Как своими руками сделать паровой двигатель: Как собрать паровой двигатель своими руками

Поровой двиготель. История изобретения паровых машин

Начал свою экспансию еще в начале 19-го века. И уже в то время строились не только большие агрегаты для промышленных целей, но также и декоративные. В большинстве своем их покупателями были богатые вельможи, которые хотели позабавить себя и своих детишек. После того как паровые агрегаты плотно вошли в жизнь социума, декоративные двигатели начали применяться в университетах и школах в качестве образовательных образцов.

Паровые двигатели современности

В начале 20-го века актуальность паровых машин начала падать. Одной из немногих компаний, которые продолжили выпуск декоративных мини-двигателей, стала британская фирма Mamod, которая позволяет приобрести образец подобной техники даже сегодня. Но стоимость таких паровых двигателей легко переваливает за две сотни фунтов стерлингов, что не так и мало для безделушки на пару вечеров. Тем более для тех, кто любит собирать всяческие механизмы самостоятельно, гораздо интереснее создать простой паровой двигатель своими руками.

Очень простое. Огонь нагревает котел с водой. Под действием температуры вода превращается в пар, который толкает поршень. Пока в емкости есть вода, соединенный с поршнем маховик будет вращаться. Это стандартная схема строения парового двигателя. Но можно собрать модель и совершенно другой комплектации.

Что же, перейдем от теоретической части к более увлекательным вещам. Если вам интересно делать что-то своими руками, и вас удивляют столь экзотичные машины, то эта статья именно для вас, в ней мы с радостью расскажем о различных способах того, как собрать двигатель своими руками паровой. При этом сам процесс создания механизма дарит радость не меньшую, чем его запуск.

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

Итак, начнем. Соберем самый простой паровой двигатель своими руками. Чертежи, сложные инструменты и особые знания при этом не нужны.

Для начала берем из-под любого напитка. Отрезаем от нее нижнюю треть. Так как в результате получим острые края, то их необходимо загнуть внутрь плоскогубцами. Делаем это осторожно, чтобы не порезаться. Так как большинство алюминиевых банок имеют вогнутое дно, то необходимо его выровнять. Достаточно плотно прижать его пальцем к какой-нибудь твердой поверхности.

На расстоянии 1,5 см от верхнего края полученного «стакана» необходимо сделать два отверстия друг напротив друга. Желательно для этого использовать дырокол, так как необходимо, чтобы они получились в диаметре не менее 3 мм. На дно банки кладем декоративную свечку. Теперь берем обычную столовую фольгу, мнем ее, после чего оборачиваем со всех сторон нашу мини-горелку.

Мини-сопла

Далее нужно взять кусок медной трубки длиной 15-20 см. Важно, чтобы внутри она была полой, так как это будет наш главный механизм приведения конструкции в движение. Центральную часть трубки оборачивают вокруг карандаша 2 или 3 раза, так, чтобы получилась небольшая спираль.

Теперь необходимо разместить этот элемент так, чтобы изогнутое место размещалось непосредственно над фитилем свечки. Для этого придаем трубке формы буквы «М». При этом выводим участки, которые опускаются вниз, через проделанные отверстия в банке. Таким образом, медная трубка жестко фиксируется над фитилем, а ее края являются своеобразными соплами. Для того чтобы конструкция могла вращаться, необходимо отогнуть противоположные концы «М-элемента» на 90 градусов в разные стороны. Конструкция парового двигателя готова.

Запуск двигателя

Банку размещают в емкости с водой. При этом необходимо, чтобы края трубки находились под ее поверхностью. Если сопла недостаточно длинные, то можно добавить на дно банки небольшой грузик. Но будьте осторожны — не потопите весь двигатель.

Теперь необходимо заполнить трубку водой. Для этого можно опустить один край в воду, а вторым втягивать воздух как через трубочку. Опускаем банку на воду. Поджигаем фитиль свечки. Через некоторое время вода в спирали превратится в пар, который под давлением будет вылетать из противоположных концов сопел. Банка начнет вращаться в емкости достаточно быстро. Вот такой у нас получился двигатель своими руками паровой. Как видите, все просто.

Модель парового двигателя для взрослых

Теперь усложним задачу. Соберем более серьезный двигатель своими руками паровой. Для начала необходимо взять банку из-под краски. При этом следует убедиться, что она абсолютно чистая. На стенке на 2-3 см от дна вырезаем прямоугольник с размерами 15 х 5 см. Длинная сторона размещается параллельно дну банки. Из металлической сетки вырезаем кусок площадью 12 х 24 см. С обоих концов длинной стороны отмеряем 6 см. Отгибаем эти участки под углом 90 градусов. У нас получается маленький «столик-платформа» площадью 12 х 12 см с ногами по 6 см. Устанавливаем полученную конструкцию на дно банки.

По периметру крышки необходимо сделать несколько отверстий и разместить их в форме полукруга вдоль одной половины крышки. Желательно, чтобы отверстия имели диаметр около 1 см. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию внутреннего пространства. Паровой двигатель не сможет хорошо работать, если к источнику огня не будет попадать достаточное количество воздуха.

Основной элемент

Из медной трубки делаем спираль. Необходимо взять около 6 метров мягкой медной трубки диаметром 1/4-дюйма (0,64 см). От одного конца отмеряем 30 см. Начиная с этой точки, необходимо сделать пять витков спирали диаметром 12 см каждая. Остальную часть трубы изгибают в 15 колец диаметром по 8 см. Таким образом, на другом конце должно остаться 20 см свободной трубки.

Оба вывода пропускают через вентиляционные отверстия в крышке банки. Если окажется, что длины прямого участка недостаточно для этого, то можно разогнуть один виток спирали. На установленную заранее платформу кладут уголь. При этом спираль должна размещаться как раз над этой площадкой. Уголь аккуратно раскладывают между ее витками. Теперь банку можно закрыть. В итоге мы получили топку, которая приведет в действие двигатель. Своими руками паровой двигатель почти сделан. Осталось немного.

Емкость для воды

Теперь необходимо взять еще одну банку из-под краски, но уже меньшего размера. В центре ее крышки сверлят отверстие диаметром в 1 см. Сбоку банки проделывают еще два отверстия — одно почти у дна, второе — выше, у самой крышки.

Берут два корка, в центре которых проделывают отверстие с диаметров медной трубки. В один корок вставляют 25 см пластиковой трубы, в другой — 10 см, так, чтобы их край едва выглядывал из пробок. В нижнее отверстие малой банки вставляют корок с длинной трубкой, в верхнее — более короткую трубку. Меньшую банку размещаем на большой банке краски так, чтобы отверстие на дне было на противоположной стороне от вентиляционных проходов большой банки.

Результат

В итоге должна получиться следующая конструкция. В малую банку заливается вода, которая через отверстие в дне вытекает в медную трубку. Под спиралью разжигается огонь, который нагревает медную емкость. Горячий пар поднимается по трубке вверх.

Для того чтобы механизм получился завершенным, необходимо присоединить к верхнему концу медной трубки поршень и маховик. В итоге тепловая энергия горения будет преобразовываться в механические силы вращения колеса. Существует огромное количество различных схем для создания такого двигателя внешнего сгорания, но во всех них всегда задействованы два элемента — огонь и вода.

Кроме такой конструкции, можно собрать паровой но это материал для совершенно отдельной статьи.

Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором по­тенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в меха­ническую энергию, отдаваемую потребителю.

С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.

Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может пере­мещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верх­них пароподводящих канала
1
и
3
соединены трубопроводом с паро­вым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и
11
закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу
1
поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы
1
и
9
закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы
1
и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

Для преобразования этого движения во вращательное приме­няется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу
Р
, направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие:
К
, направленную вдоль шатуна, и
N
,
перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила
К
передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу
Z
, направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу
Т
, перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то

Т = К
sin
(? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K=
P/
cos
?

поэтому

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

При работе машины за один оборот вала углы
?
и
?
и сила
Р
непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциаль­ной) силы
Т
также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоян­ная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила
Т
возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой
Т
, становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою ско­рость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.

При крайних положениях поршня углы? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее уси­лие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.

При мертвых положениях поршень не доводится до соприкоснове­ния с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного прост­ранства включается также объем паровых каналов от органов парорас­пределения до цилиндра.

Ходом поршня
S
называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа — радиус кривошипа — обозначить через R, то S = 2R.

Рабочим объемом цилиндра V
h
называется объем, описываемый поршнем.

Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины односторон­него действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких маши­нах остается открытой.

В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмо­сферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар исполь­зуется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр. )

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях , локомотивах , на паровых судах, тягачах , паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания , паровыми турбинами , электромоторами и атомными реакторами , КПД которых выше.

Паровая машина в действии

Изобретение и развитие

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии — это так называемая «баня Герона», или «эолипил». Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Предполагается, что преобразование пара в механическое движение было известно в Египте в период римского владычества и использовалось в несложных приспособлениях.

Первые промышленные двигатели

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году . На своё устройство Сейвери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель», который был первым паровым двигателем, на который мог быть коммерческий спрос. Это был усовершенствованный паровой двигатель Сейвери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Ньюкомен, возможно, базировался на описании экспериментов Папена, находящихся в Лондонском королевском обществе , к которым он мог иметь доступ через члена общества Роберта Гука , работавшего с Папеном.

Схема работы паровой машины Ньюкомена.
– Пар показан лиловым цветом, вода — синим.
– Открытые клапаны показаны зелёным цветом, закрытые — красным

Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Клапаны ранних двигателей Ньюкомена открывались и закрывались вручную. Первым усовершенствованием было автоматизация действия клапанов, которые приводились в движение самой машиной. Легенда рассказывает, что это усовершенствование было сделано в 1713 году мальчиком Хэмфри Поттером, который должен был открывать и закрывать клапаны; когда это ему надоедало, он связывал рукоятки клапанов верёвками и шёл играть с детьми. К 1715 году уже была создана рычажная система регулирования, приводимая от механизма самого двигателя.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Хэмфри Гэйнсборо в 1760-ых годах построил модель паровой машины с конденсатором. В 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт (возможно, использовав идеи Гейнсборо) запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива. Вклад Уатта заключался в отделении фазы конденсации вакуумного двигателя в отдельной камере, в то время как поршень и цилиндр имели температуру пара. Уатт добавил к двигателю Ньюкомена ещё несколько важных деталей: поместил внутрь цилиндра поршень для выталкивания пара и преобразовал возвратно-поступательное движения поршня во вращательное движение приводного колеса.

На основе этих патентов Уатт построил паровой двигатель в Бирмингеме . К 1782 году паровой двигатель Уатта оказался более чем в 3 раза производительнее машины Ньюкомена. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности. Кроме того, в отличие от двигателя Ньюкомена, двигатель Уатта позволил передать вращательное движение, в то время как в ранних моделях паровых машин поршень был связан с коромыслом, а не непосредственно с шатуном. Этот двигатель уже имел основные черты современных паровых машин.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм , или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования.

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем . Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход , построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7-8 миль в час . Пароход Дж. Фитча не был коммерчески успешным, поскольку с его маршрутом конкурировала хорошая сухопутная дорога. В 1802 году шотландский инженер Уильям Симингтон построил конкурентоспособный пароход, а в 1807 году американский инженер Роберт Фултон использовал паровой двигатель Уатта для привода первого коммерчески успешного парохода. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив , построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Вакуумные машины

Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными » или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов , во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помпа (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить. В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра.

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века . Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими.

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку» , замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объем цилиндра.

