia i specjalistyczna wiedza nie są potrzebne.

Na początek bierzemy spod każdego napoju. Odetnij dolną trzecią część. Ponieważ w efekcie otrzymujemy ostre krawędzie, należy je zagiąć do wewnątrz za pomocą szczypiec. Robimy to ostrożnie, aby się nie skaleczyć. Ponieważ większość puszek aluminiowych ma wklęsłe dno, należy je wypoziomować. Wystarczy mocno docisnąć go palcem do jakiejś twardej powierzchni.

W odległości 1,5 cm od górnej krawędzi powstałego „szkła” należy wykonać dwa otwory naprzeciw siebie. Wskazane jest użycie do tego dziurkacza, ponieważ konieczne jest, aby miały one średnicę co najmniej 3 mm. Na dnie słoika kładziemy ozdobną świeczkę. Teraz bierzemy zwykłą folię stołową, marszczymy ją, a następnie owijamy nasz mini-palnik ze wszystkich stron.

Mini dysze

Następnie musisz wziąć kawałek miedziana rura Długość 15-20 cm Ważne jest, aby była pusta w środku, ponieważ będzie to nasz główny mechanizm wprawiania konstrukcji w ruch. Środkowa część tuby jest owijana wokół ołówka 2 lub 3 razy, tak aby uzyskać małą spiralę.

Teraz musisz umieścić ten element tak, aby zakrzywione miejsce znajdowało się bezpośrednio nad knotem świecy. Aby to zrobić, nadajemy rurce kształt litery „M”. Jednocześnie wyświetlamy odcinki, które schodzą w dół przez otwory wykonane w banku. W ten sposób miedziana rurka jest sztywno zamocowana nad knotem, a jej krawędzie są rodzajem dysz. Aby konstrukcja mogła się obracać, konieczne jest zgięcie przeciwległych końców „elementu M” o 90 stopni w różnych kierunkach. Projekt silnika parowego jest gotowy.

Rozruch silnika

Słoik umieszcza się w pojemniku z wodą. W takim przypadku konieczne jest, aby krawędzie rurki znajdowały się pod jej powierzchnią. Jeśli dysze nie są wystarczająco długie, możesz dodać niewielką wagę do dna puszki. Uważaj jednak, aby nie zatopić całego silnika.

Teraz musisz napełnić rurkę wodą. Aby to zrobić, możesz opuścić jedną krawędź do wody, a drugą wciągnąć powietrze jak przez rurkę. Słój opuszczamy do wody. Zapalamy knot świecy. Po pewnym czasie woda w spirali zamieni się w parę, która pod ciśnieniem wyleci z przeciwległych końców dysz. Słoik zacznie się wystarczająco szybko obracać w pojemniku. W ten sposób otrzymaliśmy silnik parowy zrób to sam. Jak widać, wszystko jest proste.

Model silnika parowego dla dorosłych

Teraz skomplikujmy zadanie. Zbierzmy więcej poważny silnik zrób to sam para. Najpierw musisz wziąć puszkę farby. Musisz się upewnić, że jest absolutnie czysty. Na ścianie 2-3 cm od dołu wycinamy prostokąt o wymiarach 15 x 5 cm, dłuższy bok układamy równolegle do dna słoika. Z metalowej siatki wycinamy kawałek o powierzchni 12 x 24 cm, z obu końców dłuższego boku mierzymy 6 cm, te odcinki wyginamy pod kątem 90 stopni. Otrzymujemy mały „stolik platformowy” o powierzchni 12 x 12 cm z nogami 6 cm, a powstałą konstrukcję montujemy na dnie puszki.

Na obwodzie pokrywki należy wykonać kilka otworów i umieścić je w półokręgu wzdłuż połowy pokrywki. Pożądane jest, aby otwory miały średnicę około 1 cm, jest to konieczne, aby zapewnić odpowiednią wentylację wnętrza. Silnik parowy nie będzie działał dobrze, jeśli u źródła ognia nie będzie wystarczającej ilości powietrza.

główny element

Wykonujemy spiralę z miedzianej rurki. Potrzebujesz około 6 metrów miękkiej miedzianej rury 1/4 cala (0,64 cm). Mierzymy 30 cm od jednego końca, zaczynając od tego miejsca należy wykonać pięć zwojów spirali o średnicy 12 cm każdy. Reszta rury jest wygięta w 15 pierścieni o średnicy 8 cm, zatem na drugim końcu powinno pozostać 20 cm wolnej rury.

