Реактивный паровой двигатель: Реактивный паровой водомет: как построить его самому

Энергия старого мира / Хабр

Введение

Эта статья является продолжением публикации «Взгляд в прошлое. Технология 18 века».

В ней мы построили реально работающий паровой двигатель, который должен стать главной частью будущего парового мотоцикла, и даже провели пробные эксперименты по его запуску на воздухе.

Теперь нужно решить энергетический вопрос. И тут начинаются основные отличия от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В таких двигателях бензин, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр двигателя и при воспламенении этой воздушно-топливной смеси выделяется энергия. Расширившиеся продукты горения давят на поршень, производя работу. Но вот у паровых машин, энергия рождается не в двигателе. Она рождается в котле. Котёл производит пар, который в свою очередь и будет давить на поршень нашего двигателя. Эту древнюю энергию нам и требуется обуздать!

Устройство

Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках. (Википедия)

Существует два основных типа котлов: классический и прямоточный. Первый тип чаще всего использовался для работы паровых машин. Его можно описать как железный резервуар, в который врезана топка. Топливо горит в топке, обогревая воду в резервуаре. Вода в нём начинает кипеть и создаётся пар под давлением. Такой тип использовался на паровозах и всех первых паровых машинах:

У классических котлов есть как преимущества, так и недостатки. Преимущества заключаются в том, что для создания давления пара не требуется каких — либо насосов, так как накопленная энергия воды может ещё долго снабжать двигатель паром даже при отсутствии огня. Такие котлы не очень требовательны к качеству воды. Паровозы заправляли самой обычной водой из речек, родников, колодцев и прочее.

Прямоточный котёл можно представить как длинную, компактно свёрнутую трубку, обтекаемую пламенем, в которую насосом закачивают воду. Такой тип котла обладает целым рядом преимуществ:

1. Позволяет создавать пар большего давления при меньшей массе и небольшом объёме котла.
2. Из-за того, что в трубке не так много носителя, такой котёл считается более безопасным (не запасается большое количество энергии).
3. Быстрый выход на режим, так как не нужно прогревать большое количество воды.

Для лёгкого понимания работу такого котла можно представить в упрощённой форме:

Создание прямоточного котла

И, конечно, мне захотелось сделать именно прямоточный котёл.

Подобрав длинные нержавеющие трубки разного сечения, я сварил их вместе таким образом, чтобы сечение постепенно увеличивалось. Затем, весь этот 8 метровый «кишечник» был компактно свёрнут и уложен в раму мотоцикла. Внешние стенки, которые должны удерживать пламя и направлять его в нужную сторону, были сделаны из простой жести. Насос, закачивающий воду (носитель), изготовил из газового доводчика, который обычно придерживает капоты и багажники автомобилей. Конструктивно, «доводчик» — это готовое изделие. Мне необходимо было только приварить вход и выход для воды и приделать клапан, который не пускал бы закаченную воду обратно. Насос подвижно крепился одной своей частью к раме, а второй к кривошипу на валу колеса. С помощью гибкого шланга высокого давления (тормозной шланг от авто) вода под давлением закачивалась в котёл, а забиралась из отдельного бачка, располагавшегося выше насоса. Горелку сделал по типу «кровельных», такими рабочие греют рубероид на крышах зданий. Чтобы процент обтекания трубок был больше, горелки поставил сразу две.

Итог

Испытания парового мотоцикла, оснащённого прямоточным котлом, с самого начала пошли не так. Самой первой проблемой стало отсутствие «начального» давления в котле. Приходилось руками покручивать колесо, чтобы насос отправлял некое количество воды в трубопровод. Но, когда я открывал ручку газа (подавая пар на двигатель) давление пара мгновенно падало, не успевая закрутить колесо. Выход нашёлся не сразу. Был сделан небольшой воздушный ресивер после насоса. Он работал как пружина для воды. Запасал энергию сжатия от насоса и отдавал её обратно, когда насос был в мёртвой точке или в фазе всасывания питательной воды.