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа
. В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нем пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

• Перекрёстный компаунд
  — Цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
• Тандемный компаунд
  — Цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
• Угловой компаунд
  — Цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте . Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.

Множественное расширение

Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением.
Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четверного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объем которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Изображение справа показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на цилиндры высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности. Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остается более или менее постоянным. Прямоточные машины одинарного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одинарного, так и двойного действия.

Паровые турбины

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии . Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Другие типы паровых двигателей

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Паровой молот

Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

• Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов , паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
• Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях , а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

Транспортные машины

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:

• Сухопутные транспортные средства:
  • Паровой автомобиль
  • Паровой трактор
  • Паровой экскаватор, и даже
• Паровой самолёт.

В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга , которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) -х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т.д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты , содержащейся в топливе . Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. КПД тепловой машины равен

,

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная цепочка

1.2 Паровой двигатель

1.2.1 Паровой котёл

1.2.2 Паровые турбины

1.3 Паровые машины

1.3.1 Первые пароходы

1.3.2 Зарождение двухколесного транспорта

1.4 Применение паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых машин

1.4.2 Коэффициент полезного действия

2. Практическая часть

2.1 Построение механизма

2. 2 Способы улучшения машины и ее КПД

2.3 Анкетирование

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

паровой двигатель
полезное действие

Данная научная работа состоит из 32листов.Она включает в себя теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение. В теоретической части вы узнаете о принципе работы паровых двигателей и механизмов, об их истории и о роли их применения в жизни. Практической части подробно рассказано о процессе конструирования и испытаниях парового механизма в домашних условиях. Данная научная работа может служить наглядным примером работы и использованияэнергиипара.

Введение

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя.Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути. Это заставило человека задуматься над тем, как можно использовать в качестве рабочего тела пар. В результате этого после множества опытов появился паровой двигатель.И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы — весь сложный и могучий мир паротехники созданный человекомПаровая машина была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии человечества.Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития средств передвижения. В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте.Изобретение парового двигателя является огромным рывком, стоявшим на рубеже двух эпох. И через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этого изобретения.

Гипотеза:

Возможно, ли построить своими руками простейший механизм, работавший на пару.

Цель работы: сконструировать механизм способный двигаться на пару.

Задача исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Сконструировать и построить простейший механизм, работавший на пару.

3. Рассмотреть возможности увеличения КПД в дальнейшем.

Данная научная работа будет служить пособием на уроках физики для старших классов и для тех, кого интересует данная тема.

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами. Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии. Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии- фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

3000 лет до н. э. — в Древнем Риме появились первые дороги.

2000 лет до н. э. — колесо приобрело более привычный для нас вид. У него появились ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н. э. — появились первые дороги, мощенные деревянными брусками.

312 г. до н. э. — в Древнем Риме построены первые дороги с каменным покрытием. Толщина каменной кладки достигала одного метра.

1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

1510 г. — конный экипаж приобрел кузов со стенами и крышей. Пассажиры получили возможность защититься от непогоды во время поездки.

1526 г. — немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в действие мышечной силой людей. Люди, идущие сбоку экипажа, вращали специальные рукоятки. Это вращение с помощью червячного механизма передавалось колесам экипажа. К сожалению, повозка не была изготовлена.

1600 г. — Симон Стевин построил яхту на колесах, двигающуюся под действием силы ветра. Она стала первой конструкцией безлошадной повозки.

1610 г. — кареты претерпели два существенных усовершенствования. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, укачивающие пассажиров во время поездки, были заменены стальными рессорами. Во-вторых, была усовершенствована конная упряжь. Теперь лошадь тянула карету не шеей, а грудью.

1649 г. — прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы пружины, предварительно закрученной человеком. Карету с приводом от пружины построил Йоханн Хауч в Нюрнберге. Однако историки эти сведения ставят под сомнение, поскольку существует версия, что вместо большой пружины внутри кареты сидел человек, который и приводил механизм в движение.

1680 г. — в крупных городах появились первые образцы конного общественного транспорта.

1690 г. — Стефан Фарффлер из Нюрнберга создал трехколесную повозку, передвигающуюся с помощью двух ручек, вращаемых руками. Благодаря этому приводу конструктор повозки мог перемещаться с места на место без помощи ног.

1698 г. — англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 г. — русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков послал в Нижегородскую губернскую канцелярию «доношенье» с описанием «самобеглой коляски».

1769 г. — французский изобретатель Кюньо построил первый в мире паровой автомобиль.

1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

1791 г. — Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную коляску, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся с помощью педального механизма.

1794 г. — паровую машину Кюньо сдали в «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

1800 г. — существует мнение, что именно в этом году в России был построен первый в мире велосипед. Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 г. — на улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был изготовлен из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было руля и педалей.

1810 г. — в Америке и странах Европы начала зарождаться каретная промышленность. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, заселенные мастерами-каретниками.

1816 г. — немецкий изобретатель Карл Фридрих Драйз построил машину, напоминающую современный велосипед. Едва появившись на улицах города, она получила название «беговой машины», так как ее хозяин, отталкиваясь ногами, фактически бежал по земле.

1834 г. — в Париже проводились испытания парусного экипажа, сконструированного М. Хакуетом. Этот экипаж имел мачту высотой 12 м.

1868 г. — считается, что в этот год французом Эрне Мишо был создан прообраз современного мотоцикла.

1871 г. — французский изобретатель Луи Перро разработал паровую машину для велосипеда.

1874г. — в России построен паровой колесный тягач. В качестве прототипа был использован английский автомобиль «Эвелин Портер».

1875г. — в Париже прошла демонстрация первой паровой машины Амадея Бдлли.

1884 г. — американец Луис Копленд построил мотоцикл, на котором паровой мотор был установлен над передним колесом. Такая конструкция могла разогнаться до 18 км/ч.

1901г. — в России построен легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс».

1902г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч.

Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 г. — американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км

1.2 Паровой
двигатель

Двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются Поршневые двигатели. В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора. Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас Сэйвери. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г. Томас Ньюкомен изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс Ватт улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления интегральных схем. Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

Осмотр музейной экспозиции я пропущу и перейду сразу к машинному залу. Кому интересно, тот может найти полную версию поста у меня в жж. Машинный зал находится в этом здании:

29. Зайдя внутрь, у меня сперло дыхание от восторга — внутри зала была самая красивая паровая машина из всех, что мне доводилось видеть. Это был настоящий храм стимпанка — сакральное место для всех адептов эстетики паровой эры. Я был поражен увиденным и понял, что совершенно не зря заехал в этот городок и посетил этот музей.

30. Помимо огромной паровой машины, являющейся главным музейным объектом, тут также были представлены различные образцы паровых машин поменьше, а на многочисленных инфостендах рассказывалась история паровой техники. На этом снимке вы видите полностью функционирующую паровую машину, мощностью 12 л. с.

31. Рука для масштаба. Машина была создана в 1920 году.

32. Рядом с главным музейным экземпляром экспонируется компрессор 1940 года выпуска.

33. Этот компрессор в прошлом использовался в железнодорожных мастерских вокзала Вердау.

34. Ну а теперь рассмотрим детальней центральный экспонат музейной экспозиции — паровую 600-сильную машину 1899 года выпуска, которой и будет посвящена вторая половина этого поста.

35. Паровая машина является символом индустриальной революции, произошедшей в Европе в конце 18-го — начала 19-го века. Хотя первые образцы паровых машин создавались различными изобретателями еще в начале 18-го века, но все они были непригодны для промышленного использования так как обладали рядом недостатков. Массовое применение паровых машин в индустрии стало возможным лишь после того, как шотландский изобретатель Джеймс Уатт усовершенствовал механизм паровой машины, сделав ее легкой в управлении, безопасной и в пять раз мощней существовавших до этого образцов.

36. Джеймс Уатт запатентовал свое изобретение в 1775 году и уже в 1880-х годах его паровые машины начинают проникать на предприятия, став катализатором индустриальной революции. Произошло это прежде всего потому, что Джеймсу Уатту удалось создать механизм преобразования поступательного движения паровой машины во вращательное. Все существовавшие до этого паровые машины могли производить лишь поступательные движения и использоваться только лишь в качестве насосов. А изобретение Уатта уже могло вращать колесо мельницы или привод фабричных станков.

37. В 1800 году фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 паровых машин из которых лишь 164 использовались в качестве насосов. А уже в 1810 году в Англии насчитывалось 5 тысяч паровых машин, и это число в ближайшие 15 лет утроилось. В 1790 году между Филадельфией и Берлингтоном в США стала курсировать первая паровая лодка, перевозившая до тридцати пассажиров, а в 1804 году Ричард Тревинтик построил первый действующий паровой локомотив. Началась эра паровых машин, которая продлилась весь девятнадцатый век, а на железной дороге и первую половину двадцатого.

38. Это была краткая историческая справка, теперь вернемся к главному объекту музейной экспозиции. Паровая машина, которую вы видите на снимках, была произведена фирмой Zwikauer Maschinenfabrik AG в 1899 году и установлена в машинном зале прядильной фабрики «C.F.Schmelzer und Sohn». Паровая машина предназначалась для привода прядильных станков и в этой роли использовалась вплоть до 1941 года.

39. Шикарный шильдик. В то время индустриальная техника делалась с большим вниманием к эстетическому виду и стилю, была важна не только функциональность, но и красота, что отражено в каждой детали этой машины. В начале ХХ века некрасивую технику просто никто бы не купил.

40. Прядильная фабрика «C.F.Schmelzer und Sohn» была основана в 1820 году на месте теперешнего музея. Уже в 1841 году на фабрике была установлена первая паровая машина, мощностью 8 л. с. для привода прядильных машин, которая в 1899 году была заменена новой более мощной и современной.

41. Фабрика просуществовала до 1941 года, затем производство было остановлено в связи с началом войны. Все сорок два года машина использовалась по назначению, в качестве привода прядильных станков, а после окончания войны в 1945 — 1951 годы служила в качестве резервного источника электроэнергии, после чего была окончательно списана с баланса предприятия.

42. Как и многих ее собратьев, машину ждал бы распил, если бы не один фактор. Данная машина являлась первой паровой машиной Германии, которая получала пар по трубам от расположенной в отдалении котельной. Кроме того она обладала системой регулировки осей от фирмы PROELL. Благодаря этим факторам машина получила в 1959 году статус исторического памятника и стала музейной. К сожалению, все фабричные корпуса и корпус котельной были снесены в 1992 году. Этот машинный зал — единственное, что осталось от бывшей прядильной фабрики.

43. Волшебная эстетика паровой эры!

44. Шильдик на корпусе системы регулировки осей от фирмы PROELL. Система регулировала отсечку — количество пара, которое впускается в цилиндр. Больше отсечка — больше экономичность, но меньше мощность.

45. Приборы.

46. По своей конструкции данная машина является паровой машиной многократного расширения (или как их еще называют компаунд-машиной). В машинах этого типа пар последовательно расширяется в нескольких цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр, что позволяет значительно повысить коэфициент полезного действия двигателя. Эта машина имеет три цилиндра: в центре кадра находится цилиндр высокого давления — именно в него подавался свежий пар из котельной, затем после цикла расширения, пар перепускался в цилиндр среднего давления, что расположен справа от цилиндра высокого давления.

47. Совершив работу, пар из цилиндра среднего давления перемещался в цилиндр низкого давления, который вы видите на этом снимке, после чего, совершив последнее расширение, выпускался наружу по отдельной трубе. Таким образом достигалось наиболее полное использование энергии пара.

48. Стационарная мощность этой установки составляла 400-450 л.с., максимальная 600 л.с.