Oba przewody przechodzą przez otwory wentylacyjne w pokrywce słoika. Jeśli okaże się, że długość odcinka prostego nie wystarczy do tego, można odgiąć jeden obrót spirali. Węgiel jest umieszczany na wstępnie zainstalowanej platformie. W takim przypadku spiralę należy umieścić tuż nad tym miejscem. Węgiel jest starannie układany między kolejnymi turami. Teraz bank można zamknąć. W efekcie otrzymaliśmy palenisko, które zasili silnik. Silnik parowy jest prawie gotowy własnymi rękami. Nie ma wiele.

Zbiornik wodny

Teraz musisz wziąć kolejną puszkę farby, ale o mniejszym rozmiarze. W środku jego wieczka wywiercony jest otwór o średnicy 1 cm, dwa kolejne otwory są wykonane z boku słoika - jeden prawie na dole, drugi - wyżej, przy samej wieczku.

Biorą dwie skorupy, w środku których wykonany jest otwór o średnicach miedzianej rurki. 25 cm plastikowej rurki wkłada się w jedną skorupę, 10 cm w drugą, tak aby ich krawędź ledwo wystawała z korków. Skórkę z długą rurką wkłada się do dolnego otworu małego słoika, a krótszą rurkę do górnego otworu. Mniejszą puszkę umieszczamy na dużej puszce z farbą, tak aby otwór w dnie znajdował się po przeciwnej stronie kanałów wentylacyjnych dużej puszki.

Wynik

Rezultatem powinien być następujący projekt. Woda wlewa się do małego słoika, który przez otwór w dnie przepływa do miedzianej rurki. Pod spiralą rozpala się ogień, który ogrzewa miedziany pojemnik. Gorąca para unosi się w górę rury.

Aby mechanizm był kompletny, konieczne jest przymocowanie tłoka i koła zamachowego do górnego końca miedzianej rurki. W efekcie energia cieplna spalania zostanie zamieniona na siły mechaniczne obrotu koła. Istnieje ogromna liczba różnych schematów tworzenia takiego zewnętrznego silnika spalinowego, ale we wszystkich zawsze zaangażowane są dwa elementy - ogień i woda.

Oprócz tego projektu możesz złożyć parowy, ale jest to materiał na zupełnie osobny artykuł.

silnik parowy

Czas produkcji: jeden dzień

Materiały pod ręką: ████████░░ 80%

W tym artykule opowiem Ci, jak zrobić silnik parowy własnymi rękami. Silnik będzie mały, jednotłokowy ze szpulą. Moc wystarcza, aby obrócić wirnik małego generatora i wykorzystać ten silnik jako autonomiczne źródło energii elektrycznej podczas wędrówek.

• Antena teleskopowa (można wyjąć ze starego telewizora lub radia), średnica najgrubszej tuby musi wynosić co najmniej 8 mm
• Mała rurka na parę tłoków (sklep hydrauliczny).
• Drut miedziany o średnicy około 1,5 mm (można go znaleźć w cewce transformatora lub sklepie radiowym).
• Śruby, nakrętki, wkręty
• Ołów (w sklepie wędkarskim lub znaleziony w starym akumulator). Jest potrzebny do uformowania koła zamachowego. Znalazłem gotowe koło zamachowe, ale ten przedmiot może ci się przydać.
• Drewniane pręty.
• Szprychy do kół rowerowych
• Stojak (w moim przypadku z arkusza tekstolitu o grubości 5 mm, ale nadaje się również sklejka).
• Klocki drewniane (kawałki desek)
• Słoik z oliwek
• Rura

• Superglue, spawanie na zimno, żywica epoksydowa (rynek budowlany).
• Szmergiel
• Wiertarka
• lutownica
• Brzeszczot

Jak zrobić silnik parowy




Schemat silnika






Cylinder i rura szpuli.

Odetnij 3 kawałki z anteny:
? Pierwsza część ma 38 mm długości i 8 mm średnicy (sam cylinder).
? Drugi element ma długość 30 mm i średnicę 4 mm.
? Trzeci ma 6 mm długości i 4 mm średnicy.




