Как своими руками сделать паровой двигатель: STEAM ENGINE 21 столетия. ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ СВОИМИ РУКАМИ

Паровой мотоцикл своими руками

Паровой мотоцикл Лёхи Романтика

Введение

Этот проект «Паровой Мотоцикл» создавался с целью заглянуть в прошлое, ощутить дух того времени, прикоснуться к технологиям 18-19 веков, ощутить романтику паровой эпохи и просто из инженерного интереса. Хотелось понять свойства и качества настоящей паровой машины, а также технические нюансы, тонкости и возможность реального применения старых технологий. Иными словами, хотелось создать паровой двигатель, посмотреть, на что это будет способно и просто насладиться его работой.

Над проектом трудился несколько лет. Мотоцикл пережил не одну глобальную модернизацию, и в итоге получился уникальный аппарат, с рекордными, (для своего типа) параметрами. Максимальная скорость по ровной дороге  60 км/ч. А запас хода 15 км. Что является абсолютным рекордом для паровых мотоциклов с классическим типом двигателя. Мотоцикл сделан вручную, из металлолома, без применения каких-либо промышленных мощностей.

Ну а теперь, давайте разберём всё поподробнее.

Шасси

Этот мотоцикл планировался быть сделанным на базе мопеда «Карпаты». Как-то раз, сосед по гаражу подарил мне сломанный  мопед со словами, мол, ты занимаешься всякими железками, может, что то и с ним придумаешь. Я посмотрел его, и понял, что двигатель там совершенно безнадёжен. Так и родилась идея сделать паровой мотоцикл. Но начав его анализировать, я понял, что рама там такая слабая, что это, ну просто никуда не годится. Поэтому раму пришлось сварить полностью новую из металлолома. От мопеда там осталось только колёса, вилка и крылья. 

Рама «сухарь»

Раму пришлось сделать по типу «сухарь». Это означает, что у мотоцикла нет заднего амортизатора. Такое решение вызвано техническим ограничением. Дело в том, что паровому двигателю необходим маховик с жёстко обусловленным центром вращения. А поскольку колесо и является маховиком, то его движения относительно двигателя пришлось полностью исключить. Для того что бы можно было хоть как то ездить без амортизаторов, пришлось сделать подпружиненое сидение с очень большим ходом.

Котёл

Котёл с горелкой и топливными бочками

Котёл был сделан из баллона для газа со стенкой 4 мм. По паспорту эта ёмкость рассчитана на давление 56 атм. Поскольку паровозы ездили при 16 атм., я решил тоже использовать именно это давление. Котёл в своей конструкции очень прост. В баллон была вварена топка и реализован сухопарник (выход для пара). Топка, это всего на всего труба, пронизанная более тонкими, поперечными трубками. Смысл её работы заключается в следующем: Пламя и горячие газы, проходя по топке, обтекают вваренные в неё тонкие трубки, в которых находится вода. Вода закипает, и приготавливается пар. По своему функционалу такую топку можно назвать «теплообменником».

После изготовления котла, я его опрессовал на 25 атм., с помощью самодельного насоса сделанного из газлифта (доводчика от капота автомобиля). Котёл выдержал бы давление и выше, но больше 25 атм. я просто не смог накачать. И после удачной гидравлической проверки, ввернул предохранительный клапан, который настроил на 18 атм. Проверив его работу давлением воды, котёл был обмотан 2 слоями утеплителя, обтянут тканью, и покрашен чёрной краской для создания стиля.

Сейчас котёл выглядит как средневековый клепаный артефакт. И смотрится это так правдоподобно, что люди иногда дают совет, покрыть котёл утеплителем, что бы не растрачивать тепло напрасно. Хотя по сути, они видят как раз именно утеплитель, а не сам котёл.

Котёл парового мотоцикла

Но не всё так гладко.  Котёл, в этом мотоцикле, сейчас самое слабое звено. Он очень маленький для такого двигателя.  Изначально в топку было врезано 2 поперечные трубки. Параметры котла оказались просто ужасными. Поэтому я вырезал топку, и вварил 12 поперечных трубок.

Топка водотрубного котлаТопка, вид внутрь

Стало намного лучше, но всё равно, мотоцикл не способен ехать постоянно без остановок с максимальной скоростью. По идеи, нужно бы врезать в трубку 50-80 поперечных трубок, но из-за  небольшой длины всего котла, не удастся осуществить такую плотность упаковки трубок, что бы при этом не затормозить поток пламени до недопустимых значений.