49. Гаечный коюч для ремонта и обслуживания машины впечатляет размерами. Под ним канаты, при помощи которых вращательное движения передавалось с маховика машины на трансмиссию, соединенную с прядильными станками.

50. Безупречная эстетика Belle Époque в каждом винтике.

51. На этом снимке можно детально рассмотреть устройство машины. Расширяющийся в цилиндре пар передавал энергию на поршень, который в свою очередь осуществлял поступательное движение, передавая его на кривошипно-ползунный механизм, в котором оно трансформировалось во вращательное и передавалось на маховик и дальше на трансмиссию.

52. В прошлом с паровой машиной также был соединен генератор электрического тока, который тоже сохранился в прекрасном оригинальном состоянии.

53. В прошлом генератор находился на этом месте.

54. Механизм для передачи крутящего момента с маховика на генератор.

55. Сейчас на месте генератора установлен электродвигатель, при помощи которого несколько дней в году паровую машину приводят в движение на потеху публике. В музее каждый год проводятся «Дни пара» — мероприятие, объединяющее любителей и моделистов паровых машин. В эти дни паровая машина тоже приводится в движение.

56. Оригинальный генератор постоянного тока стоит теперь в сторонке. В прошлом он использовался для выработки электричества для освещения фабрики.

57. Произведен фирмой «Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther» в Вердау в 1899 году, если верить инфотабличке, но на оригинальном шильдике стоит год 1901.

58. Так как я был единственным посетителем музея в тот день, никто не мешал мне наслаждаться эстетикой этого места один-на-один c машиной. К тому же отсутствие людей способстовало получению хороших фотографий.

59. Теперь пару слов о трансмиссии. Как видно на этом снимке, поверхность маховика обладает 12 канавками для канатов, при помощи которых вращательное движение маховика передавалось дальше на элементы трансмиссии.

60. Трансмиссия, состоящая из колес различного диаметра, соединенных валами, распределяла вращательное движение на несколько этажей фабричного корпуса, на которых распологались прядильные станки, работающие от энергии, переданной при помощи трансмиссии от паровой машины.

61. Маховик с канавками для канатов крупным планом.

62. Тут хорошо видны элементы трансмиссии, при помощи которых крутящий момент передавался на вал, проходящий под землей и передающий вращательное движение в прилегающий к машинному залу корпус фабрики, в котором располагались станки.

63. К сожалению, фабричное здание не сохранилось и за дверью, что вела в соседний корпус, теперь лишь пустота.

64. Отдельно стоит отметить щит управления электрооборудованием, который сам по себе является произведением искусства.

65. Мраморная доска в красивой деревянной рамке с расположенной на ней рядами рычажков и предохранителей, роскошный фонарь, стильные приборы — Belle Époque во всей красе.

66. Два огромных предохранителя, расположенные между фонарем и приборами впечатляют.

67. Предохранители, рычажки, регуляторы — все оборудование эстетически привлекательно. Видно, что при создании этого щита о внешнем виде заботились далеко не в последнюю очередь.

68. Под каждым рычажком и предохранителем расположена «пуговка» с надписью, что этот рычажок включает/выключает.

69. Великолепие техники периода «прекрасной эпохи «.

70. В завершении рассказа вернемся к машине и насладимся восхитительной гармонией и эстетикой ее деталей.

71. Вентили управления отдельными узлами машины.

72. Капельные масленки, предназначенные для смазки движущихся узлов и агрегатов машины.

73. Этот прибор называется пресс-масленка. От движущейся части машины приводятся в движение червяки, перемещающие поршень масленки, а он нагнетает масло к трущимся поверхностям. После того, как поршень дойдет до мертвой точки, его вращением ручки поднимают назад и цикл повторяется.

74. До чего же красиво! Чистый восторг!

75. Цилиндры машины с колонками впускных клапанов.

76. Еще масленки.

77. Эстетика стимпанка в классическом виде.

78. Распределительный вал машины, регулирующий подачу пара в цилиндры.

79.

80.

81. Все это очень очень красиво! Я получил огромный заряд вдохновения и радостных эмоций во время посещения этого машинного зала.

82. Если вас вдруг судьба занесет в регион Цвикау, посетите обязательно этот музей, не пожалеете. Сайт музея и его координаты: 50°43″58″N 12°22″25″E

Паровой двигатель — первый выезд

содержание видео

Рейтинг: 4.5; Голоса: 2

Паровой двигатель — первый выезд
Gregory: Ну вы блин даёте. Не, это всё хорошо и весело, но я удивлён, как вы вообще поехали. Четырёхтактный двигатель в принципе не способен работать по паровому циклу. Смотрите, что у вас происходит: 1-й такт: в ВМТ открывается впускной клапан и в цилиндр начинает поступать пар из котла. Это происходит на протяжении всего движения поршня из ВМТ в НМТ. То есть пар не расширяется, он тупо нагнетается в цилиндр, поэтому вы так быстро теряете давление (котёл столько пара производить не может. Смысл в том, что у паровой машины есть понятие отсечки, когда в цилиндр подаётся порция пара (где-то на 10-20 градусов вращения коленвала, который начинает расширяться, совершая работу. У вас же на поршень давит только котловое давление. И вот когда закрывается впускной клапан и пар вроде бы готов совершить работу, вы начинаете его СЖИАМАТЬ (2-й такт — сжатие, то есть совершать работу ПРОТИВ его желания расширяться и совершать работу (а он так хотел, его папа, старик Ватт, обещал ему, что всё будет хорошо. Видимо, это происходит потому, что в других цилиндрах заканчивается 1-й такт, и там на поршень всё ещё давит котловое давление. Потом поршень опять начинает ехать от ВМТ к НМТ и тут сжатый в предыдущей серии нашего фильма пар таки имеет гешефт совершить работу, что он и делает. Но тут открывается выпускной клапан и вконец офигевший от таких раскладов пар выбрасывается в атмосферу с криком порости оно повидлом. О чём свидетельствует дикая реактивная струя из выхлопной трубы. В общем без серьёзных изменений фаз газораспределения вы в горку точно не заедете. Похоже, грозит вам изготовлеие настоящей паровой машины.
Дата: 2020-04-27

← Крутые AMG диски из штамповки своими руками

5 камер в 1 покрышку — непробиваемое колесо →

Похожие видео

Крутейшая замена мерседес, бмв, тесла. Lucid air

• Лиса Рулит

Аурус Комендант: самый роскошный внедорожник из России

• Авто.ру

Вид пушка, подключил фонари дубли загрузка бардак

• Большегруз 40rus

Зимние шины: шипы или не шипы?

• За рулем

КРЕТА на электричестве: EVOLUTE i-JOY / первый российский электромобиль Эволют тест и обзор

• За рулем

Про то, как мужика на ремонте двигателя развели.

• Клубный сервис

Комментарии и отзывы: 9

My
Для повышения эффективности было бы неплохо создать нестандартный выпускной коллектор, который идет зигзагообразно, т. е. из цилиндра 1 в цилиндр 2 и из цилиндра 4 в цилиндр 3, а затем из цилиндров 2 и 3 направлять пар в выхлопная труба. Это особенно полезно для бензинового двигателя с большим перекрытием клапанов. Для дальнейшего повышения эффективности вы можете использовать этот пар повторно. Еще одна вещь, которую вы можете сделать, это поставить турбо на нее. Он может быть электрическим (требуется меньше размышлений) или типичным турбонаддувом от случайной машины, достаточно малой для правильного наматывания (хотя у меня есть сомнения. Но кто знает, может быть, это обеспечит достаточный поток воздуха. С турбонаддувом вы можете установить клапан в самом начале, чтобы ограничить огонь, который предотвратит перегрев, если не используется накопившийся пар. Также с турбонаддувом вы будете нагнетать воздух и теоретически будете терять меньше тепла, делая паровой двигатель более эффективным. Я также рекомендовал бы расточить цилиндры, чтобы обеспечить большее смещение. При большем смещении больше пара будет проглочено, и будет меньше сопротивления для попадания пара в цилиндры. Также с большими цилиндрами будет относительно меньше потерь тепла, что сделает его более эффективным. Я надеюсь, что вы примете этот совет во внимание и опробуете хотя бы несколько из них. И извините, если что-то звучит странно, я использую Google Translate, потому что у меня нет русской клавиатуры.

Отто
Сделайте нормальный котёл для начала. Зачем было сваривать два баллона и портить прекрасную цилиндрическую форму, которая изначально в стоке держит спокойно 16 бар без раздутия? Чтобы иметь пар надо иметь достаточную площадь теплопередающих поверхностей котла, у вашего котла она просто смехотворна для потребностей такой прожорливой и неэффективной паровой машины. Делайте водотрубный котел с площадью теплопередачи не менее 5-7м2 на давление хотя бы 25-30 бар. Чтобы использовать напрямую родные клапана, надо усиливать пружины впускных, иначе нормального давления в машину не подать, клапан всегда будет открыт. Кулачки должны подавать пар не более четверти хода поршня. Впускной коллектор так же надо делать на повышенное давление. В пар обязательно надо подавать масло, иначе двигатель каюкнется через полчаса работы. Но вообще такие конверсии долго не живут, поскольку образуется майонез в картере и накрывается вся смазка машины. Чтобы этого не происходило один из способов греть картер до чуть больше 100С, чтобы вода испарялась и уходила в атмосферу. А вообще подход у вас несерьёзный, для комедийного шоу, не более.

мАпед
Всё как бы хорошо, но чтобы такой двигатель работал на пару с нормальным кпд нужно исключить такт сжатия, так как пар запускается в цилиндр опускает поршень и когда он идёт в верх должен быть открыт выпускной клапон и выходить пар, а а этот момент все клапана в цилиндре закрыты и идёт такт сжатия, тем самым возникает сопротивление и кпд данной конструкции стремится вниз, по этому вы нормально не могли проехать. Правда я думаю наврятле мой комент прочитают, но вдруг)

StasUliya
Сколько смотрю сплошь и рядом чушь. Мотор этот долго не проработает без смазки. А масло в поддоне быстро станет эмульсией. Длинноходные должны быть поршни для паровой машины и скорей всего другой конструкции без наборных колец. Скорее как насос поршень металлом не должен касаться стенок цилиндра. И это я понимаю без изучения литературы по построению парового двигателя. Ваша работа просто мусор.

Денис
Для парового двигателя использовались массивные маховики, больше тянет не сам двиг, а энерция моховика. По-моему так, даже одно поршневые двигателя работали с очень прям массивными маховиками, поршень раскочегаривал этот маховик несколько минут до определённых оборотов, и двигался машину уже маховик, а поршень помогал чтоб обороты маховика не падали. Вроде как то так.

Tank
В 19 веке были паровозы не сжатом паре. В огромный балон маневрового паровоза закачивали пар под давлением и паровоз тягал в пределах железнодорожной станции вагоны с грузом, прицеплял и отцеплял вагоны и т п) Такм ожно сделать балон в который будет закачиваться под давлением пар и потом его подавать на паровой двигатель)

Константин
Можно, было меньше котел сделать примерно на 45л, объемом. А трубу на дроссель от котла на подачу вывести трубой 3. 5 дюйма перед соединением установить муфту с клапаном паровым механическим. Кулибины собираете паровозы. За чем же такие грамоздкие делаете сложнее. Тут простота нужна маленькие размеры.

Владимир
Вот именно, скорее всего надо сделать чтоб пар шол не не два цилиндра одновременно а как бы через разпределитель на каждый в своё время, ну как бы по порядку зажигания, и расход давления будет меньше, правда мощность как будет вопрос. Ну раз вы этим занялись пробуйте и все получится

Сандживан
Такой переделанный движок плохо для пара подходит, лучше с нуля паровой 2х цилиндровый сделать это не сложно и тогда тяга бомбическая будет. Еще рекомендую автомобиль Добля рассмотреть, это была лучшая машина, сейчас даже аналогов нет

принцип работы, устройство, кпд, схема

Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.