Weź rurkę nr 2 i wykonaj w niej otwór o średnicy 4 mm w środku. Weź tubę nr 3 i przyklej ją prostopadle do tuby nr 2, po wyschnięciu superglue przykryj wszystko spawaniem na zimno (na przykład POXIPOL).




Do kawałka nr 3 (średnica - trochę więcej niż rurka nr 1) mocujemy okrągłą podkładkę żelazną z otworem w środku, po wyschnięciu wzmacniamy ją spawaniem na zimno.


Dodatkowo wszystkie szwy pokrywamy żywicą epoksydową dla lepszej szczelności.

Jak zrobić tłok z korbowodem

Bierzemy śrubę (1) o średnicy 7 mm i zaciskamy ją w imadle. Zaczynamy nawijać wokół niego drut miedziany (2) na około 6 zwojów. Powlekamy każdą turę superglue. Odcinamy nadmiar końców śruby.




Drut pokrywamy żywicą epoksydową. Po wyschnięciu ustawiamy tłok papierem ściernym pod cylindrem tak, aby poruszał się tam swobodnie nie przepuszczając powietrza.




Z blachy aluminiowej wykonujemy listwę o długości 4 mm i długości 19 mm. Nadajemy mu kształt litery P (3).




Wiercimy otwory (4) o średnicy 2 mm na obu końcach, aby można było włożyć kawałek igły dziewiarskiej. Boki części w kształcie litery U powinny mieć wymiary 7x5x7 mm. Przyklejamy go do tłoka stroną 5 mm.





Korbowód (5) wykonujemy z rowerowej igły dziewiarskiej. Przyklej do obu końców szprych na dwóch małych kawałkach rurek (6) z anteny o średnicy i długości 3 mm. Odległość między środkami korbowodu wynosi 50 mm. Następnie wkładamy korbowód jednym końcem do części w kształcie litery U i mocujemy go igłą dziewiarską.


Przyklejamy igłę na obu końcach, aby nie wypadła.






Trójkątny korbowód

Trójkątny korbowód jest wykonany w podobny sposób, tylko z jednej strony będzie kawałek igły dziewiarskiej, a z drugiej rurka. Długość korbowodu 75 mm.







Trójkąt i szpula


Wytnij trójkąt z blachy i wywierć w nim 3 otwory.
Szpula. Tłok szpuli ma długość 3,5 mm i musi poruszać się swobodnie na rurze szpuli. Długość mostka zależy od rozmiaru koła zamachowego.






Korba tłoczyska powinna mieć 8 mm, a korba szpuli powinna mieć 4 mm.


• Boiler parowy

  
  Kocioł parowy będzie słojem oliwek z zamkniętą pokrywką. Przylutowałem też nakrętkę, żeby można było przez nią przelać wodę i mocno dokręcić śrubą. Rurę też przylutowałem do wieczka.
  Oto zdjęcie:
  

  

  
  

  Zdjęcie zespołu silnika

  
  

  Silnik montujemy na drewnianej platformie, każdy element stawiając na wsporniku

  
  

  

  
  

  

  
  

  

  
  

  Film z silnikiem parowym

  
  
  
  

• Wersja 2.0

  
  Kosmetyczna modyfikacja silnika. Zbiornik ma teraz własną drewnianą platformę i spodek na suchą tabletkę paliwa. Wszystkie detale pomalowane są w pięknych kolorach. Swoją drogą, jako źródło ciepła najlepiej użyć domowej roboty

Silniki parowe były instalowane i napędzane większością parowozów od początku XIX wieku do lat 50. XX wieku. Pragnę zaznaczyć, że zasada działania tych silników zawsze pozostawała niezmieniona, pomimo zmiany ich konstrukcji i wymiarów.

Animowana ilustracja przedstawia działanie silnika parowego.

Do wytworzenia pary dostarczanej do silnika wykorzystano kotły pracujące zarówno na drewnie, jak i na węglu oraz na paliwa płynne.