Горелка

Энергетическая система данного мотоцикла состоит из баллонов для топлива, крана подачи топлива и горелки. Бачки для топлива объединены в параллель, и имеют как горловину для залива жидких видов топлива, так и терминал для заправки газами.

Топливные бачки

   Система мультитопливная и может питаться практически любым газообразным или жидким топливом. Метан, гексан, этилен, бутан пропан и прочие газы. Из жидких: бензин, керосин, ацетон, растворитель, сольвент, соляра и другие. Проблемы возникли только со спиртом, его пламя постоянно уносит наружу, и с тяжёлыми углеводородами, такими как подсолнечное масло, отработка, сырая нефть. От них остаётся очень много кокса, который забивает испарительную камеру.  Сама горелка, по своему устройству, ничем не отличается от обычной паяльной лампы. Принцип её работы заключается в том, что топливо, вначале подаётся в некую полость (испарительную камеру), там испаряется, и в виде пара подаётся в камеру сгорания, которая заодно является стенками испарительной камеры. Такая конструкция позволяет использовать в виде топлива и газ, и жидкости, так как они всё равно превращаются в пар (газ).

Пламя горелки работающей на газу

Единственное, что должен подметить, что для каждого вида топлива необходимо подобрать свою форсунку. Так как у всех энергоносителей разные свойства и время сгорания. Я предусмотрел это, и заказал полный набор сопел от 3D-принтера, в качестве сменных форсунок. Экспериментально подобрал, что для пропана подходит форсунка с отверстием 0.8 мм, а для керосина с диаметром 0,6 мм., а для бензина 0,5 мм.

С газообразным топливом работать удобнее всего, но у жидкого топлива есть два очень серьёзных преимущества.  Его можно заправить очень много, хоть прям по горлышко, что с газами сделать не возможно. И большинство жидких топлив серьёзно превосходят газы по калорийности и теплотворной энергии.

Горелка совмещённая с пароперегревателем

На этом мотоцикле горелка несёт ещё одну функцию. Половина горелки является пароперегревателем. Это нужно что бы осушить пар, подаваемый в двигатель и поднять его температуру, что в итоге экономит воду.

Двигатель

Изначально я решил сделать самый простой тип паровой машины двустороннего действия, которую изобрёл Джеймс Уатт ещё в 1774 году.

В этом двигателе выглядело всё очень просто, при этом поршень уже мог совершать работу, когда шёл в обоих направлениях. Что увеличивало мощность двигателя в два раза. Суть работы такого двигателя заключается в следующем: Парораспределительный блок, при помощи золотникового клапана направляет пар в полость рабочего цилиндра.

Пар, давит на поршень, и совершается работа. Когда поршень дойдёт до своей «мёртвой точки», клапан смещается, и выпускает отработавший пар на улицу, при этом начинается подача свежего пара с другой стороны поршня.  И поршень, и золотниковый клапан механически завязаны на колесо, по этому процесс зацикленный и бесконечный.

Поскольку запчастей для паровых двигателей сейчас не производят, пришлось всё делать самому. Я взял какую-то нержавеющую трубу и облил её снаружи расплавленным алюминием, так получился рабочий цилиндр.

А парораспределительный блок, это вообще, кусок алюминия, в котором была проделана продольная дыра. Все остальные тяги, дышла и прочее, это штоки от автомобильных амортизаторов. Поскольку в данном двигателе отсутствует какая либо смазка, все уплотнения я делал из фторопласта. У него отличный коэффициент скольжения, температура разрушения  400 *С, и он отлично герметизирует.

С таким двигателем мотоцикл мог разгоняться до 34 км/ч, и потреблял просто безумное количество пара. Покатавшись некоторое время, я понял, что так дело не пойдёт. Я чувствовал, что мотоцикл способен на большее. Почитав умные книжки и изучив устройство последних паровозов, было решено провести модернизацию двигателя. Во первых я расточил все каналы, что бы пар мог быстрее наполнять цилиндр и быстрее покидать его. Во вторых, я решил применить двух золотниковую систему клапана. И в этом было очень много смысла.

Этот клапан состоит из двух отдельных цилиндрических клапанов, но не всё так просто. За этой простой конструкцией кроются многие годы изучений испытаний, открытий и упорного труда. И вот в чём смысл:

1. Поскольку оба клапана находятся друг от друга на некотором расстоянии, это позволяет значительно сократить длину паровых каналов, а значит сделать двигатель более быстрым.