Как работает паровая турбина?

В сущности, паровые турбины являются составной частью сложной системы, призванной преобразовать энергию топлива в электричество, иногда – в тепло.

На данный момент этот способ считается экономически выгодным. Технологически это происходит следующим образом:

• твердое или жидкое топливо сжигается в паровой котельной установке. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
• полученный пар дополнительно перегревается и достигает температуры 435 ºС при давлении 3.43 МПа. Это необходимо для того, чтобы добиться максимального КПД работы всей системы;
• по трубопроводам рабочее тело доставляется к турбине, где равномерно распределяется по соплам с помощью специальных агрегатов;
• сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть принцип действия паровой турбины;
• вал генератора, представляющего собой «электродвигатель наоборот», вращается ротором турбины, в результате чего вырабатывается электроэнергия;
• отработанный пар попадает в конденсатор, где от соприкосновения с охлажденной водой в теплообменнике переходит в жидкое состояние и насосом снова подается в котел на прогрев.

Примечание. В лучшем случае КПД паровой турбины достигает 60%, а всей системы – не более 47%. Значительная часть энергии топлива уходит с теплопотерями и расходуется на преодоления силы трения при вращении валов.

Ниже на функциональной схеме показан принцип работы паровой турбины совместно с котельной установкой, электрическим генератором и прочими элементами системы:

Чтобы не допускать снижения эффективности работы, на валу ротора располагается максимальное расчетное число лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается наименьший зазор посредством специальных уплотнений. Простыми словами, чтобы пар «не крутился вхолостую» внутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована таким образом, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но и в ее углублении. Как это происходит, отражает рабочая схема паровой турбины:

Следует отметить, что рабочее тело, чье давление после попадания на лопатки снижается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу попадает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом тепловой энергии, а потому по трубопроводам пар отправляется во второй блок низкого давления, где снова воздействует на вал посредством лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может предусматривать несколько таких блоков:

1 – подача перегретого пара; 2 – рабочее пространство блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.

Для справки. Скорость вращения ротора генератора может достигать 30 000 об/мин, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.

Как сделать паровую турбину в домашних условиях?

Множество интернет-ресурсов публикует алгоритм, согласно которому в домашних условиях и с применением небольшого количества инструментов изготавливается мини паровая турбина из консервной банки. Помимо самой банки понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусочек жести для вырезания полоски и крыльчатки, а также элементы крепежа.

В крышке банки делают 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести вырезают крыльчатку турбины, прикрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Затем полосу прикручивают ко второму отверстию, расположив крыльчатку таким образом, чтобы лопасти находились напротив трубки. Все технологические отверстия, сделанные во время работы, тоже запаивают. Изделие нужно установить на подставку из проволоки, заполнить водой из шприца, а снизу разжечь сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, вырывающегося из трубки.

Понятно, что такая конструкция может служить лишь прототипом, игрушкой, поскольку данная паровая турбина, сделанная своими руками, не может использоваться с какой-то целью. Слишком мала мощность, а о каком-то КПД и речи не идет. Разве что можно показывать на ее примере принцип действия теплового двигателя.

Мини-генератор электроэнергии можно реально изготовить из старого металлического чайника. Для этого, кроме самого чайника, потребуется медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и небольшой кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет сделана паровая турбина малой мощности.

С кулера снимается электродвигатель и устанавливается на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство монтируется в круглом корпусе из алюминия, по размерам он должен подойти вместо крышки чайника. В днище последнего делается отверстие, куда впаивается трубка, а снаружи из нее выполняется змеевик. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как нетрудно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.

Примечание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства – это как раз змеевик. Изготовить его из медной трубки легче, чем из нержавейки, но она долго не прослужит. От контакта с открытым огнем медный перегреватель быстро прогорит, поэтому лучше сделать его своими руками из нержавеющей трубки.

Применение паровой турбины

Налив в чайник воды и поставив его на включенный газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электродвигателя появилась ЭДС. Для этого к нему стоит подключить светодиодный фонарик. Помимо питания для электрических лампочек, возможно и другое применение паровой турбины, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.

В условиях квартиры или частного дома подобная мини-электростанция может показаться простой игрушкой. А вот оказавшись в походе и взяв с собой турбированный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить по достоинству его функциональность. Возможно, в процессе вам удастся найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника можно узнать, посмотрев видео:

Заключение

К сожалению, конструктивно паровые машины достаточно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, весьма затруднительно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась схема работы турбины, то затраты на комплектующие и потраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, проще купить готовый дизель-генератор.

Как сделать паровой двигатель (с иллюстрациями)

‘).insertAfter(«#intro»),$(‘

‘).insertBefore(«.youmightalsolike»),$(‘

‘).insertBefore(«#quiz_container»),$(‘

‘). insertBefore(«#newsletter_block_main»),fa(!
0),b=document.getElementsByClassName(«scrolltomarker»),a=0;a

В этой статье:

Паровой двигатель из жестяной банки (для детей)

Паровой двигатель из банки из-под краски (для взрослых)

Дополнительные статьи

Источники

Зачастую при упоминании «паровых двигателей» на ум приходят паровозы или автомобили Стэнли Стимер, но применение этих механизмов не ограничивается перевозками. Паровые двигатели, которые впервые были созданы в примитивном виде около двух тысячелетий назад, за последние три столетия стали крупнейшими источниками электропитания, а сегодня паровые турбины производят около 80 процентов мировой электроэнергии. Чтобы глубже понять природу физических сил, на основе которых работает такой механизм, мы рекомендуем вам сделать свой собственный паровой двигатель из обычных материалов, воспользовавшись одним из предложенных здесь способов! Для начала переходите к Шагу 1.

Шаги

1. 1

   Отрежьте нижнюю часть алюминиевой банки на расстояние 6,35 см. При помощи ножниц по металлу ровно отрежьте нижнюю часть алюминиевой банки примерно на треть высоты.

2. 2

   Загните и прижмите ободок при помощи плоскогубцев. Чтобы не было острых краев, загните ободок банки внутрь. Выполняя это действие, следите за тем, чтобы не пораниться.

3. 3

   Надавите на дно банки изнутри, чтобы сделать его плоским. У большинства алюминиевых банок из-под напитков основание будет круглым и выгнутым вовнутрь. Выровняйте дно, надавив на него пальцем или воспользовавшись небольшим стаканом с плоским дном.

4. 4

   Выполните два отверстия в противоположных сторонах банки, отступив 1,3 см от верха. Для выполнения отверстий подойдет как бумажный дырокол, так и гвоздь с молотком. Вам потребуются отверстия диаметром чуть более трех миллиметров.

5. 5

   Разместите по центру банки маленькую греющую свечу. Скомкайте фольгу и положите ее под низ и вокруг свечки, чтобы она не двигалась. Такие свечки обычно идут в специальных подставках, поэтому воск не должен плавиться и вытекать в алюминиевую банку.

6. 6

   Обмотайте центральную часть медной трубки длиной 15-20 см вокруг карандаша на 2 или 3 витка, чтобы получился змеевик. Трубка диаметром 3 мм должна легко сгибаться вокруг карандаша. Вам потребуется достаточное количество изогнутой трубки, чтобы протянуть поперек банки через верх, плюс дополнительные прямые 5 см с каждой из сторон.

7. 7

   Проденьте концы трубок в отверстия в банке. Центр змеевика должен расположиться над фитилем свечи. Желательно, чтобы прямые участки трубки с обеих сторон банки были одинаковой длины.

8. 8

   Согните концы труб при помощи плоскогубцев, чтобы получился прямой угол. Согните прямые участки трубки таким образом, чтобы с разных сторон банки они смотрели в противоположные направления. Затем снова согните их, чтобы они опустились ниже основания банки. Когда все будет готово, должно получиться следующее: змеевидная часть трубки находится по центру банки над свечкой и переходит в два наклонных, смотрящих в противоположные стороны «сопла» с двух сторон банки.

9. 9

   Опустите банку в миску с водой, при этом концы трубки должны погрузиться. Ваша «лодка» должна надежно держаться на поверхности. Если концы трубки недостаточно погружены в воду, попытайтесь немного утяжелить банку, но ни в коем случае не утопите ее.

10. 10

    Заполните трубку водой. Самым простым способом будет опустить один конец в воду и потянуть с другого конца как через соломинку. Также можно пальцем перекрыть один выход из трубки, а второй подставить под струю воды из-под крана.

11. 11

    Зажгите свечу. Через время вода в трубке нагреется и закипит. По мере превращения в пар она будет выходить через «сопла», в результате чего вся банка начнет вращаться в миске.

    Реклама

1. 1

   Прорежьте прямоугольное отверстие возле основания четырехлитровой банки из-под краски. Сделайте горизонтальное прямоугольное отверстие размером 15 x 5 см сбоку банки возле основания.

   • Необходимо убедиться, что в этой банке (и в еще одной используемой) была только латексная краска, а также тщательно вымыть ее мыльной водой перед использованием.

2. 2

   Отрежьте полоску металлической сетки 12 x 24 см. По длине с каждого края отогните по 6 см под углом 90^o. У вас получиться квадратная «платформа» 12 x 12 см с двумя «ножками» по 6 см. Установите ее в банку «ножками» вниз, выровняв ее по краям прорезанного отверстия.

3. 3

   Сделайте полукруг из отверстий по периметру крышки. Впоследствии вы будете сжигать в банке уголь, чтобы обеспечить паровой двигатель теплом. При нехватке кислорода уголь будет плохо гореть. Чтобы в банке была необходимая вентиляция, просверлите или пробейте в крышке несколько отверстий, которые образуют полукруг вдоль краев.

   • В идеале диаметр вентиляционных отверстий должен быть около 1 см.

4. 4

   Сделайте змеевик из медной трубки. Возьмите около 6 м трубки из мягкой меди диаметром 6 мм и отмерьте с одного конца 30 см. Начиная с этой точки, выполните пять витков диаметром 12 см. Оставшуюся длину трубы согните в 15 витков диаметром по 8 см. У вас должно остаться около 20 см.

5. 5

   Пропустите оба конца змеевика в вентиляционные отверстия в крышке. Согните оба конца змеевика таким образом, чтобы они были направлены вверх и пропустите оба через одно из отверстий в крышке. Если длины трубы не хватает, то потребуется немного разогнуть один из витков.

6. 6

   Поместите змеевик и древесный уголь в банку. Поместите змеевик на сетчатую платформу. Заполните пространство вокруг и внутри змеевика древесным углем. Плотно закройте крышку.

7. 7

   Просверлите отверстия под трубку в банке меньшего размера. По центру крышки литровой банки просверлите отверстие диаметром 1 см. Сбоку банки просверлите два отверстия диаметром 1 см – одно возле основания банки, а второе над ним возле крышки.

8. 8

   Вставьте закупоренную пластмассовую трубку в боковые отверстия меньшей банки. При помощи концов медной трубки проделайте отверстия в центре двух пробок. В одну пробку вставьте жесткую пластмассовую трубку длиной 25 см, а в другую пробку – такую же трубку длиной 10 см. Они должны плотно сидеть в пробках и немного выглядывать наружу. Вставьте пробку с более длинной трубкой в нижнее отверстие меньшей банки, а пробку с более короткой трубкой в верхнее отверстие. Закрепите трубки в каждой пробке при помощи хомутов.