Двигатель заработал! Но проработал, около 10 секунд. Золотниковый клапан заклинил. При разборе двигателя, никаких проблем выявлено не было. Собрав его обратно и запустив снова, я столкнулся с той же проблемой. Она оказалась приходящей и уходящей сама собой. После изучения этой проблемы, нашлась ошибка в расчётах теплового расширения. Изначально, золотник представлял собой цельную деталь из фторопласта, а у него, как оказалось, очень большой коэффициент теплового расширения (22) и он при прогреве расширялся настолько, что его насмерть заклинивало в корпусе.

После подробных и тщательных расчётов тепловых расширений был выточен стальной золотник, оснащённый фторопластовыми кольцами, шириной 2 миллиметра.

Поскольку корпус алюминиевый, а золотник стальной, вся разница тепловых расширений была сведена практически к нулю.

Новое испытание показало, что золотник работает просто прекрасно и без замечаний. Вывешенное колесо крутилось, вода закачивалась, прямоточный котёл работал. Пришло время прокатиться. Но тут возникла новая проблема. Мне не удавалось на нём проехать больше нескольких метров. И опять я был сбит с толку. Всё же работало! На холостом ходу всё отлажено! Что ещё не так?

После долгого анализа других подобных паровых аппаратов,

Я понял, что у меня слишком маленький котёл (длина обогреваемой трубки), в следствие этого при увеличении производительности, вода просто не успевала испаряться и вылетала вместе с паром в двигатель. От такого эффекта пропадает КПД всей установки, так как расширение воды слишком мало или не происходит вовсе. Увеличить длину котловой трубки уже задача не такая простая. Но и на этом моё горе не закончилось.

Во время очередных испытаний, я мучил аппарат, заставляя его работать, но состояние двигателя начало резко ухудшаться и в какой-то момент он заклинил. На этот раз, просто остудить его снегом, не помогло. Снова понадобилась капитальная переборка. Результаты вскрытия показали, что расплавились все фторопластовые кольца и даже алюминиевый поршень от нагрева расширился настолько, что начал задирать цилиндр. И это оказалось фатальной проблемой. Дело в том, что при большом расходе, данный котёл не успевал производить должное количество пара, а при маленьком расходе, он создал пар такой энергии, что просто вышел из строя весь двигатель. И не удивительно. Ведь выходные трубки котла были раскалены докрасна. То есть пар, достигал температур, порядка 600-700 *С. Как мы знаем, фторопласт распадается при 400*С. Для меня, это и стало «последней каплей»! Мне уже хотелось получить работоспособный мотоцикл, а я погряз в каких-то бесконечных проблемах!

Нужно было переделывать в котле почти всё. И в этот-то момент я понял, что, несмотря на неоспоримые преимущества прямоточного котла, это изделие весьма не простое и требует тонкого расчёта, дополнительного регулирующего оборудования, да и насос съедал не малую часть вращательной энергии. Сложилось чёткое понимание, что, если бы я делал классический котёл, то ни одной из этих проблем просто не возникло бы!

Классический котёл

После всех тех бесконечных проблем с прямоточным котлом, создавая классический, я просто, можно сказать, отдыхал. Как уже говорил выше, это всего-то железная бочка, в которую врезана топка. Можно было совершенно не задумываться о температуре пара, ведь при лишнем давлении срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает излишки, уменьшая температуру воды и поддерживая давление в заданных пределах. Не нужно было создавать начальное вращение колеса, чтобы нагнать первоначальное давление. Пар для «старта» был готов сразу и даже запасён с излишком. Всё, что требовалось — это придумать эффективную топку. Но тут пришлось хорошенько подумать, ведь места у нас не так много.

Изготовление

На металлоприёмке я нашёл какой-то ресивер или баллон из-под пропана с толщиной стенки 3-4 мм, так что габариты котла уже были заданы жёстко.