2. Клапан удлинён на некоторое значение, которое называется «перекрышей впуска». Это позволяет сделать так называемую «отсечку» пара. Дело в том, что не обязательно впускать пар в цилиндр всё время. Достаточно его впустить некоторое небольшое количество, а дальнейшую работу он сделает за счёт своего расширения. Это позволяет существенно экономить пар (воду), и в итоге делает паровую машину ещё быстроходней, так как расширенный (отработанный) пар получается проще и быстрее выпустить наружу.

3. С другой стороны клапан тоже обзавёлся удлинением, которое называется «перекрышей выпуска». Это удлинение клапана позволяет перекрывать пар раньше, чем поршень дойдёт до своей «мёртвой точки». В этом случае остатки пара сжимаются, и формируют некую паровую подушку, об которую, как от пружины поршень отбивается, и начинает свой ход в другую сторону. Это позволяет смягчить переходные процессы и скомпенсировать инерцию массивных железных частей. Кроме того обеспечивает более мягкий впуск свежего пара, так как разница давлений будет не велика .

4. Поскольку между двумя золотниковыми клапанами оказывается много пространства, Подходящий пар не придавливает их к задней стенке. Нагрузка распределяется равномерно и благодаря этому, серьёзно уменьшается износ всего механизма.

Когда я ввёл в конструкцию все эти изменения, получился совершенно иной двигатель. Изменения почувствовал сразу, когда сделал первые опробования на воздухе. Изменился звук работы двигателя, он стал мягче. Двигатель гораздо легче стартовал, и при том же давлении работал вдвое быстрее. После этого я выехал на шоссе, что бы собрать данные и удивился. Двигатель стал «любить» быструю езду.  Теперь мотоцикл разгонялся уже до 60 км/ч. При этом расходовал пара примерно на 60% меньше. У него появился, просто шикарный паровозный звук и пропали удары в двигателе при прохождении «мёртвых точек».

Заключение

Начал этот проект я чисто из инженерного интереса. Хотелось сделать паровой двигатель, всё там подогнать, отстроить, настроить, и посмотреть, как оно работает. Но чем больше я погружался в это дело, тем интересней становилось. А когда начались первые испытания, сперва двигателя, а затем и самого мотоцикла, остановиться было уже не возможно. После первых проеханых метров Я начал ощущать  нечто совершенно иное, чем просто инженерный интерес. Я почувствовал что, как говорят машинисты паровозов, паровая техника живая. С того момента как все «органы» объединились и стали работать как одно целое, в него ещё поселился дух или душа, не знаю как уж выразиться. Он стал чем-то большим, чем изделие. Тогда я начал создавать ему внешний вид и стиль.

Эта культура «Стимпанк» дарит, что то необъяснимо приятное. И даже имея у себя в гараже настоящий паровой двигатель, я понимаю, что только-только приближаюсь к пониманию этого духа, этой романтики той эпохи. Представляю, как горели глаза и сверкали идеи в головах у инженеров и энтузиастов того парового мира. Насколько они были счастливы, когда появлялась новая идея или изобретение.

Как-то раз мне довелось увидеть, как подъезжал настоящий паровоз. Я ощутил, что то совершенно необычное. Передо мной было не железо, а существо, организм. Там внутри всё, что то булькало, щёлкало, парило, что-то цокало, шевелилось. Оно было точно живое. Такого я никогда не ощущал рядом с современными электрическими или дизельными электровозами. Мне тогда пришло понимание, что был целый удивительный загадочный мир, который мы просто забыли.

Просматривая видео, как едет мой паровой мотоцикл, бывают моменты, когда он шумит, прям как настоящий паровоз. Его двигатель бьётся как сердце, создавая ритмичный мягкий шум. Эти моменты меня так завораживают, что я пересматриваю их по много, много раз. И почему-то у меня в голове была только одна, очень яркая и чёткая мысль, что я хочу себе точно такой же, во что бы это не встало. А потом вспоминаю, что он у меня и так уже есть. Но всё равно не верю, что у меня в гараже есть такое.

Краткое видео по созданию мотоцикла и видео его испытаний можно посмотреть здесь:

Яндекс Дзень

Краткое видео о создании парового мотоцикла

Испытания парового мотоцикла 

Или на YouTube

Краткое видео о создании парового мотоцикла

Испытания парового мотоцикла 

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

На мкаде догнали, опять досмотр)доча встречает папу

• Большегруз 40rus

УАЗ, Ваз, Газ — Тойоты подождут!