9. 9

   Соедините трубку большей банки с трубкой меньшей банки. Разместите меньшую банку над большей, при этом трубка с пробкой должна быть направлена в противоположную сторону от вентиляционных отверстий большей банки. При помощи металлической ленты закрепите трубку из нижней пробки с трубкой, выходящей из нижней части медного змеевика. Затем аналогичным образом закрепите трубку из верхней пробки с трубкой, выходящей из верхней части змеевика.

10. 10

    Вставьте медную трубку в соединительную коробку. При помощи молотка и отвертки удалите центральную часть круглой металлической электрораспределительной коробки. Зафиксируйте хомут под электрический кабель стопорным кольцом. Вставьте 15 см медной трубки диаметром 1,3 см в хомут кабеля, чтобы трубка выходила на несколько сантиметров ниже отверстия в коробке. Затупите края этого конца вовнутрь при помощи молотка. Вставьте этот конец трубки в отверстие в крышке меньшей банки.

11. 11

    Вставьте шпажку в дюбель. Возьмите обычную деревянную шпажку для барбекю и вставьте ее в один конец полого деревянного дюбеля длиной 1,5 см и диаметром 0,95 см. Вставьте дюбель со шпажкой в медную трубку внутри металлической соединительной коробки таким образом, чтобы шпажка была направлена вверх.

    • Во время работы нашего двигателя шпажка и дюбель будут действовать как «поршень». Чтобы движения поршня было лучше видно, можно прикрепить к нему небольшой бумажный «флажок».

12. 12

    Подготовьте двигатель к работе. Снимите соединительную коробку с меньшей верхней банки и заполните верхнюю банку водой, позволяя ей выливаться в медный змеевик, пока банка не будет заполнена водой на 2/3. Проверьте отсутствие утечек во всех местах соединений. Плотно закрепите крышки банок, застучав их молотком. Снова установите соединительную коробку на место над меньшей верхней банкой.

13. 13

    Запускайте двигатель! Скомкайте куски газеты и положите их в пространство под сеткой в нижней части двигателя. Когда древесный уголь разгорится, дайте ему прогореть около 20-30 минут. По мере нагревания воды в змеевике в верхней банке начнет накапливаться пар. Когда пар достигнет достаточного давления, он вытолкнет дюбель и шпажку наверх. После сброса давления поршень опустится вниз под действием силы тяжести. При необходимости, срежьте часть шпажки, чтобы снизить вес поршня – чем он легче, тем чаще будет «всплывать». Постарайтесь сделать шпажку такого веса, чтобы поршень «ходил» в постоянном темпе.

    • Можно ускорить процесс горения, усилив приток воздуха в вентиляционные отверстия феном.

14. 14

    Соблюдайте безопасность. Полагаем, само собой разумеется, что при работе и обращении с самодельным паровым двигателем необходимо соблюдать осторожность. Никогда не запускайте его в помещении. Никогда не запускайте его возле таких воспламеняющихся материалов, как сухие листья или нависающие ветви деревьев. Используйте двигатель только на прочной негорючей поверхности вроде бетона. Если вы работаете с детьми или подростками, то они не должны оставаться без присмотра. Детям и подросткам запрещается подходить к двигателю, когда в нем горит древесный уголь. Если вам не известна температура двигателя, то считайте, что он настолько горячий, что к нему нельзя прикасаться.

    • Удостоверьтесь, что пар может выходить из верхнего «котла». Если по какой-либо причине поршень застрянет, то внутри меньшей банки может накопиться давление. При самом худшем раскладе банка может взорваться, что очень опасно.

    Реклама

Советы

• Поместите паровой двигатель в пластмассовую лодку, опустив оба конца в воду, чтобы получилась паровая игрушка. Можно вырезать лодку простой формы из пластиковой бутылки из-под газировки или отбеливателя, чтобы ваша игрушка получилась более «экологичной».

Реклама

Предупреждения

• Чтобы взять в руки работающий двигатель, используйте щипцы, плоскогубцы или прихватку.
• Не пытайтесь сделать более сложный паровой двигатель с котлом, если вы никогда не делали его раньше. Взрыв даже небольшого котла может привести к серьезным травмам.
• Если необходимо взять в руки работающий двигатель, то не направляйте концы трубок на людей, так как горячий пар или вода могут ошпарить кожу.
• Не закупоривайте концы медной трубки иным способом, кроме погружения в воду. Маловероятно, тем не менее, может возникнуть избыточное давление, которое приведет к разрыву трубки.

Реклама

Что вам понадобится

• Алюминиевая банка
• Ножницы по металлу
• Плоскогубцы
• Бумажный дырокол
• Короткая греющая свеча
• Алюминиевая фольга
• Медная трубка диаметром 3 мм
• Карандаш или деревянный штифт
• Вода
• Миска

• Четырехлитровая банка (желательно неиспользованная или вымытая мыльной водой)
• Литровая банка (см. выше)
• 6 метров медной трубки диаметром 6 мм
• Металлическая лента
• 2 пробки
• Круглая металлическая электрораспределительная коробка
• Кабельный хомут, совместимый с коробкой
• 15 см медной трубки диаметром 1,3 см
• Металлическая сетка 12×24 см
• 35 см жесткой пластмассовой трубки диаметром 3 или 6 мм
• 2 хомута для пластмассовых трубок
• Древесный уголь (желательно легко поджигаемый)
• Шпажка
• Деревянный дюбель длиной 1,5 см и диаметром 0,95 см (с отверстием с одного конца)
• Отвертка
• Дрель
• Молоток
• Ножницы по металлу
• Плоскогубцы

Источники

1. http://sci-toys. com/scitoys/scitoys/thermo/thermo.html#rotary
2. http://scitoys.com/scitoys/scitoys/thermo/thermo.html#boat — «Soda Can» method
3. http://www.blm.gov/wo/st/en/res/Education_in_BLM/Learning_Landscapes/For_Teachers/science_and_children/steel_rails_and_iron/posterback.print.htm — «Paint Can» method
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_engine

Об этой статье

На других языках

Как сделать паровой двигатель — Wiki How Русский

Зачастую при упоминании «паровых двигателей» на ум приходят паровозы или автомобили Стэнли Стимер, но применение этих механизмов не ограничивается перевозками. Паровые двигатели, которые впервые были созданы в примитивном виде около двух тысячелетий назад, за последние три столетия стали крупнейшими источниками электропитания, а сегодня паровые турбины производят около 80 процентов мировой электроэнергии. Чтобы глубже понять природу физических сил, на основе которых работает такой механизм, мы рекомендуем вам сделать свой собственный паровой двигатель из обычных материалов, воспользовавшись одним из предложенных здесь способов! Для начала переходите к Шагу 1.

Эту страницу просматривали 52 752 раза.

Реклама

Как превратить двухтактный двигатель в паровой

Купить на Amazon

Этот проект о том, как преобразовать двухтактный двигатель в паровой, до сих пор был одним из моих любимых. Когда я впервые увидел эту концепцию, я был немного ошеломлен. Я думал, что это магия. Я считал, что любой, кто может преобразовать двигатель внутреннего сгорания в паровой, должен быть гением. К тому времени, когда у меня было достаточно уверенности, чтобы попробовать это, я обнаружил, что это просто.

Безопасность превыше всего

Я должен сказать это заранее. В этом проекте использовался пар под давлением; поэтому в этом есть элемент опасности. Паровые двигатели нельзя безопасно запускать без присмотра. Если вы собираетесь создавать этот или любой другой паровой проект, вы должны руководствоваться здравым смыслом. Пожалуйста, работайте осторожно.

Я должен ответить на вопрос, который неоднократно задавали моя жена, мать и коллеги. Это вопрос «ПОЧЕМУ».

Ну, самый очевидный ответ — я думаю, что это круто. Я говорю своей жене, что паровой двигатель дает мне источник энергии, который не нуждается в топливе на основе нефти. Я могу выйти и рубить дрова и превращать дрова в электричество. Хотя это не так эффективно, как специально построенный паровой двигатель и котел или система древесного газа, его намного дешевле и проще построить.

Детали, необходимые для преобразования двухтактного двигателя в паровой

Для реализации этого проекта вам понадобятся три компонента: котел, двигатель и генератор. Мы расскажем о котле и генераторе в следующих постах.

В двигателе используется утилизированный травоядный, но подойдет практически любой двигатель. Особенно, если вы понимаете процесс и можете приспособиться к преодолению. Я использовал пожиратель сорняков, потому что он был бесплатным и его было проще всего конвертировать. Вам также понадобится латунный обратный клапан ¾, толкатель и разные сантехнические детали.

Идея состоит в том, чтобы создать паровую машину одностороннего действия (то есть пар действует только на одну сторону поршня). Я делаю это с помощью толкателя, вставленного в свечное отверстие. Этот шток толкает обратный клапан, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Это позволяет пару толкать поршень вниз так же, как взрыв газа, когда это был двигатель внутреннего сгорания.

Процесс

Первое, что нужно сделать, это разобрать травоядку до голого блока. Просто начните отвинчивать вещи, но оставьте внутренности в покое.

Вам нужно будет оставить маховик прикрепленным к двигателю, так как вам понадобится груз, чтобы вернуть поршень в ВМТ. В противном случае двигатель заглохнет. Планирую отлить новый маховик (формулы для этого можно найти в книге Стивена Честейна об инверторах и генераторах), просто до этого еще не добрался. Найдите трубный ниппель, который ввинчивается в отверстие для свечи зажигания.

Ваш обратный клапан навинчивается на другой конец ниппеля, но сначала вам нужно снять некоторые мерки. Вы должны создать шток достаточной длины, чтобы открыть обратный клапан, когда поршень находится в ВМТ. Он также должен быть достаточно длинным, чтобы удерживать часть стержня в ниппеле трубы, чтобы он не упал в камеру сгорания, и в то же время достаточно коротким, чтобы позволить клапану закрыться, как только поршень начнет двигаться. Если он слишком длинный или слишком короткий, двигатель либо заблокируется, либо его будет трудно запустить.

Простым способом измерения было бы скрутить все вместе и измерить открытую длину трубы (таким образом вам не нужно следить за количеством нарезанной резьбы). Выкрутите все и поверните поршень в ВМТ. Вставьте стержень для измерения расстояния от ВМТ до верха отверстия свечи зажигания. Последнее измерение проводится от нижней части обратного клапана до его открытого положения. Вы делаете это, беря свой измерительный стержень и открывая клапан. Сложите три вместе, и это должна быть длина вашего толкателя.

Лично я немного добавил к измерению, чтобы учесть мою проблему с вниманием к деталям, а затем использовал файл, чтобы подогнать все под себя. Я продолжал собирать двигатель и вращать коленчатый вал, чтобы проверить, будет ли он открывать клапан и работать плавно. Чтобы сделать это проще, я использовал кусок старого стержня чернильной ручки в качестве толкателя. Идея, что я измерю его, когда у меня будут правильные размеры, и сделаю новый стержень из металлического стержня. На самом деле, я просто приклеил столярный гвоздь внутрь пластикового стержня и очень доволен результатом.

Единственная другая механика, которую вам нужно будет сделать с самим двигателем, это приспособить верхнюю часть обратного клапана к паропроводу. Я только что вкрутил быстроразъемное соединение с воздушным патроном, чтобы использовать авиалинию, но я уверен, что вы можете использовать металлическую леску, если вам так удобнее.

Запуск двигателя

Чтобы запустить двигатель, нужно добавить пар, а затем каким-то образом повернуть маховик, чтобы запустить процесс. Я не в восторге от этой процедуры. В основном потому, что я боюсь, что могу навредить себе, когда все начнет двигаться. Однако до сих пор у меня не было моментов Текса Гребнера…

Честно говоря, переделка паровой машины таким образом относительно дешева. Даже покупая все новое, я все еще стою около 50 долларов, а обратный клапан за 30 долларов — самая дорогая деталь. Это также намного проще, чем я себе представлял. Однако знакомство с производством пара вызвало у меня много беспокойства. Исследования заняли больше всего времени в этом проекте.