Если сильно заморачиваться с массивной и эффективной топкой, то останется мало места для самой воды (носителя). Если топка будет слишком маленькой, то у нас не будет достаточной энергии для более менее удовлетворительной крейсерской скорости, ну и сам процесс нагрева котла займёт слишком много времени.

И вот, что я придумал. Топка будет подвержена сдавливанию огромным давлением, поэтому решено было сделать её простой, сквозной и круглого сечения. Под это пошла обычная труба 100 мм. Для увеличения КПД нашей топки (теплообменника), были врезаны 12 поперечных сквозных трубок.

Я посчитал это очень выгодным, так как они обтекались бы пламенем и выхлопными газами под прямым углом,

а вода внутри них циркулировала бы под естественным эффектом конвекции. Это позволит сохранить максимальный объём воды в котле, а для нас это запас хода. И, как бонус, такую топку было легко врезать в резервуар. Следовало всего лишь сделать два отверстия по обоим краям.

Для контроля давления установил небольшой манометр. Температуру носителя контролировать не обязательно, так как она напрямую связана с давлением и явно не выходит за критическую отметку (400*С). Давление в котле решил сделать как у реальных паровозов 16 bar.

Предохранительный клапан настроил на 18 bar. Теперь осталось его опрессовать. Это своего рода проверка на прочность. Котёл наполняется доверху водой и накачивается повышенное давление. Сначала, я это делал оставшимся от предыдущей котловой системы, насосом из доводчика, но сжимать такой насос при давлении более 20 bar, оказалось не простой задачкой (очень хорошо, что мы теперь можем отказаться от такого узла, ведь он забирал уйму мощности на себя). Оказалось, что опрессовывать удобнее всего углекислотным огнетушителем. Им я без труда создал давление в котле в 25 bar (это был максимум моего манометра) и, выждав несколько минут, приступил к настройке предохранительного клапана.

Итог

Котёл получился на славу. Даже давление в 25 bar оказалось ему нипочём. Он даже не начал хрустеть. Предохранительный клапан (использовал от компрессоров) срабатывал чётко, хоть и ронял давление с 18 до 9. Этот для нас очень не выгодно, но он будет срабатывать только в тех случаях, когда сам за давлением не уследишь. Так что, до его срабатывания лучше не доводить. Это будет бессмысленное выбрасывание ресурсов.

Пламя

Теперь нужно решить вопрос с огнём. Конечно, было бы красиво и приятно топить подобный мотоцикл дровами. Это же ретроспектива в прошлое, стимпанк, классичность, но, как я уже говорил, у нас очень мало для этого места, ведь наша топка чуть больше локтя. Конечно, можно туда уместить шапку угля, но этого не хватит даже на то, чтобы просто прогреть котёл. Тут пришлось отступить от романтичности и изготовить газовую горелку. На самом деле это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Газ жидкий, поэтому его легко запасать, легко подавать в горелку и он сразу идёт под давлением, что позволяет создавать скоростной горячий поток в топке, тем самым улучшая теплообменный процесс (не требуется поддув).

Изготовление

На металлоприёмке нашёл отличные, маленьких размеров, нержавеющие бачки. Судя по их форме и синей окраске, это кислородные баки от какого-то пассажирского самолёта. Я собрал несколько таких бачков в батарею и объединил магистралями подачи газа и заправки. Объём каждого бачка примерно 1.7 л, а значит, можно будет везти с собой запас топлива более 5л. жидкого газа. Согласитесь, не плохой запас энергии.

С горелкой не стал мудрить и просто скопировал систему с советской бензиновой паяльной лампы. Тут я должен кое-что пояснить. Паяльная лампа устроена таким образом, что бензин сначала попадает в некую полость, где должен испариться и уже в виде паров выпускается в зону горения. А пламя горелки обогревает эту самую «испарительную» камеру. То же самое потребуется и нам. Представьте, что будет, если жидкий газ начнёт вылетать из такой горелки… Процесс испарения газа относительно долгий, а ко всему прочему, ещё и сопровождается криогенным эффектом. Пламя из такой горелки будет длинным, не эффективным, не экономичным и даже пожароопасным.