• Клубный сервис

Все станции метро Ташкента 2022 и подвижной состав

• Видео про поезда

Недорогая иномарка лучше Чери? Китайский кроссовер Omoda C5 / Омода С5 тест и обзор

• За рулем

Lada Niva — Скорбь и гордость. Аналоговнет.

• Клубный сервис

Вся правда про шоу утилизатор с настей туман на че

• Настя Туман

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

Паровой двигатель Героя

Вот очень простой в изготовлении паровой двигатель, паровой двигатель Героя. Это
назван в честь Героя Александрийского, который описал его в документе в
I век нашей эры.

Состоит из закрытой банки содовой с двумя
крошечные отверстия с обеих сторон и немного воды внутри. Нагрев банки
нагревает часть воды до пара, который выходит через отверстия в
стороны. Отверстия сделаны так, чтобы пар выходил под углом
который продвигает банку по кругу.

Как сделать паровоз Героя

Шаг 1. Используйте булавку, чтобы сделать отверстие в
сторона банки содовой. Банка должна быть еще не открыта. Когда вы тянете
штифт там, вероятно, будет какой-то спрей.

Шаг 2. Опустошите банку через отверстие.
В зависимости от газировки в банке, встряхивание увеличит давление.
в банке, из-за чего газировка выходит быстрее. Не волнуйтесь, если есть
немного газировки осталось, когда вы закончите.

Шаг 3. Сделайте еще одно отверстие в другом
сторона банки.

Шаг 4 Вставьте штифт обратно в один
отверстий и потяните вниз, как показано на фотографиях ниже. Этот
достаточно модифицирует отверстие, чтобы пар позже выходил через
угол по отношению к банке.

Шаг 5. Сделайте то же самое для другого отверстия,
потянув штифт в том же направлении по отношению к банке.

Шаг 6. Налейте в банку немного воды
через одно из маленьких отверстий.
Его не должно быть много, и лучше меньше, чем больше, поскольку
требуется время, чтобы нагреть воду до пара.

Шаг 7. Чтобы повесить банку, найдите что-нибудь
чтобы повесить его. Я повесил свой на кронштейн настольной лампы. Сначала поставьте
привяжите ремешок, затем повесьте на него рыболовный вертлюжок, а затем петлю
строки. Вертлюг является ключевой частью здесь, так как он имеет встроенный
подшипник, который легко крутится. Если ваш не поворачивается легко, распылите
WD-40 или другой смазкой.

Шаг 8. Аккуратно поднимите язычок
в верхней части банки и поместите строку под ним. Убедитесь, что вы не
сломайте уплотнение в верхней части банки. Единственные отверстия в банке
должны быть два отверстия, которые вы сделали по бокам.

Шаг 9. На фото к шагу 9 ниже
вы можете видеть, что в верхней части есть небольшой кружок (на самом деле заклепка)
банки. Этот круг находится в центре, поэтому нить должна быть
сосредоточены на этом.

Шаг 10. Зажгите пропановую горелку.
Я попробовал лампу, в которой горел медицинский спирт, но она была недостаточно горячей.
Из этого я предполагаю, что свеча также не будет работать. бутан
пламя настольной горелки в типичном классе физики или естественных наук
должно сработать. Примите все необходимые меры безопасности.

Шаг 11. Нагрейте дно банки.
Нагрев, как показано на фото ниже, занимает около 30 секунд.
может начать вращаться. Когда это происходит, он вращается довольно быстро.

Вот мое видео, показывающее это в действии, а также то, как это сделать.

Как работают паровые двигатели?

Как работают паровые двигатели? | Кто изобрел паровые двигатели?

Вы здесь:
Домашняя страница >
Инжиниринг >
Паровые машины

• Дом
• Алфавитный указатель
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 15 января 2022 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и
вода и еще достаточно энергии
бегать со скоростью более 100 миль в час! Это именно то, что может сделать паровоз.
Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли на большей части
железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и
такие локомотивы до сих пор используются как туристические достопримечательности во многих культурных центрах.
железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслужили
вспомнили, потому что они прокатились по миру через Индустриальный
Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают
машины,
самолеты, телефоны,
радио и телевидение
среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные
примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как
точно работают?