Pierwszy środek

Para z kotła dostaje się do komory parowej, z której poprzez zawór zaworu pary (oznaczony kolorem niebieskim) dostaje się do górnej (przedniej) części cylindra. Ciśnienie wytwarzane przez parę popycha tłok w dół do BDC. Podczas ruchu tłoka z GMP do BDC koło wykonuje pół obrotu.

Uwolnienie

Na samym końcu suwu tłoka do BDC zawór parowy jest przemieszczany, uwalniając pozostałą parę przez otwór wylotowy znajdujący się poniżej zaworu. Reszta pary wybucha, tworząc dźwięk charakterystyczny dla parowozów.

Drugi środek

Jednocześnie przestawienie zaworu w celu uwolnienia reszty pary otwiera wejście pary do dolnej (tylnej) części cylindra. Ciśnienie wytwarzane przez parę w cylindrze powoduje ruch tłoka do GMP. W tym czasie koło wykonuje jeszcze pół obrotu.

Uwolnienie

Pod koniec ruchu tłoka do GMP pozostała para jest uwalniana przez ten sam otwór wylotowy.

Cykl powtarza się od nowa.

Silnik parowy posiada tzw. martwy punkt na końcu każdego suwu, gdy zawór przechodzi z suwu rozprężania do suwu wydechu. Z tego powodu każdy silnik parowy ma dwa cylindry, co pozwala na uruchomienie silnika z dowolnej pozycji.

Możliwości wykorzystania energii pary znane były już na początku naszej ery. Potwierdza to urządzenie zwane aeolipil Herona, stworzone przez starożytnego greckiego mechanika Herona z Aleksandrii. Starożytny wynalazek można przypisać turbinie parowej, której kula obracała się dzięki sile strumieni pary wodnej.

W XVII wieku stało się możliwe przystosowanie pary do pracy silników. Nie używali takiego wynalazku długo, ale wniósł znaczący wkład w rozwój ludzkości. Ponadto historia wynalezienia silników parowych jest bardzo fascynująca.

pojęcie

Silnik parowy składa się z silnik cieplny spalanie zewnętrzne, które z energii pary wodnej powoduje ruch mechaniczny tłoka, który z kolei obraca wał. Moc silnika parowego jest zwykle mierzona w watach.

Historia wynalazku

Historia wynalezienia maszyn parowych związana jest ze znajomością starożytnej cywilizacji greckiej. Przez długi czas nikt nie korzystał z dzieł tej epoki. W XVI wieku podjęto próbę stworzenia turbiny parowej. Turecki fizyk i inżynier Takiyuddin ash-Shami pracował nad tym w Egipcie.

Zainteresowanie tym problemem powróciło w XVII wieku. W 1629 Giovanni Branca zaproponował własną wersję turbiny parowej. Jednak wynalazki traciły dużo energii. Dalszy rozwój wymagał odpowiednich warunków ekonomicznych, które pojawią się później.

Pierwszą osobą, która wynalazła silnik parowy, jest Denis Papin. Wynalazek był cylindrem z tłokiem unoszącym się pod wpływem pary i opadającym w wyniku jego zgrubienia. Na tej samej zasadzie działania działały urządzenia Savery'ego i Newcomena (1705). Sprzęt służył do wypompowywania wody z wyrobisk przy wydobyciu kopalin.

Wattowi udało się ostatecznie ulepszyć urządzenie w 1769 roku.

Wynalazki Denisa Papin

Denis Papin był z wykształcenia lekarzem medycyny. Urodzony we Francji, w 1675 przeniósł się do Anglii. Znany jest z wielu swoich wynalazków. Jednym z nich jest szybkowar, który nazwano „kociołkiem Papenova”.

Udało mu się ujawnić związek między dwoma zjawiskami, a mianowicie temperaturą wrzenia cieczy (wody) i pojawiającym się ciśnieniem. Dzięki temu stworzył szczelny kocioł, w którym zwiększono ciśnienie, dzięki czemu woda zagotowała się później niż zwykle, a temperatura obróbki umieszczonych w nim produktów wzrosła. W ten sposób wzrosła szybkość gotowania.

W 1674 r. wynalazca medyczny stworzył silnik proszkowy. Jego praca polegała na tym, że gdy proch się zapalał, w cylindrze poruszał się tłok. W cylindrze wytworzyła się niewielka próżnia, a ciśnienie atmosferyczne przywróciło tłok na swoje miejsce. Powstałe elementy gazowe wyszły przez zawór, a pozostałe zostały schłodzone.