Эксперимент (рис А)Пламя с не прогретой горелки (рис В)Правильный режим, прогретая горелка

Поэтому подавать газ, в нашу горелку следует плавно, чтобы она успела прогреться.

Испытания котла прошли как по маслу. Заправил примерно 35 л воды, горелку вывел на полную мощность и ждал. Через 14 минут вода закипела, и давление потихоньку начало подниматься. Примерно через такое же время в котле было 16 bar.

Для управления подачей пара я использовал простой водопроводный шаровой кран, который отлично справлялся и с температурой, и с давлением. В них используется тот же самый фторопласт, так что проблем, думаю, не будет.

Для интереса, я решил открыть кран на полную и посмотреть на нашу энергию. Струя пара долетала до соседних гаражей и создавала шум взлетающей ракеты. При этом я ощутил силу реактивной тяги, пришлось даже придерживать котёл, чтобы он не начал летать по всей улице. Я был очень доволен!

В котле подобного типа запасается огромное количество энергии. При выпускании пара в течение 5 секунд через отверстие ½ дюйма, давление в котле упало всего лишь наполовину. Дело в том, что при уменьшении давления смещается и точка кипения воды. То есть вода начинает кипеть и без подогрева, всего лишь от уменьшения давления. Этот эффект будет работать до тех пор, пока температура воды не упадёт до 100 *С. Это для нас приятная новость. Значит, можно будет долго ездить и с выключенной горелкой.

Но есть и один не совсем для меня понятный эффект. При активном выпускании пара при давлении менее 5 bar, начинает вылетать вода. Я предположил, что она кипит столь интенсивно, что в своём неистовом бурлении долетает до сухопарника и подхваченная потоком пара улетает наружу. Для эксперимента я слил часть воды, оставив уровень 20%. Эффект конечно уменьшился, но всё равно остался. Неужели вода подпрыгивает в котле на 30-40см? Если честно, с этим я пока так и не разобрался. Такая вот небольшая загадка.

Ну да ладно! Функционал готов, пора собрать наш аппарат!

Стиль

Во время конструирования нашего необычного мотоцикла, многие «учёные мужи» советовали мне сделать замкнутую систему воды. То есть, что бы из двигателя пар не вылетал на улицу, а попадал в конденсатор (охладитель) и получившаяся вода снова закачивалась бы в котёл с помощью маленького насоса. Это очень хорошая идея, я и сам постоянно об этом думал. Но цель нашего проекта не кругосветное путешествие на дровах, а рассмотреть технологию позапрошлого века, победить инженерный вызов и насладиться работой настоящего парового двигателя. Ну, а какой же паровой двигатель без этого легендарного «чух-чух». Кроме того, хочется наблюдать вылетающий пар, он будет многое рассказывать о режимах происходящих внутри двигателя. Ну и наконец, я просто нахожу очень красивым, когда от паровоза идут клубы пара, особенно если они подсвечены солнцем. Романтика паровозов, так сказать. Но, не смотря на это всё, для образа, я решил всё-таки сделать конденсатор, что бы было видно о наших замашках, и просто для стиля.

Большинство различных самоделок имеют стиль «Безумного макса» или «Постапокалиптического мира». Да, так проще всего. Особо то и делать ничего не нужно. Ржавые железки, приваренные гаечные ключи, немного висящих тряпок и стиль готов. Но этой простоты, или так сказать «ленивого стиля» в нашем мире очень много. Мне захотелось сделать что-то маленькое, милое и красивое. Сделать «конфетку», так сказать. И раз уж у нас древняя паровая технология, сам собой напрашивается «Стимпанк».

Стимпанк – это вымышленный мир. Такой, каким он стал бы, если человечество не изобрело электричество, ДВС и прочие технологии и существовала бы только энергия пара.