На фото: паровой железнодорожный локомотив, работающий на железной дороге Твитси в Северной Каролине.
Это узкоколейный поезд, а значит, колея не такая широкая, как на обычной железной дороге. Узкие дорожки
часто используются в гористой местности и в другой труднопроходимой местности, потому что их обычно дешевле строить.
Предоставлено: фотографии из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит,
Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Содержание

1. Что приводит в действие паровой двигатель?
2. Что такое паровая машина?
3. Как работает паровая машина
4. Типы паровых двигателей
5. Пар действительно умер?
6. Кто изобрел паровую машину… и когда?
7. Узнать больше

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, нужна энергия
можно придумать — кататься на скейтборде,
летать на самолете, ходить в магазины или водить машину по
улица. Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает из
масла, но так было не всегда. До начала 20 века основным источником энергии был уголь.
любимое топливо в мире, и оно приводило в действие все, от поездов до кораблей
к злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым
Сэмюэл П. Лэнгли, один из первых соперников братьев Райт. Что было так
специально для угля? Внутри Земли его много, так что это было
относительно недорогой и широко доступный.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает
он основан на элементе
углерод. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки мертвых
растения погребены под камнями, сдавлены давлением и
приготовленный внутренним теплом Земли.
Вот почему его называют ископаемым топливом. Куски угля на самом деле являются кусками
энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и
кислород соединениями, называемыми химическими связями. Когда мы сжигаем уголь в костре,
связи разрываются, и энергия высвобождается в виде тепла.

Уголь содержит примерно вдвое меньше энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, и это одна из причин, почему паровые двигатели должны сжигать так много его.

Фото: Основные части паровоза.
(Альтернативный вид сбоку смотрите здесь.) Это бывший цистерна-локомотив British Railways Standard 4MT под номером 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году).
работает на железной дороге Суонидж, Англия, август 2008 года.
Почитайте, как его восстановили из ржавеющей кучи и вернули в строй
его владельцы, «Южные локомотивы», в
80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровой двигатель — это машина, которая сжигает уголь для выделения тепла
энергия, которую он содержит, так что это пример того, что мы называем тепловым двигателем. Это
немного похоже на гигантский чайник, стоящий на вершине угольного огня. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно сдуться в воздух,
как и пар из чайника, пар улавливается и используется для питания
машина. Давайте узнаем, как!

Как работает паровой двигатель

Грубо говоря, паровая машина состоит из четырех частей:

1. Огонь, в котором горит уголь.
2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает до пара.
3. Цилиндр и поршень, похожие на велосипедный насос, но намного
   больше. Пар из котла подается в цилиндр, вызывая
   поршень двигался сначала в одну сторону, потом в другую. Это движение вперед и назад
   (который также известен как «поршневой») используется для привода…
4. Машина, прикрепленная к поршню. Это может быть что угодно от
   водяной насос к заводскому станку… или даже к гигантскому паровозу
   бегать вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание. На самом деле, даже в одном устройстве есть сотни или, может быть, даже тысячи деталей.
Самый маленький локомотив.

Пошагово

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей небольшой анимации
паровоза, внизу. В кабине локомотива вы загружаете уголь
в топку (1), что вполне
буквально металлический ящик
содержащий ревущий угольный огонь. Огонь нагревает котел — «гигантский
чайник» внутри паровоза.

Котел (2) в паровозе
не очень похоже
чайник, который вы бы использовали, чтобы заварить чашку чая, но он работает
таким же образом, производя пар под высоким давлением.
Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок.
Бег
через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет).
Трубы идут от топки к дымоходу, перенося тепло и
дым от костра с ними (показан белыми точками внутри трубки).
Такое расположение котельных труб, как их называют, означает
двигатель
огонь может нагревать воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар
быстрее и эффективнее. Вода, которая делает пар либо
поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, который тянется за локомотивом.
локомотив. (Тендер также осуществляет поставку угля для локомотива.) Вы можете увидеть фото
тендера с резервуаром для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3)
прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень
(4), туда и обратно. Маленькая механическая заслонка в цилиндре, известная как
впускной клапан
(показан оранжевым цветом) пропускает пар. Поршень соединен с одним или
больше колес паровоза через своего рода плечо-локоть-рука
соединение, называемое кривошипом и шатуном
(5).