Создание пара, особенно под давлением, опасно. Ошибка в этом процессе довольно быстро превращается в бомбу, а утечка может буквально расплавить вам лицо. Я решил полностью выделить обсуждение котла в отдельный пост.

№ 69: Паровые машины в Англии

№ 69: ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ В АНГЛИИ Джон Х. Линхард Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 69. Сегодня давайте посмотрим на паровые машины в Англия восемнадцатого века. Университет Инженерный колледж Хьюстона представляет это сериал о машинах, которые делают наши цивилизация управляется, и люди, чья изобретательность создал их. Паровые машины были английским подарок миру в восемнадцатом веке. Томас Савери начал все это со своего парового насоса в 169 г.8. Он последовала первая настоящая паровая машина Томаса Ньюкомена. двигатель в 1711 году. Когда Джеймс Уатт продал свой первый двигатель в 1769 году, паровые машины существовали уже семьдесят лет. Их было построено почти 600 штук. Что сделал Уатт, так это усовершенствования, которые оставили паровые машины в четыре раза эффективнее. Его первый двигатели выдавали всего около шести лошадиных сил — не намного больше, чем первые двигатели Ньюкомена, но они были меньше и ели гораздо меньше угля. А также менее чем за 20 лет он увеличил производство до целых 190 лошадиных сил. В те времена 190 лошадиных сил никак не подходили под капотом автомобиля. Эти ранние двигатели были громадный. Цилиндры старых двигателей Ньюкомена были от двух до десяти футов в диаметре. Ньюкомен двигатель представлял собой двухэтажное строение. двигатели Уатта были более компактными, но их цилиндры все еще от полутора до пяти футов в диаметре. Историки Канефски и Роби говорят нам, что, как хорошо как бы то ни было, двигатели Уатта не доминировали производство. К концу века более 2000 паровые машины были построены в Англии, и меньше более 500 из них были двигателями Ватт. На самом деле паровые машины так и не стали основными источник энергии в восемнадцатом веке. Большинство сила по-прежнему исходила от водяных колес и ветряные мельницы. Заводы паровых машин никогда не производили более нескольких сотен лошадиных сил в год. Но произошли две вещи: те специализированные задачи, которые были абсолютно существенное значение для промышленной революции, как откачивая воду из шахт, чтобы мы могли уголь и металлы нам нужны. И сила пара была основу для тяжелой энергетики, которая так изменил жизнь девятнадцатого века. К 1800 году суммарная мощность всех паровых двигателей, когда-либо построенных, был примерно таким же, как один из наших современные дизельные двигатели. Они не меняли Английская деревня на ночь. Но они были крадущийся конь величайшей революции в мире когда-либо виденных — агентов перемен, столь далеких превзошел все, о чем когда-либо думали их создатели из. Я Джон Линхард из Хьюстонского университета. где нас интересует, как изобретательные умы Работа. (Музыкальная тема) Канефски Дж. и Роби Дж. Паровые двигатели в Британия 18-го века: количественная оценка, Технология и культура , Vol. 21, № 2, апрель, 1980, стр. 161-186. Этот эпизод был значительно переработан как Эпизод 1440. Из серии Паровые двигатели Фамилиарно Объяснение , 1836 Паровой насос Savery 1698 С 1832 Эдинбург энциклопедия , 1836 г. Атмосферный паровой двигатель Ньюкомена Из серии Паровые двигатели Фамилиарно Объяснение , 1836 Конденсационный паровой двигатель Уатта Двигатели нашей изобретательности Авторское право © 1988-2018 Джон Х. Линхард. Предыдущий Эпизод | Поиск эпизодов | Индекс | Главная | Далее Эпизод

Паровой двигатель банки с газировкой | Энергетические основы для средней школы химии

Обзор учителя

Резюме

В этой демонстрации учащиеся рассматривают концепции преобразования и сохранения энергии, наблюдая за простым паровым двигателем, сделанным из алюминиевой банки из-под газировки.

Задача

Учащиеся изучают преобразование энергии и концепцию сохранения энергии.

Безопасность

• Убедитесь, что вы и учащиеся носите подходящие защитные очки.
• Держите банку с горячей газировкой щипцами; пар из баллончика может обжечь руки и кожу.

Материалы

• Неоткрытая алюминиевая банка из-под содовой на 12 унций (избегайте потенциальной липкости, используя диетическую содовую)
• Чертежная кнопка
• Доступ к раковине
• Промывочная бутыль
• Вода
• Мерный цилиндр 10 мл
• Строка
• Подставка для колец
• Кольцо
• Горелка Бунзена или электроплитка
• Щипцы

Необходимое время

Часть одного урока, приблизительно 10–15 минут.

Интеграция в учебную программу

Эта демонстрация может быть включена в раздел по фазовым превращениям, термохимии или технологии.

Процедура для учителя

Подготовка

1. Работая над раковиной, проделайте отверстие в середине боковой стороны неоткрытой банки содовой с помощью чертежной кнопки. Постоянно встряхивайте банку, используя давление, создаваемое газировкой, чтобы вытолкнуть соду через отверстие.
2. Когда банка опустеет, сделайте второе отверстие на стороне, противоположной первой.
3. Промойте банку промывочной бутылкой, брызнув водой в одно из двух отверстий.
4. После того, как вы опустошите и ополоснете банку, используйте промывочную бутыль, чтобы добавить около 10 мл воды (или достаточно, чтобы вы услышали, как она плещется внутри банки).
5. С помощью кнопки наклоните каждое из двух отверстий в одном направлении по касательной к поверхности банки. Эти отверстия действуют как «форсунки», приводящие в движение банку.

Демонстрация

1. Встряхните банку, чтобы учащиеся услышали, как вода плещется внутри банки. Позвольте им заметить, что язычок не открыт и что на противоположных сторонах банки есть два отверстия.
2. Привяжите веревку к нераскрытому язычку банки и закрепите банку на кольце, прикрепленном к подставке для колец, на высоте, позволяющей нагреть ее горелкой Бунзена или плитой.
3. Ожидая, пока банка и вода нагреются, попросите учащихся предсказать, что произойдет.
4. Аккуратно подогрейте банку и воду. Водяной пар в конечном итоге выйдет из обоих отверстий и должен привести к результирующей силе, которая заставит банку вращаться.

Обсуждение с учащимися

• Попросите учащихся описать любые преобразования энергии, присутствующие в демонстрации.
• Предложите учащимся объяснить, почему банка ведет себя именно так. Пока вода нагревается осторожно, водяной пар не виден, когда пар выходит из банки.

Объяснение

Энергия может пройти через несколько преобразований, прежде чем мы фактически используем ее для выполнения работы. Энергия не «расходуется» ни при каком преобразовании; он просто меняется из одной формы в другую. Как и материя, полная энергия сохраняется.

В демонстрации участвуют несколько преобразований энергии. Химическая энергия топлива, используемого в горелке Бунзена, или источника, вырабатывающего электричество (некоторые возможные варианты: гидроэлектрические, солнечные, ветряные, геотермальные, ядерные и нефтяные источники энергии), приводящие в действие горячую плиту, используется для нагрева воды и банки. Часть энергии идет на преодоление притяжения между молекулами жидкой воды, поэтому они испаряются, образуя теплый водяной пар. Молекулы теплого водяного пара обладают высокой кинетической энергией, что увеличивает давление внутри банки и, таким образом, вытесняет часть газа через отверстия в стенках банки. Когда эти струи газа покидают банку, они толкают воздух снаружи банки и создают противоположное давление на банку, которое затем частично преобразуется в кинетическую энергию, поскольку выходящий водяной пар заставляет банку вращаться. Часть энергии выходящего водяного пара также частично преобразуется в потенциальную энергию по мере скручивания нити, прикрепленной к вращающейся банке.

Дополнительные номера

Преподаватели могут также обсудить идею о том, что никакое преобразование энергии не обеспечивает 100% эффективность преобразования одной формы энергии в другую желаемую форму. Таким образом, некоторое количество полезной энергии всегда «теряется» всякий раз, когда энергия преобразуется из одной формы в другую. Сама энергия не уничтожается, но становится недоступной для выполнения полезной работы. Например, часть электрической энергии, используемой при работе фена, преобразуется в звуковую энергию, что не способствует выполнению работы по сушке волос.

Учащиеся могут исследовать преобразование энергии в предметах повседневного обихода. Некоторые предложения включают лампочки, батареи, игрушки, автомобильные двигатели и т. д.

Учащиеся могут изучить ранний паровой двигатель, изобретенный Героем Александрийским в первом веке нашей эры, и сравнить его с паровым двигателем из банки из-под газировки.

Дополнительный ресурс

«Демонстрационная идея», Химия в сообществе, 6-е изд., Изд. для учителя, Нью-Йорк: WH Freeman and Company/BFW, 2012, стр. 361.

Back to the top

External Combustion, Closed loop Steam Engine

98

Share via:

Pitch

Cars, trucks, busses could reduce total combustion by 90%

Description

Резюме

Альтернатива: паровой двигатель внутреннего сгорания©

Фактический «идеальный» КПД двигателя внутреннего сгорания составляет примерно 6,5%, поэтому галлон топлива мощностью 2776 л. галлон на таком топливе, как бензин, средний автомобиль проезжает 12,5 миль на галлоне. Даже если они вмонтируют это в шасси с электродвигателем и кучей аккумуляторов, эффективность, возможно, удвоится, потому что двигатель может работать на одном, наиболее эффективном числе оборотов в минуту.

Экономия топлива НЕ является показателем эффективности, потому что вы можете снизить потребность, облегчив шасси, но эффективность останется прежней.

Я предлагаю нагреть отверстия до постоянной температуры выше 400* градусов и нагнетать в отверстия воду, создавая давление пара для привода поршня. Это позволяет получать тепло по запросу, поэтому потребление топлива происходит только за счет используемого тепла, а мощность вырабатывается из накопленной тепловой массы головки и измеренного количества воды для создания мощности каждый раз, когда поршень доступен для питания, который был бы каждый удар.

На практике вода впрыскивается в нагретое отверстие(я) для производства пара. Давление пара зависит от количества воды, подаваемой в нагретые отверстия; (см. паровые таблицы). Это увеличило бы в четыре раза количество рабочих ходов и утроило бы прикладываемое давление, в результате чего эффективность достигла бы 70-го процентиля.

Это означает, что автомобиль весом 4500 фунтов может проехать 145 миль на галлоне и снизить выбросы продуктов сгорания (загрязнение) на 90%.

©номер дела: 1-89587058

Какие действия вы предлагаете?

Начав с известного короткого блока, соберите головку с поршнями двойного действия, описанным клапаном и горелкой для нагрева головки. Использование доступных форсунок прямого впрыска от бензинового двигателя и перепрограммированного модуля управления двигателем от автомобиля, использующего эти форсунки.

Доступны форсунки, способные дозировать впрыск воды при минимальном объеме от 0,003 грамма до 12,7 грамма, что позволяет контролировать давление, прикладываемое к поршням, от холостого хода до полной мощности, как указано в таблице давления пара.

Предполагается, что горелка способна поддерживать напор на уровне 400 градусов, используя 150 000 БТЕ тепла для автомобиля массой 5 ​​000 фунтов. Горелка просто регулируется термостатическим управлением и циклически пропорционально добавляет тепло по мере того, как объем воды применяется для обеспечения требуемой мощности.