Я, конечно, не дизайнер, но при сборке мотоцикла, некоторые вещи всё же пришли на ум.

Испытание парового мотоцикла

«Гаражные» испытания полностью готового парового мотоцикла, оснащённого котлом классической конструкции, прошли на удивление гладко. Пока я его строил, в комментариях к видеороликам, люди рекомендовали много правильных и умных вещей. По ходу дела, некоторые из них я применял и в итоге они отлично себя показали. Так, например, при прогреве двигателя паром, в нём конденсируется много воды, которая блокирует поршень и может привести к гидроудару. Люди предложили сделать маленькое отверстие с резьбой, с помощью которого можно было бы выпускать пар и сливать сконденсировавшуюся воду, тем самым быстро его прогревать. Потом, заглушить его винтиком и спокойно сразу ехать.

На удивление, самая первая попытка проехать на полностью готовом мотоцикле, прошла без каких — либо проблем. Как говорится, «сел и поехал». Покатавшись немного перед гаражом, я понял, что для меня этого не достаточно и я хочу больше. Разумеется, чтобы замерить все параметры, увидеть слабые места, ощутить и понять этот аппарат, нужна прямая, пустая, бесконечная трасса. Поэтому пришлось вывезти мотоцикл за город и спокойненько со всем этим разобраться.

Об испытаниях:

В целом, я очень доволен результатами. Они даже превзошли мои ожидания. Видя, как ездят подобные паровые мотоциклы во всём мире, наша малютка оказалась далеко не на последнем месте.

Заключение

Когда задумывал строить этот паровой мотоцикл, я рассуждал так: вот сделаю его, как – нибудь это всё проедет и, удовлетворив все свои инженерные интересы, поставлю его дома напротив дивана в качестве эстетического элемента, навсегда. Но нет! Теперь это наоборот не даёт мне покоя. Я хочу его изучать, модернизировать, переделывать и побивать его же рекорды, хочу определить его максимум, понять всё, на что он способен! Конечно, в рамках этой концепции.

Первое с чего начну, это переделаю систему переключения пара на классическую. Мне стало интересно, какова будет разница. И ещё, при последующих испытаниях нужно будет «поиграть» с настройками. Добиться максимальной скорости, подобрав наиболее правильное опережение впуска пара. Ещё, хочу поэкспериментировать с разными видами топлива.

Видимо грядёт большая модернизация. Так что, если наш «паровоз» собирался уйти на пенсию и отсидеться где-нибудь в музее, тут я его сильно разочарую! У него впереди ещё длинное, тяжелое, но интереснейшее будущее!

Более подробно о создании и испытаниях в видео материалах:

Энергия пара покорилась!

Отличная идея или фиаско? Разбираемся с прямоточным котлом

Создание паровозного свистка, сборка аппарата

Испытания парового мотоцикла

Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла — Энергетика и промышленность России — № 09 (365) май 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU



Прямоточный паровой двигатель с ядерным источником тепла — Энергетика и промышленность России — № 09 (365) май 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU — информационный портал энергетика

http://www.eprussia.ru/epr/365/7592624.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 09 (365) май 2019 года

Автором разработан новый тип двигателя, предназначенный для военных и гражданских судов.

В известных паровых установках для судов с химическим источником тепловой энергии или ядерным, осуществляется замкнутый цикл генерации водяного пара и многократный цикл преобразования его потенциальной энергии в механическую в паровой турбине, механической энергии паровой турбины – в электрическую в электрогенераторе, электрической электрогенератора – в механическую в электродвигателе, которая затем через понижающий редуктор используется для вращения винта, создающего пропульсивную энергию для движения судна.

Идея для торпеды

Многие специалисты считают, что подводные и надводные корабли с электродвижением, наиболее распространенные сегодня, в дальнейшем будут лишь совершенствоваться, особенно с учетом все более широкого применения винто-рулевых комплексов, при этом в будущем электродвижение на кораблях военно-морского флота во всех странах мира будет приобретать все больший размах, так как никакую другую энергетическую установку невозможно сделать менее шумной, чем установку с электродвигателем.