Когда поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают
колеса локомотива и приведите поезд в движение (6).
Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать
дальше. Импульс поезда (стремление продолжать движение) несет в себе
проворачивая вперед, толкая поршень обратно в цилиндр таким образом,
Оно пришло. Клапан подачи пара закрывается. Открывается выпускной клапан и
поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и наружу
паровозная труба (7). Прерывистый шум пыхтения, который
паровой двигатель делает, и его прерывистые клубы дыма происходят, когда
поршень движется вперед-назад в цилиндре.

С каждой стороны локомотива есть цилиндр, и два цилиндра
стреляйте немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда
мощность, толкающая двигатель вперед.

Рекламные ссылки

Типы паровой машины

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше схеме показана очень простая одноцилиндровая паровая машина, приводящая в действие
паровоз по рельсам. Это называется поворотный
готовить на пару
двигатель, потому что работа поршня состоит в том, чтобы заставить колесо вращаться.
самые ранние паровые машины работали совершенно по-другому. Вместо
поворачивая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым
возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение.
Поршневой пар
двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале
18-ый век.

На нашей диаграмме пар толкает поршень в одну сторону, а импульс
локомотива, ведущего его в другую сторону. Это называется одностороннего действия.
паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень
питание только в половине случаев. Гораздо лучше (хотя и немного больше
сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара
поршень сначала в одну сторону, потом в другую. это называется двойное действие
(или противоточная) паровая машина.
Он мощнее, потому что пар все время приводит поршень в движение.
время.

Анимация: в цилиндре двойного действия клапан (оранжевый) щелкает вперед и назад, позволяя пару входить (желтый) и выходить (красный) из цилиндра с обоих направлений, таким образом обеспечивая мощность в два раза больше времени. Я упростил механизм здесь, чтобы его было легко понять. Клапан фактически скользит из стороны в сторону, а не переворачивается.

Если вы внимательно посмотрите на колеса типичной паровой машины, вы
видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше:
там гораздо больше механизмов, чем просто кривошип и шатун. На самом деле, есть
замысловатая коллекция блестящих рычагов, двигающихся вперед и назад с дотошным
точность. Это называется клапанным механизмом. Его работа
заключается в открытии и закрытии клапанов цилиндров в нужные моменты, чтобы позволить
пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал как можно эффективнее и мощнее, а также чтобы он
ехать задним ходом. Существует довольно много различных типов
клапанный механизм; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь
его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1919 гг.01). Танковый двигатель 80104
показанный на второй фотографии на этой странице, имеет клапанный механизм типа Walschaerts, как и
Эддистоун, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Клапанный механизм Walschaerts на типичном большом паровозе,
34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, а значит
требовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать. Более поздние двигатели
производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в
меньший, гораздо более прочный котел, поэтому он выдавливался с большей силой и
ударил поршень сильнее. Дополнительная сила высокого давления
готовить на пару
двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее,
и именно это проложило путь паровозам, пароходам,
и паровые машины.

Фото: Паровые машины не смогли перевезти всю воду
они нужны для дальней дороги. Периодически им приходилось останавливаться для пополнения запасов.
резервуары для воды на стороне пути, подобные этому (вверху) на железной дороге Суониджа.
У более крупных паровозов были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, с запасами топлива.
уголь (перед нарисованной нами красной линией) и вода (за красной линией). Уголь лежит на наклонной
пластина внутри тендера, благодаря которой он естественным образом наклоняется к отверстию
спереди, где пожарный может легко закинуть его в топку.
Внизу: Вы можете увидеть, как выглядит тендер внутри, на этой необычной фотографии пустого тендера.
сфотографировано немного сверху и сзади, снято в Музее науки Think Tank в Бирмингеме, Англия. Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Пар действительно умер?

Уголь был дешевым и доступным топливом в начале индустриальной эпохи.
Революция, но изобретение бензинового двигателя
(бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовали новую эру:
в течение 20-го века нефть обогнала уголь в качестве фаворита в мире
топливо. Паровые двигатели крайне неэффективны, расходуют впустую около 80–90 процентов энергии.
всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны гореть
огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, который сжигает уголь,
полностью отдельный (и часто на некотором расстоянии от) цилиндр, который вращается
тепловую энергию пара в механическую энергию, приводящую в действие
машина. Такая конструкция называется двигателем внешнего сгорания.
потому что огонь и котел находятся вне цилиндра. это неэффективно
потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар перемещаются от огня,
через котел в цилиндр. Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой
двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо
горит внутри цилиндра, а не снаружи, и это делает
двигатели внутреннего сгорания значительно эффективнее.
(Подробнее о внутреннем и внешнем сгорании вы можете прочитать в нашем обзоре
двигателей.)
У нефти есть и много других преимуществ: она чище угля, производит меньше
загрязнение воздуха, и его гораздо легче транспортировать по трубам.