Do 1698 r. Papinowi udało się stworzyć jednostkę opartą na tej samej zasadzie, pracującą nie na prochu, ale na wodzie. W ten sposób powstał pierwszy silnik parowy. Mimo znacznego postępu, do którego mógł doprowadzić pomysł, nie przyniósł on wynalazcy znaczących korzyści. Wynikało to z faktu, że wcześniej inny mechanik, Savery, opatentował już pompę parową i do tego czasu nie wymyślił jeszcze innego zastosowania dla takich jednostek.

Denis Papin zmarł w Londynie w 1714 roku. Mimo wynalezienia przez niego pierwszej maszyny parowej, opuścił ten świat w potrzebie i samotności.

Wynalazki Thomasa Newcomena

Większy sukces pod względem dywidend odniósł Anglik Newcomen. Kiedy Papin stworzył swoją maszynę, Thomas miał 35 lat. Uważnie przestudiował prace Savery'ego i Papina i był w stanie zrozumieć wady obu projektów. Od nich wziął wszystkie najlepsze pomysły.

Już w 1712 roku we współpracy z mistrzem szkła i hydrauliki Johnem Calleyem stworzył swój pierwszy model. W ten sposób ciągnęła się historia wynalezienia silników parowych.

Stworzony model w skrócie można wyjaśnić w następujący sposób:

• Projekt łączył pionowy cylinder i tłok, podobnie jak Papin.
• Powstawanie pary odbywało się w oddzielnym kotle, który działał na zasadzie maszyny Savery.
• Szczelność w cylindrze parowym uzyskano dzięki powłoce pokrytej tłokiem.

Jednostka Newcomen podniosła wodę z kopalń za pomocą ciśnienia atmosferycznego. Maszyna wyróżniała się solidnymi wymiarami i wymagała do pracy dużej ilości węgla. Mimo tych niedociągnięć model Newcomena był używany w kopalniach przez pół wieku. Pozwoliła nawet na ponowne otwarcie kopalń, które zostały opuszczone z powodu zalania wodą gruntową.

W 1722 pomysł Newcomena udowodnił swoją skuteczność, wypompowując wodę ze statku w Kronsztadzie w zaledwie dwa tygodnie. System wiatraków mógłby to zrobić w rok.

Ze względu na fakt, że maszyna była oparta na wczesnych wersjach, angielski mechanik nie był w stanie uzyskać na nią patentu. Projektanci próbowali zastosować wynalazek do ruchu pojazd, ale bezskutecznie. Historia wynalazku silników parowych na tym się nie skończyła.

Wynalazek Watta

Jako pierwszy wynalazł sprzęt o niewielkich rozmiarach, ale wystarczająco potężny, James Watt. Silnik parowy był pierwszym w swoim rodzaju. Mechanik z Uniwersytetu Glasgow w 1763 roku rozpoczął naprawę silnika parowego Newcomen. W wyniku naprawy zrozumiał, jak zmniejszyć zużycie paliwa. Aby to zrobić, konieczne było utrzymywanie cylindra w stanie stale nagrzanym. Jednak maszyna parowa Watta nie mogła być gotowa, dopóki problem kondensacji pary nie został rozwiązany.

Rozwiązanie przyszło, gdy mechanik przechodząc obok pralni zauważył kłęby pary wydobywające się spod pokryw kotłów. Zdał sobie sprawę, że para jest gazem i musi podróżować w cylindrze o obniżonym ciśnieniu.

Osiągnięcie szczelności wewnątrz cylinder parowy za pomocą konopnej liny nasączonej olejem Watt był w stanie zrezygnować z ciśnienia atmosferycznego. To był duży krok naprzód.

W 1769 r. mechanik otrzymał patent, w którym stwierdzono, że temperatura silnika w silniku parowym zawsze będzie równa temperaturze pary. Jednak sprawy nieszczęsnego wynalazcy nie poszły tak dobrze, jak oczekiwano. Został zmuszony do zastawienia patentu na dług.