Возможность создания менее шумного и более эффективного судового двигателя прямой реакции без подвижных частей и многократного преобразования видов энергии впервые была высказана академиком А. Д. Сахаровым для торпеды: «…Я фантазировал, что можно разработать для такой торпеды прямоточный водопаровой атомный реактивный двигатель…»

Эта идея реализована в изобретенном бесконтурном, прямоточном паровом двигателе с ядерным источником тепловой энергии и может быть использована не только для торпеды, но и для подводных и надводных судов различного назначения.

Двигатель обеспечивает создание пропульсивной реактивной тяги без преобразования энергии одного вида в другой и без подвижных частей.

Он характеризуется простой конструкцией и содержит менее радиационно опасный упрощенный ядерный источник тепловой энергии – тепловыделяющую сборку (ТВС) с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ).

В качестве рабочего тела для генерации пара и создания реактивной силы в прямоточном паровом двигателе используется только забортная вода, в которой движется судно и которая в рабочем цикле лишь один раз меняет свое физическое состояние, поступая по каналу в парогенератор в жидком состоянии, в парогенераторе испаряется, образуя пар высокого давления, совершающий максимально эффективное объемное расширение и, контактируя с забортной водой, находящейся в канале после парогенератора, конденсируется, возвращаясь снова в жидкое состояние.

Используемый в двигателе ядерный источник тепловой энергии резко упрощен по конструкции и при меньшей вырабатываемой мощности, чем используемые на судах атомные энергетические установки с атомным реактором, обеспечивает создание требуемой тяги с максимальной эффективностью, так как при его работе отсутствуют этапы многократного преобразования энергии из одного вида в другой и сопровождающие их потери, снижающие эффективность пропульсивной тяги.

Принцип работы

Двигатель содержит заборник воды, канал подачи воды в парогенератор и сам парогенератор, выполненные соосно и расположенные ниже ватерлинии судна.

Прямоточный паровой двигатель для судов выполнен в виде двух сообщающихся труб круглого или прямоугольного сечения, разделенных между собой плоской стенкой, у которой установлен ядерный источник тепла – тепловыделяющая сборка (ТВС) и которая является поверхностью, на которой давлением пара создается реактивная тяга, двигающая судно.

Забортная вода, поступающая через заборник по каналу в полость парогенератора, испаряясь тепловой энергией ядерного источника тепла, переходит в состояние насыщенного пара и затем конденсируется.

При движении судна через двигатель проходит скоростной поток воды, при этом генерируемый в парогенераторе пар визуально воспринимается как стоп-кадр.

Преимущества

В прямоточном паровом двигателе отсутствуют источники вибрации и шума для появления их в гидростатическом поле, окружающем судно, что снижает вероятность его обнаружения, что особенно важно для атомных подводных лодок.

Для разворота судна на месте не требуются получившие распространение винто-рулевые комплексы (ВРК) с погруженным гребным двигателем, установленные вне корпуса судна и увеличивающие гидросопротивление при основном ходе.

Изменение направления движения судна – задний ход (реверс) или разворот на месте – обеспечиваются поворотом рулевой насадки с приводом или перекрытием главного осевого канала и переключением потока воды в ответвления – дополнительные боковые каналы, обеспечивающие движение судна в требуемом направлении при отталкивании водой, выходящей из двигателя, от забортной воды, – что более эффективно, чем создание усилия вращением винта.

Атомные подводные лодки с прямоточным паровым двигателем получат дополнительные возможности скрытности и более эффективного маневрирования – изменения курса, разворота на месте, погружения, подъема или всплытия, недоступные при создании пропульсивной тяги винтом.

Экологические нюансы

Вода является замедлителем нейтронов, кроме того, масса ядерного топлива, содержащегося в ТВС двигателя, минимальна, при этом количество нейтронов при делении ядра, поступающих в воду, проходящую через проточную часть двигателя при движении судна, также минимальна, что обеспечивает низкую степень ее радиационного загрязнения.