Математическая модель показывает, что средний рабочий цикл горелки будет составлять примерно 4 % от максимального расхода топлива/воздуха 530 кубических футов в минуту при 150 000 БТЕ.

Ускорение от головы, вес около 70 фунтов для 2,5-литрового блока, сохраняющего тепло, чтобы обеспечить приблизительно 393 л.с. пара, пока горелка восстанавливает потерянную температуру после цикла ускорения.

Максимальная мощность горелки, подаваемая в БТЕ, определяется максимальной скоростью и массой транспортного средства и изменяется по мере изменения потребности… Чем больше транспортное средство, тем выше потребность в БТЕ.

Тестирование может проводиться на динамометре, но для проверки его функционирования и привлекательности для участников торгов я бы рекомендовал выбрать шасси и включить его в качестве окончательного доказательства работоспособности.

Предлагаю продать разработанный двигатель тому, кто больше заплатит. Концепция с точки зрения защиты интеллектуальной собственности защищена авторским правом, и окончательное исполнение в виде патента будет собственностью победителя торгов.

Кто будет предпринимать эти действия?

Позвольте группе студентов спроектировать, создать и протестировать детали, необходимые для будущего двигателя.

На обработку головки, перепрограммирование стандартного ЭБУ, тестирование на Dyno и перспективную установку в шасси уйдет меньше семестра.

Тестирование шасси может быть таким же простым, как вождение на нем с записью фактической производительности или разрешение производителю автомобилей использовать его возможности для проверки производительности конструкции.

Где будут предприняты эти действия?

Почему не в Массачусетском технологическом институте?

Насколько будут сокращены или секвестрированы выбросы по сравнению с обычными уровнями?

Математическая модель предполагает снижение расхода топлива и продуктов сгорания на 90%.

Одиннадцатилетний цикл замены типичного шасси мог бы создать рынок модернизации, но я подозреваю, что потребуется 6 лет, чтобы увидеть 50-процентное сокращение выбросов.

Каковы другие основные преимущества?

Дешевле в производстве, чем текущий ДВС: Меньше деталей.

Увеличение крутящего момента. Восьмиступенчатая трансмиссия уменьшена до двух скоростей, что снижает производственные затраты.

Какова стоимость предложения?

В зависимости от применения требуется «короткий блок». Блок L-5 объемом 2,5 литра стоит 2500 долларов.

Время проектирования/САПР составит 100–120 часов при цене 100 долл. США в час или от 10 000 до 12 000 долл. США.

Повторное программирование и предварительное тестирование будут стоить 40-60 часов или от 4000 до 6000 долларов.

Предварительные расходы составят около 25 000 долларов США.

Если требуется тестирование шасси в реальных условиях, необходимо использовать шасси до 1973 года, поскольку EPA считает этот винтаж и старше «винтажным», а все более новое уже должно соответствовать стандартам EPA.

Наиболее желателен пикап, поскольку для проверки различных рабочих характеристик можно использовать широкий набор тестовых грузов.

В состоянии, позволяющем продемонстрировать дизайн, шасси может стоить от 15 000 до 25 000 долларов. В идеале было бы подготовлено два шасси, одно из которых оснащено лучшими современными технологиями, и идентичное шасси, оснащенное моей конструкцией, для параллельного сравнения.

Справедливая оценка завершения проекта с учетом непредвиденных обстоятельств составляет 100 000 долларов США.

Линия времени

Это не ракетостроение.

Двигатель может быть запущен через 90 дней с командой из 4 человек с разными навыками. Полное тестирование и выставление на продажу может занять год.

Учитывая одиннадцатилетний «жизненный цикл» современных автомобилей, я ожидаю 15-20% замены двигателей через 5 лет и 50% замены двигателей к 2030 году. мотоциклов и сверхлегких самолетов до класса «А» по ​​сравнению с дорожными грузовиками и пассажирскими самолетами на 12–42 места.

Связанные предложения

ЛЮБОЕ из них, для которого требуется, чтобы шасси имело собственный источник питания.

Ссылки

Монография:

Альтернатива: паровая машина внутреннего сгорания©

В прошлом веке двигатели были внутреннего сгорания, сжимая воздух до высокой плотности и либо смешивая топливо до его сжатия, либо воспламеняя смесь. или как дизель, впрыскивая топливо и позволяя воспламениться высокому давлению и температуре, и в обоих случаях создавая сгорание и давление, чтобы заставить поршень двигаться вниз.

Исследование типичного четырехтактного двигателя показывает только 25% КПД, если бы двигатель был «идеальным» во всех остальных отношениях, потому что только 1 из 4 ходов поршня используется для создания мощности.

При рассмотрении одного рабочего хода только половина его может быть использована для создания крутящего момента, потому что в верхней и нижней частях хода коленчатый вал движется больше вбок, чем вниз, поэтому КПД теперь составляет 12 ½%.

Реальный виновник заключается в том, как мы используем мощность, скорость двигателя должна варьироваться от холостого хода до «полной мощности» (фактически высокая мощность, но низкая эффективность), поэтому, хотя у сгорания есть фиксированный период времени, чтобы полностью сгореть, поршень почти всегда происходит слишком быстро или слишком медленно, чтобы сгорание было либо полным, либо эффективным.

Чистый результат состоит в том, что фактический «идеальный» КПД составляет около 6,5%, поэтому галлон топлива мощностью 2776 л.с. дает только 180 л.с. 12,5 миль на галлон. Даже если они вмонтируют это в шасси с электродвигателем и кучей аккумуляторов, эффективность, возможно, удвоится, потому что двигатель может работать на одной, наиболее эффективной скорости вращения… экономия топлива НЕ является показателем эффективности, потому что вы можете снизить спроса за счет облегчения шасси, но эффективность остается прежней.

Еще хуже то, что батареи имеют больший «углеродный след», чем наименее эффективный двигатель для производства и утилизации. Цель должна заключаться в том, чтобы «высвободить пламя» или обеспечить потребление топлива с максимальной эффективностью и использовать больше рабочих ходов большей продолжительности.

Я предлагаю нагреть отверстия до постоянной температуры выше 400* градусов и нагнетать в отверстия воду, создавая давление пара для привода поршня. Это позволяет получать тепло по запросу, поэтому расход топлива зависит только от используемого тепла, а мощность вырабатывается из накопленной тепловой массы головки и количества воды в метре для обеспечения требуемой мощности каждый раз, когда поршень доступен для питания. , который был бы каждый удар.

На практике вода впрыскивается в нагретое отверстие(я) для производства пара. Давление пара зависит от количества воды, подаваемой в нагретые отверстия; (см. паровые таблицы). Это увеличило бы в четыре раза количество рабочих ходов и утроило бы прикладываемое давление, в результате чего эффективность достигла бы 70-го процентиля.

Это означает, что автомобиль весом 4500 фунтов может проехать 145 миль на галлоне и снизить выбросы продуктов сгорания (загрязнение) на 90%.

©номер дела: 1-89587058

Как раскрутить паровой двигатель Мамод

Большинство сообщений в этом блоге посвящены моделям железных дорог в стиле Хорнби. Но, как вы можете догадаться по названию, я иногда также и другие темы, касающиеся небольших предметов железнодорожной техники.

Всегда в поле моего зрения живые паровые машины; модели с настоящими паровыми двигателями с водой, огнем и паром. Посмотрите это, и вы поймете, почему.

И один из наиболее частых вопросов, которые мне задают по этому поводу, — как довести такие двигатели, особенно от Mamod, Wilesco, MMS и Jensen, до пара на UNS.

Вместо того, чтобы изобретать велосипед, я поговорил со специалистом по ремонту Mamod и автором рекомендованного The Laymans  Guide To Mamod Steam Engines , Уильямом Грином, который любезно разрешил мне воспроизвести его удобный учебник по этому вопросу.

К Уиллу.

Подготовка

Первый шаг — убедиться, что у вас есть все необходимое оборудование и меры предосторожности для запуска двигателя. Они перечислены ниже:

• Ваш паровой двигатель Mamod снаружи. Вы сжигаете топливо, поэтому никогда не парьте двигатель внутри .
• Топливо. Топливо, которое вы можете использовать, может варьироваться от денатурата до геля и таблеток. Посмотрите раздел «Топливо для вашего двигателя», чтобы увидеть диапазоны топлива, которое может использовать ваш Мамод, с ценами. Помните, что топливные таблетки, как правило, наиболее безопасны для использования, так как пламя метилового спирта невидимо.
• Масло [опционально]. Масло для меня является необходимостью, чтобы все движущиеся части могли свободно течь без трения. Это сделает работу вашего двигателя более плавной.
• Ведро воды. Мне нравится быть в безопасности, когда я парюсь. По этой причине я всегда проверяю, есть ли рядом ведро с холодной водой на случай наихудшей ситуации, когда мне нужно потушить пожар.
• Термостойкие перчатки. Еще одна необходимость для меня, если вы хотите поиграть со своим двигателем и использовать такие вещи, как свисток, он может сильно нагреться и может обжечь вас. Поэтому я всегда ношу какие-то перчатки для защиты от жары.
• Закипевший чайник. Хотя вы можете налить в Мамод холодную воду и поджечь топливо под котлом, это займет  далеко слишком долго, чтобы вода нагрелась до температуры, необходимой для запуска двигателя. Таким образом, вы не только тратите свое время, но и теряете срок службы вашего топлива, и, скорее всего, вам придется заливать больше топлива.
• Воронка. Подача воды в двигатель может быть довольно грязной, если у вас нет воронки, в которую можно направить воду. Поэтому, чтобы двигатель не намок, старайтесь использовать воронку при заливке воды в котел.

Пропаривание двигателя

Ниже приведено руководство по процедурам, которые необходимо выполнить, чтобы двигатель работал в правильном порядке (предполагается, что у вас есть все вышеперечисленное оборудование).

• Вскипятите чайник, наполните ведро холодной водой снаружи и поставьте рядом с паровой машиной. Пока чайник закипит, также смажьте маслом узел поршень/цилиндр, а также узел маховика, чтобы уменьшить трение. Сухой двигатель никогда не любит работать!
• Как только котел закипит, вынесите котел на улицу и, используя воронку, заполните котел паровой машины из отверстия, куда входит предохранительный клапан (который расположен сверху котла машины). В зависимости от того, какой у вас паровой двигатель, у вас будет либо пробка уровня воды, либо стеклянный датчик уровня воды сбоку от котла. Если у вас есть пробка уровня воды, отвинтите ее и наполните котел водой до тех пор, пока вода не начнет вытекать из отверстия уровня воды. Если у вас есть стеклянный датчик уровня воды, наполняйте котел до тех пор, пока не увидите, что уровень воды достигает примерно 85% (на указателе уровня воды есть небольшое углубление, показывающее максимально допустимое количество воды в бойлере). Никогда не пытайтесь пропарить Mamod без воды в бойлере! Это чрезвычайно опасно.
• Теперь, когда котел наполнен кипящей водой, пора поджечь топливо. Во-первых, поместите все топливо, которое вы используете, на поднос горелки. Как только вы это сделаете, осторожно подожгите топливо спичкой. Помните, что если вы используете денатурат, его пламя невидимо. Поэтому вам придется положить руку примерно на 20 см над топливом, чтобы увидеть, горячо ли оно и горит ли оно (если вам меньше 18 лет, постарайтесь найти присмотр взрослых для этой части). ).
• Когда топливо сгорит, осторожно поместите поддон под котел и подождите. Теперь вы можете надеть термостойкие перчатки, если они у вас есть.
• Каждые 2-3 минуты слегка постукивайте по свистку, чтобы увидеть, под каким давлением находится пар в котле. Если это звучит так, как будто выходит только воздух, подождите немного дольше. Если это свистящий звук высокого тона, то давления будет достаточно, чтобы запустить двигатель.