W 1772 poznał Matthew Boltona, bogatego przemysłowca. Kupił i zwrócił Wattowi jego patenty. Wynalazca wrócił do pracy, wspierany przez Boltona. W 1773 roku silnik parowy Watta został przetestowany i wykazał, że zużywa on znacznie mniej węgla niż jego odpowiedniki. Rok później rozpoczęła się produkcja jego samochodów w Anglii.

W 1781 roku wynalazcy udało się opatentować swoje kolejne dzieło - silnik parowy do napędzania maszyn przemysłowych. Z biegiem czasu wszystkie te technologie umożliwią poruszanie pociągów i parowców za pomocą pary. To całkowicie zmieni życie człowieka.

Jedną z osób, które zmieniły życie wielu, był James Watt, którego silnik parowy przyspieszył postęp technologiczny.

Wynalazek Polzunowa

Projekt pierwszego silnika parowego, który mógł napędzać różne mechanizmy robocze, powstał w 1763 roku. Został opracowany przez rosyjskiego mechanika I. Polzunowa, który pracował w zakładach górniczych Ałtaju.

Szef fabryk zapoznał się z projektem i otrzymał zgodę na stworzenie urządzenia z Petersburga. Uznano maszynę parową Polzunowa, a prace nad jej stworzeniem powierzono autorowi projektu. Ten ostatni chciał najpierw złożyć miniaturowy model, aby zidentyfikować i wyeliminować ewentualne wady, które nie są widoczne na papierze. Jednak otrzymał rozkaz rozpoczęcia budowy dużej, potężnej maszyny.

Polzunowowi zapewniono pomocników, z których dwóch skłaniało się ku mechanikom, a dwóch miało wykonywać prace pomocnicze. Budowa silnika parowego zajęła rok i dziewięć miesięcy. Gdy parowóz Polzunowa był już prawie gotowy, zachorował na konsumpcję. Twórca zmarł na kilka dni przed pierwszymi testami.

Wszystkie czynności w maszynie odbywały się automatycznie, mogła pracować w sposób ciągły. Udowodniono to w 1766 r., kiedy uczniowie Polzunowa przeprowadzili ostatnie testy. Miesiąc później sprzęt został uruchomiony.

Samochód nie tylko zwrócił wydane pieniądze, ale także dał zysk swoim właścicielom. Jesienią kocioł zaczął przeciekać, a prace ustały. Urządzenie można było naprawić, ale nie interesowało to władz fabrycznych. Samochód został porzucony, a dekadę później został zdemontowany jako niepotrzebny.

Zasada działania

Do działania całego systemu wymagany jest kocioł parowy. Powstała para rozpręża się i naciska na tłok, powodując ruch części mechanicznych.

Zasadę działania najlepiej zbadać na poniższej ilustracji.

Jeśli nie malujesz detali, to praca silnika parowego polega na zamianie energii pary na ruch mechaniczny tłoka.

Efektywność

Sprawność silnika parowego określa stosunek użytecznej pracy mechanicznej do ilości wydatkowanego ciepła, jakie zawiera paliwo. Energia, która jest uwalniana do środowiska w postaci ciepła, nie jest brana pod uwagę.

Sprawność silnika parowego mierzy się w procentach. Praktyczna wydajność wyniesie 1-8%. W obecności skraplacza i rozszerzenia ścieżki przepływu wskaźnik może wzrosnąć do 25%.

Zalety

Główną zaletą urządzeń parowych jest to, że kocioł może wykorzystywać jako paliwo dowolne źródło ciepła, zarówno węgiel jak i uran. To znacząco odróżnia go od silnika wewnętrzne spalanie. W zależności od rodzaju tego ostatniego wymagany jest określony rodzaj paliwa.

Historia wynalezienia silników parowych wykazała zalety, które do dziś są zauważalne, ponieważ energia jądrowa może być wykorzystywana jako odpowiednik parowy. Sam reaktor jądrowy nie może przekształcić swojej energii w pracę mechaniczną, ale jest w stanie generować dużą ilość ciepła. Jest on następnie wykorzystywany do wytwarzania pary, która wprawi samochód w ruch. W ten sam sposób można wykorzystać energię słoneczną.

Lokomotywy parowe radzą sobie dobrze na dużych wysokościach. Niskie ciśnienie atmosferyczne panujące w górach nie wpływa na efektywność ich pracy. Lokomotywy parowe są nadal używane w górach Ameryki Łacińskiej.