Для речных и озерных судов, перемещающихся в ограниченном по объему водном бассейне (реки, озера), двигатель выполняется с одноконтурным ядерным источником тепла, полностью исключающим радиационное загрязнение проходящей через двигатель воды.

Увеличится полезный объем двигателя, уменьшится водоизмещение – объем воды, вытесняемый корпусом при его погружении по конструктивной ватерлинии, – и уменьшится осадка и массовое (весовое) водоизмещение, что позволит проходить участки с меньшей глубиной.

Эффективность двигателя нетрудно проверить на простейших моделях, имеющихся в НИИ и КБ, производящих работы по совершенствованию судовых энергетических установок.

Также читайте в номере № 09 (365) май 2019 года:

• Механизмы импортозамещения в ветроэнергетике

  В России в последние годы объявлена и активно реализуется государственная политика, направленная на развитие отечественной промышленности и замещение импортного оборудования и технологий на отечественные аналоги или его локализаци…

• От энергосервиса ждут большего

  Настоящее и будущее энергосервисной деятельности в российских регионах обсудили участники круглого стола, который провел Аналитический центр при Правительстве России.
  …

• Понять «цифру»

  Цифровизация и цифровые подстанции уже около десяти лет являются одним из главных трендов энергетической отрасли, требуя от производителей оборудования новых технических решений.
  …

• Надежный поставщик – ключ к безаварийности и энергоэффективности

  При выборе поставщика трансформаторного оборудования необходимо иметь в виду следующие базовые моменты на рынке масляных распределительных трансформаторов.
  …

• Отраслевые ставки на успех

  28‑я Международная выставка «Электро»
  Москва, «Экспоцентр»
  13‑16 апреля
  …



Смотрите и читайте нас в

• — Выберите область поиска —
• — Выберите область поиска —
• Искать в новостях
• Икать в газете
• Искать в каталоге

‘

Паровые автомобили.

Паровые двигатели :: Класс!ная физика

Энергетическое образование

1.

Общие сведения

Паровые машины. В середине XVII века были сделаны первые попытки перехода к машинному производству, потребовавшие создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и пр.). Первым двигателем, в котором использовалось тепловая энергия химического топлива стала пароатмосферная машина, изготовленная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери. Эта машина была лишена возможности непосредственно служить механическим приводом, к ней «прилагалось в комплект» водяное мельничное колесо (по-современному говоря, водяная турбина), которое вращала вода, выжимаемая паром из котла паровой машины в резервуар водонапорной башни. Котел то подогревался паром, то охлаждался водой: машина действовала периодически.

В 1763 году русский механик Иван Иванович Ползунов изготовил по собственному проекту стационарную паровую машину непрерывного действия. В ней были сдвоены два цилиндра, поочерёдно заполнявшиеся паром, и также подающими воду на башню, но — постоянно.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, названную универсальным паровым двигателем. Уатт с детства работал подручным на машине конструкции Севери. В его задачу входило постоянно переключать краны подачи пара и воды на котел. Эта однообразная работа изрядно надоела изобретателю и побудила изобрести как поршень двойного хода, так и автоматическую клапанную коробку (потом и центробежный предохранитель). В машине был предусмотрен в цилиндре жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Все происходило в автоматическом режиме и непрерывно. Поршень вращал через кривошипно—шатунную систему маховик, обеспечивающий плавность хода. Паровая машина могла теперь стать приводом различных механизмов и перестала быть привязана к водонапорной башне.

Элементы, придуманные Уаттом, входили в той или иной форме во все паровые машины. Паровые машины совершенствовали и применяли для решения различных технических задач: привода станков, судов, экипажей для перевозки людей по дорогам, локомотивов на железных дорогах. К 1880 году суммарная мощность всех работавших паровых машин превысила 26 млн кВт (35 млн л.с.).