Во многом поэтому с наших железных дорог исчезли паровозы — тепловозы были
вообще удобнее. Требуется несколько часов, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; Вы можете
запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые машины исчезли с заводов, когда электричество
стал более удобным способом питания зданий. Кому захочется каждый день загружать уголь на фабрику, когда можно просто
щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Работа: Чем меньше, тем лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 19 веке.60-е годы. Последние паровозы были построены здесь в 1956 г. , а самый последний паровоз ходил в августе 1968 г. К 1968 г. в эксплуатации находилось лишь около трети локомотивов по сравнению с 1962 г., но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая рельсовая система, по-видимому,
намного эффективнее. Источник: составлено с использованием данных из «Работы британских железных дорог за 1962–1968 годы» CDJones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется. Пар и уголь никогда не делали
исчезнуть — не совсем так.
Откуда берется используемая нами электроэнергия?
Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии.
(ветряки, солнечные батареи и т. д.), но
большая часть его по-прежнему поступает из угля,
сгорели на электростанциях в милях от
наши дома и фабрики.
Внутри угольной электростанции уголь по-прежнему сжигается для производства пара, который приводит в действие устройства, похожие на ветряные мельницы.
паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. При вращении они поворачиваются
электромагнитные генераторы и производят электричество.
Вот видите, хотя паровозы и исчезли из нашего
железные дороги, паровая энергия
жив и здоров — и столь же важен, как и прежде!

На фото: некоторые из паровых двигателей, которые работают на старых линиях.
были еще относительно новыми, когда они были выведены из эксплуатации.
Вот этот,
Bulleid Pacific № 34070 «Мэнстон»,
был построен в 1947 г. и выведен менее чем через 20 лет (в 1964 г.).
После долгой реставрации компанией «Южные локомотивы» он вернулся в
обслуживание на железной дороге Суонидж в сентябре 2008 г.
Удивительно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км/ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель… и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

• 1 век н.э.: Герой Александрии
  демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
• 16 век н.э.: итальянский архитектор Джованни.
  Бранка
  (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса,
  предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
• 1680: голландский физик Христиан Гюйгенс.
  (1629–1693)
  делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень
  питается от взрыва пороха. Помощник Гюйгенса Денис
  Папен
  (1648–1712) понимает, что пар — лучший способ приводить в движение цилиндр, и
  поршень.
• 1698: Томас Савери (ок. 1650–1715)
  разрабатывает
  паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». это просто
  поршневая паровая машина (или лучевая машина) для откачки воды из
  шахты.
• 1712: англичанин Томас Ньюкомен
  (1663–1729) разрабатывает
  гораздо лучшая конструкция парового двигателя с водяной помпой, чем у Савери.
  и обычно приписывают изобретение паровой машины. А
  шотландский инженер по имени Джеймс Уатт
  (1736–1819) вычисляет
  гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения
  Модель двигателя Ньюкомена. Улучшения Уатта Ньюкомена
  двигателя привели к широкому распространению пара.
• 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф
  Кюньо
  (1725–1804) изобретает трехколесный трактор с паровым двигателем.
• 1797: английский горный инженер Ричард.
  Тревитик
  (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Уатта, работающую под высоким давлением.
  прокладывая путь для паровозов.
• 1803: английский инженер Артур Вульф.
  (1776–1837) составляет
  паровой двигатель с более чем одним цилиндром.
• 1804: американский промышленник Оливер Эванс.
  (1775–1819)
  изобретает паровой пассажирский автомобиль. Как и Тревитик, он
  признает важность пара высокого давления и строит более
  50 паровых машин.
• 1807: американский инженер Роберт Фултон.
  (1765–1815) работает
  первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
• 1819: Океанский корабль на паровой тяге «Саванна».
  пересекает
  Атлантика из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
• 1825: английский инженер Джордж Стефенсон.
  (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между
  города Стоктон и Дарлингтон. Для начала паровозы тянут
  только большегрузные угольщики, а пассажиров перевозят в конных экипажах.
• 1830: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога стала первой железной дорогой, использующей энергию пара.
  для перевозки как пассажиров, так и грузов.
• 1882: плодовитый американский изобретатель Томас
  Эдисон
  (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​​​в Перл.
  Улица, Нью-Йорк. Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания
  генераторы электроэнергии.
• 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс.
  (1854–1931)
  разрабатывает паровую турбину для своего быстроходного парохода Turbinia.