Запуск

• С большинством Мамодов вы выступаете в роли пускового двигателя. Для этого вам нужно немного подтолкнуть маховик, чтобы поршень начал двигаться. Если вам удастся двигать маховик достаточно быстро, двигатель должен продолжать работать.
• Если у вас есть рычаг для управления скоростью двигателя, вы можете сделать это сейчас. В противном случае двигатель будет работать до тех пор, пока не закончится топливо (около 5-10 минут).

Выполнив приведенные выше инструкции, вы теперь должны наслаждаться работой своего двигателя Mamod! Если вы хотите что-то делать, пока ваш движок работает, почему бы не попробовать несколько игр, которые я придумал?

Слова и изображения (c) и воспроизведены с любезного разрешения Уилла на www.restoringmamods.com.

Уведомление для партнеров. Некоторые ссылки на этой странице ведут к тщательно отобранным компаниям, включая Hornby, B&Q, Rapid Online, Amazon, eBay, Scale Model Scenery и Element Games, через которые вы можете приобрести упомянутые продукты. Эти ссылки сделаны по их партнерским схемам, что означает, что, хотя цена для вас не меняется, я получаю небольшую комиссию за заказы, которые вы размещаете. Пожалуйста, ознакомьтесь с заявлением об отказе от ответственности для получения более подробной информации.

>И последнее, личное замечание: я трачу огромное количество времени на тестирование, фотографирование, написание и исследование методов для этих статей и оплачиваю все текущие расходы на MRE из своего собственного кармана. Если вы нашли эту статью полезной, вы можете поддержать меня, сделав пожертвование на моей странице сбора средств. Спасибо и счастливого моделирования, Энди.

Обновлено: понедельник, 7 сентября 2020 г.

Паровой двигатель в Древнем Риме — Руководство по предвидению

50 CE: Паровой двигатель в Древнем Риме

Герой Эолипил (50 г. н.э.)

В категории STEEPS это Научный , Технологический и Политический контрфактический. Мог ли Герой Александрии в 50 г. н.э. изобрести первый практичный паровой двигатель для перекачки и транспортировки воды, за 1600 лет до того, как Джованни Бранка (1629 г.) и Джон Уилкинс (1648 г. ) изобрели импульсные паровые турбины ? Это, конечно, так кажется.

Герой был плодовитым автором (написал семь известных книг) и выдающимся инженером. Мы думаем, что он изобрел первый торговый автомат, первый шприц, первые ветряные машины и многие другие механические приспособления. Наиболее известен он тем, что построил примитивную роторную (реакционную) паровую машину 9.0116 Aeolipile , и опубликовал схемы на него (справа) в своей работе Pneumatica. Он даже использовал это устройство, чтобы открывать двери храма. Герой, возможно, даже не был первым изобретателем этого устройства, поскольку эолипил был упомянут (хотя был ли у него вращающийся двигатель, не было описано) римским инженером Витрувием в I веке до н. э. в его невероятной книге о древней инженерии. Архитектура .

Насос Ктесбия двухтысячелетней давности и пожарный (водоструйный) шланг, найденные в медном руднике в Испании (Museo Arqueológico Nacional de Madrid)

Герой также улучшил эффективность ручного водяного насоса , который был изобретен греческим инженером Ктесибием около 200 г. до н.э. Римляне даже использовали насос Героя и механический пожарный шланг для тушения пожаров. Посмотрите на этот удивительный образец (слева) насоса Ктесибия/Героя, сифон , описанный в древних текстах Плинием и Витрувием, найденный в идеальном состоянии после двух тысяч лет под землей. Его использовали римские бдительные, или пожарные, для тушения пожаров из цистерны, запряженной лошадьми и наполняемой бригадами ручных ведер (справа).

Водяной насос Ктесибия/Героя и пожарный шланг с принудительной струей, использовавшиеся римскими пожарными отличное применение, паровой привод   перекачка воды , достижение настолько ценное, что мы думаем, что оно нашло бы широкое применение в римских городах, независимо от социальной оппозиции. Значительная выгода от любой такой технологии, вероятно, была бы необходима, потому что ко времени Империи римляне не доверяли технологиям. Они позволяли этому продолжаться только тогда, когда это явно служило их целям.

В 2015 году Теодосис Тассиос опубликовал, что Герой, должно быть подключил свой Аолипил к своему насосу, создав первый в мире (непрактичный) водяной насос с паровым приводом. Он всегда искал способы сделать технику практичной. Удивительно, но все, что нужно было сделать Герою, чтобы сделать его аолипил практичным, — это превратить его вращающийся шар в маленькую ветряную мельницу , вращающуюся на оси внутри единственной выходной струи из его котла. В качестве альтернативы (и менее мощной) даже система многочисленных паровых струй, ударяющих по чашеобразным лопастям ветряной мельницы внутри силовой камеры, могла бы быть достаточно эффективной (рисунок справа).

При любом подходе была бы создана первая в мире импульсная турбина и практичный водяной насос с паровым приводом. Лучший способ накачивать воду в цистерны  значительно улучшил бы римские водопроводные сооружения и акведуки, которые высоко ценились римской знатью и обеспечивали лучшее орошение их полей, больше римской сантехники, бань, туалетов и канализации системы. Еще одним очевидным преимуществом этого насоса для любой семьи, у которой он был, были бы не только цистерны с водой на крыше, обеспечивающие подачу воды под давлением, но и цистерны с горячей водой на крыше для бань римской знати. Еще горячие стоки из котла могли собираться в отдельную цистерну и периодически перекачиваться одним и тем же водяным насосом в изолированные цистерны с горячей водой на крышах римских вилл, а в массивных Римские общественные бани , которые отапливались как дровами , так и углем. И греки, и римляне использовали для утепления пробку, асбест, пустотелые стены, воздушные зазоры и даже специальные кирпичи. Таким образом, изолированные цистерны с горячей водой для сточных вод насоса – это очевидный способ повысить ценность насоса. С такими преимуществами очень легко утверждать, что паровые водяные насосы быстро распространились как по Республике, так и по Империи.

Ветряной орган Героя

Как вы думаете, Герой не мог совершить мысленный прыжок от вращающегося эолифила к паровой турбине? Я бы сказал, что ему было всего в одной мечте от него. Напомним, что Герой построил первые ветряные машины. Посмотрите на этот (справа), который он использовал для запуска первого ветряного органа. В представлении этого конкретного художника эти лопасти выглядят точно так же, как сегодняшние лопасти паровой турбины!  Я бы хотел увидеть, как банда Разрушителей мифов или какой-нибудь любопытный мастер построит эолипил с импульсной турбиной, используя уменьшенную версию лопастей деревянной ветряной мельницы Героя. Герой, скорее всего, построил бы свою первую турбинную лопатку из 9 лопастей.0116, бронза или даже дерево в прототипе, но вскоре он перешел бы на , железо , тогда самое прочное из известных тогда веществ. Скорее всего, он поместил бы свой котел над римским кузнечным очагом , самым горячим огнем в Александрии в то время. Бьюсь об заклад, этот двигатель, подключенный к его насосу, перекачивал бы воду как сумасшедший и намного превосходил бы водяные насосы с ручным приводом, использовавшиеся в то время. Кто-нибудь хочет построить?

Водяной насос Героя с паровым приводом и достаточным количеством древесины, собранной рабами, создал бы большой напор воды для целых кварталов римских городов. Такие насосы были бы намного эффективнее при заполнении высоких цистерн, чем ручные цепные насосы, которые использовались в то время. Водонапорные цистерны, как знали все римские инженеры, представляют собой массивные накопители энергии. Течение воды из высоких цистерн в низкие, в водопроводе может быть использовано не только для орошения, бань и канализации, но и для работы всяких мелких машин, для распиловки дров, для измельчения хлеба и для многого другого. В дополнение к Pneumatica , Герой написал бы дополнительную книгу Hydraulica о потоке воды, чтобы делать еще больше полезных вещей, поскольку вода является несжимаемой жидкостью с гораздо большей плотностью, чем воздух. Гидравлические двигатели Героя могли сначала работать с водяные колеса , которые были распространены в то время, но его команда вскоре научилась использовать свои недавно изобретенные вращающиеся лопасти турбины , работающие внутри водопроводных труб, а не внутри сопел паровых котлов.

Способность быстрее пересекать свою империю также представляла бы огромный интерес для римских лидеров. Таким образом, легко представить, что паровых винтов (турбин) для римских военных кораблей были бы еще одним ранним экспериментом с этими двигателями инженеров, поддерживаемых дворянством. Первые военные пароходы, возможно, даже появились раньше водяного насоса, так как скорость римского 9Триера 0116 представляла большой военный интерес. Было бы неплохо найти способ улучшить акведуки и водопровод, но наличие более быстрых кораблей было бы жизненно важно как для Республики, так и для Империи.

Римские триеры имели 170 гребцов и, как правило, были очень легкими, но многие из них имели массивную переднюю часть для тарана других кораблей. Большинство из них были оптимизированы для движения со скоростью шесть узлов на очень большие расстояния по Средиземному морю. В конце концов, паровые турбины для кораблей были изобретены Чарльзом Парсонсом для британского флота в 1884 году. Максимальная скорость первого парового корабля Парсона составляла 34 узла. Я также хотел бы, чтобы кто-нибудь поместил почти открытый импульсный паровой турбинный двигатель Героя на триеру, добавив внешний «пропеллер ветряной мельницы» к оси , еще один вероятный мысленный прыжок на раннем этапе, чтобы увидеть, будет ли он надежно работать быстрее шести узлов. Бьюсь об заклад, можно легко построить версию, которая будет работать с в два раза быстрее, чем , на очень большие расстояния. Кто-нибудь хочет построить?

Тассиос также опубликовал аргументы, что греческие инженеры могли изобрести паровой двигатель около 200–100 лет до н. э. Это может быть правдой, но с нашими нынешними знаниями истории Герой получает наш голос как наиболее вероятный инженер, создавший практичный паровой двигатель в древние времена, поскольку мы можем видеть , насколько близко он был к использованию этого великого природного источника энергии. Он был достаточно близко, чтобы мы немного поплакали, что его упустили.

Цифровая реконструкция антикитерского механизма, построенного примерно в 205 г. до н. э. (Courtesy Tony Freeth, 2013)

философы были настроены против них. В первом пункте есть доля истины, но это преувеличение, а последний пункт верен, но не имеет значения. История показывает, что и в греческой, и в римской культурах использовалось множество сложных машин для труда и спасения мозгов, когда они служили своим целям, и множество греческих и римских инженеров, таких как Ктебий и Герой, построили такие машины. Это правда, что инженеры, как правило, были ужасно бедны, потому что их навыки не были должным образом оценены знатью. Но они много изобретали. Пожалуй, самый известный пример можно найти в Антикитерском механизме, планетарном и аналоговом компьютере, построенном греками около 9 г. до н.э.0 г. до н.э., чтобы оценить масштабы греческой механической изобретательности. Сложность и интеллект, встроенные в это устройство, захватывают дух. Недавние ученые считают, что он был построен в Греции около 205 г. до н.э., а не 100 г. до н.э., как первоначально предполагалось.

Как мы уже говорили, римские рабы использовались для сбора огромного количества древесины для работы паровых двигателей Героя. Когда римляне собирали большое количество древесины, паровых лесопилок  были бы еще одним очевидным следующим шагом. Посмотрите видео о паровой лесопилке DeLoach из серии 189.0 с. Легко представить, что Герой или его команда создают примитивную версию.