W Austrii i Szwajcarii stosowane są nowe wersje parowozów poruszających się na suchej parze. Wykazują wysoką skuteczność dzięki wielu usprawnieniom. Nie są wymagające w konserwacji i jako paliwo zużywają lekkie frakcje oleju. Pod względem wskaźników ekonomicznych są porównywalne z nowoczesnymi lokomotywami elektrycznymi. Jednocześnie lokomotywy parowe są znacznie lżejsze niż ich odpowiedniki spalinowe i elektryczne. Ten wielka zaleta w warunkach górskich.

niedogodności

Wady to przede wszystkim niska wydajność. Do tego należy dodać masywność konstrukcji i niską prędkość. Stało się to szczególnie widoczne po pojawieniu się silnika spalinowego.

Wniosek

Kto wynalazł silnik parowy, jest już znany. Dopiero okaże się, gdzie były używane. Do połowy XX wieku maszyny parowe były wykorzystywane w przemyśle. Były również wykorzystywane do transportu kolejowego i parowego.

Fabryki, które eksploatowały silniki parowe:

• cukier;
• mecz;
• papiernie;
• włókienniczy;
• przedsiębiorstwa spożywcze (w niektórych przypadkach).

W skład tego wyposażenia wchodzą również turbiny parowe. Z ich pomocą nadal pracują generatory prądu. Około 80% światowej energii elektrycznej jest wytwarzane przy użyciu turbin parowych.

W momencie ich powstania Różne rodzaje pojazdy napędzane parą. Niektóre nie zapuściły korzeni z powodu nierozwiązanych problemów, podczas gdy inne kontynuują pracę do dziś.

Transport napędzany parą:

• samochód;
• ciągnik;
• koparka;
• samolot;
• lokomotywa;
• naczynie;
• ciągnik.

Taka jest historia wynalezienia silników parowych. Rozważmy pokrótce udany przykład samochodu wyścigowego Serpolle, stworzonego w 1902 roku. Ustanowił światowy rekord prędkości, który na lądzie wyniósł 120 km na godzinę. Dlatego samochody parowe były konkurencyjne w stosunku do odpowiedników elektrycznych i benzynowych.

Tak więc w USA w 1900 roku wyprodukowano przede wszystkim silniki parowe. Spotykali się na drogach aż do lat trzydziestych XX wieku.

Większość z tych pojazdów stała się niepopularna po pojawieniu się silnika spalinowego, którego sprawność jest znacznie wyższa. Takie maszyny były bardziej ekonomiczne, a jednocześnie lekkie i szybkie.

Steampunk jako trend epoki parowozów

Mówiąc o silnikach parowych, chciałbym wspomnieć o popularnym kierunku – steampunku. Termin składa się z dwóch angielskie słowa- "para" i "protest". Steampunk to rodzaj science fiction, który rozgrywa się w drugiej połowie XIX wieku w wiktoriańskiej Anglii. Ten okres w historii jest często określany jako Epoka Steam.

Wszystkie prace mają jedną charakterystyczną cechę – opowiadają o życiu drugiej połowy XIX wieku, a styl narracji nawiązuje do powieści H.G. Wellsa „Wehikuł czasu”. Działki opisują krajobrazy miejskie, budynki użyteczności publicznej, technologię. Szczególne miejsce zajmują sterowce, stare samochody, dziwaczne wynalazki. Wszystkie części metalowe były mocowane nitami, ponieważ spawanie nie było jeszcze stosowane.

Termin „steampunk” powstał w 1987 roku. Jego popularność związana jest z pojawieniem się powieści „The Difference Engine”. Został napisany w 1990 roku przez Williama Gibsona i Bruce'a Sterlinga.

Na początku XXI wieku w tym kierunku ukazało się kilka znanych filmów:

• "Wehikuł czasu";
• "Liga niezwykłych dżentelmenów";
• „Van Helsing”.

Do prekursorów steampunku należą prace Julesa Verne'a i Grigorija Adamova. Zainteresowanie tym kierunkiem od czasu do czasu przejawia się we wszystkich sferach życia - od kina po codzienne ubrania.