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, думаете о паровозах, но корабли тоже были паровыми до того, как появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний колесный пароход в мире, построенный в 1947 году и направляющийся к пирсу Суонидж в сентябре 2009 года.

Подробнее

На этом сайте

• Автомобильные двигатели (бензиновые двигатели)
• Дизельные двигатели
• Электродвигатели
• Энергия
• Реактивные двигатели
• Двигатели Стирлинга

На других веб-сайтах

• Паровозы: несколько удивительно запоминающихся теле- и радиоклипов от BBC. [Архивировано с помощью Wayback Machine.]
• Flickr: Steam Powered: группа Flickr для любителей паровых двигателей. В настоящее время более 32 000 фотографий от примерно 1000 участников.
• Йорк, сверх ожиданий: прекрасное описание замечательного парового двигателя в разрезе в Национальном железнодорожном музее в Йорке, Англия.

Видеоролики

• Эксплуатация паровоза: Это отличное «виртуальное» руководство по вождению паровоза с использованием компьютерного моделирования RailWorks внутренней части кабины.
• Курсы вождения паровоза на Лавандовой линии: посмотрите видео о том, как кто-то управляет паровозом. Там нет комментариев, и трудно понять, что делает машинист, но вы понимаете, насколько «физически» управлять паровозом!

Книги

Как это работает (для читателей старшего возраста)

• Как на самом деле работают паровозы PWB Semmens и AJ Goldfinch. Oxford University Press, 2004. Я не читал эту книгу полностью, но, судя по отрывкам, которые я видел, она выглядит неплохо. Довольно подробный (348 страниц) и с очень британским колоритом.
• Паровые двигатели, объяснение Стэна Йорка. Countryside Books, 2009. Великолепная небольшая книга с фантастически четкими иллюстрациями различных типов паровых двигателей. Хорошая отправная точка для людей, которые не хотят вдаваться в инженерные подробности.

Как это работает (для младших читателей)

• Как работают маленькие паровозики (Томас и друзья) Криса Окслейда. Random House, 2017. 48-страничное введение для поклонников Паровозика Томаса (возраст 5–7 лет). Обратите внимание, что в этой книге повторно используются материалы из Руководства Хейнса Паровозик Томас: 1945 г. и далее .

История (для читателей постарше)

• Великая железнодорожная революция: история поездов в Америке Кристиана Вольмара. Hachette, 2012. Как трансконтинентальные железные дороги сыграли ключевую роль в формировании Соединенных Штатов.
• Огонь и пар Кристиана Вольмара. Atlantic Books, 2008. Превосходная книга об истории железных дорог в Великобритании. Вольмар — страстный и знающий транспортный журналист из Великобритании, и он идеально подходит для написания такой книги.
• Кровь, железо и золото: как железные дороги изменили мир Кристиана Вольмара. PublicAffairs, 2010. Продолжение Fire and Steam, исследует распространение железных дорог в других странах.
• Герцогини, Aurum, 2015;
  Летучий шотландец, Aurum, 2011;
  и Great Western Railway, Aurum, 2011, все Эндрю Роден. Три книги, написанные с чуть большей страстью и темпом, чем у Кристиана Вольмара; Я получил огромное удовольствие от всех трех.
• Пар Джона К. Мерриама в Восьмидесятилетний прогресс Соединенных Штатов , 1867 год. Увлекательная история паровой энергии 19-го века, написанная с американской точки зрения.

История (для младших читателей)

• Паровые двигатели: великие изобретения Джеймса Линкольна Кольера. Marshall Cavendish/Benchmark Books, 2005. Краткая история паровых двигателей для юных читателей.
• Джеймс Уатт и паровой двигатель Джима Уайтинга. Митчелл Лейн, 2006. Биография Ватта для читателей в возрасте около 9 лет.–12.

Статьи

• Великолепная кряква: самый быстрый в мире паровоз: BBC News, 3 июля 2013 г. Ностальгическое путешествие в прошлое с непревзойденным паровым двигателем сэра Найджела Гресли.
• Фотографии паровоза О. Уинстона Линка, сделанные Мэттом Макканном. The New York Times, 16 ноября 2012 г. Исследование работы известного фотографа, который задокументировал последние годы американского пара.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.