Локомотив.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

В 1816 шотландец Роберт Стирлинг предложил двигатель внешнего сгорания, называемый сейчас его именем Двигатель Стирлинга. В этом двигателе рабочее тело (воздух или иной газ) заключен в герметичный объём. Здесь осуществлен цикл по типу цикла Севери («до-Уаттовского»), но нагрев рабочего тела и его охлаждение производятся в различных объёмах машины и сквозь стенки рабочих камер. Природа нагревателя и охладителя для цикла не имеют значения, а потому он может работать даже в космосе и от любого источника тепла. КПД созданных сейчас стирлингов невелик. Теоретически он должен раза в 2 превышать КПД для ДВС, а практически — это примерно одинаковые величины. Но у стирлингов есть ряд других преимуществ, которые способствовали развитию исследований в этом направлении.

Двигатели внешнего сгорания — класс двигателей, где источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела. К этому классу относятся паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга, газовые турбины внешнего сгорания, а также другие типы двигателей. Долгое время были неоправданно забыты, в последнее время находят всё большее применение, в основном из-за таких своих особенностей как возможность использования любых источников тепла (например, солнечной или ядерной энергии), нетребовательность к виду топлива.

Двигатели внешнего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания. Проект первого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) принадлежит известному изобретателю часового анкера Христиану Гюйгенсу и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки Дениса Папена (упомянутого выше, как создатель первой паровой машины) построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Первый надёжно работавший ДВС сконструировал в 1860 году французский инженер Эжен Ленуар. Двигатель Ленуара работал на газовом топливе. Спустя 16 лет немецкий конструктор Николас Отто создал более совершенный 4-тактный газовый двигатель. В этом же 1876 году шотландский инженер Дугальд Кларк испытал первый удачный 2-тактный двигатель. Совершенствованием ДВС занимались многие инженеры и механики. Так, в 1883 году немецкий инженер Карл Бенц изготовил использованный им в дальнейшем 2-тактный ДВС. В 1897 году его соотечественник и тоже инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, названный впоследствии дизелем. В XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр. ). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на гидроэлектростанциях. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт.

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновые двигатели — смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — её гомогенизированность. Чем более однородной по составу является смесь, тем более качественно идёт процесс сгорания.

Бензиновый двигатель.

Дизельные двигатели — специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре.

Дизельные двигатель.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.

Роторно-поршневой двигатель.

Реактивный двигатель — тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Реактивные двигатели используются, как правило, для приведения в движение воздушных летательных аппаратов.

Реактивный двигатель.

Газотурбинный двигатель — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в газотурбинном двигателе процессы происходят в потоке движущегося газа.

В первой половине XX века. создали новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 50-х и ядерные силовые установки. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.

эолипил Герона – одна из величайших забытых паровых машин в истории

Как Геронов шар стал началом развития паровых двигателей, которые изменили мир.

Почти за 1800 лет до начала промышленной революции древний инженер по имени Герон создал первый в мире паровой двигатель.

В давние времена культурная столица Римской империи Александрия, расположенная на средиземноморском побережье Египта, была местом зарождения и развития новых религий. Но именно здесь берет свое начало уникальное изобретение, которое в последующем перевернет мир. Речь идет о паровой машине Герона, созданной в 69 году н.эры.

Спустя почти полвека после правления Цезаря Августа империя приближалась к своему историческому пику, и новые религиозные течения начали проникать на ее территорию площадью 2,2 миллиона квадратных миль.

В городе быстро зарождались разнообразные мистические культы, практиковались новые формы поклонения и даже создавались совершенно новые боги из плавильного котла римских, греческих и египетских верований.

При таком количестве храмов, претендующих на звание истинных проводников божественной сущности, конкуренция за последователей была жесткой. Чтобы выделиться и привлечь внимание, греческие священники обратились к Герону, также известному как «механикос» («человек-машина»), с просьбой о разработке механизмов, демонстрирующих разные небесные и «божественные» явления.

^Wikipedia

Но грек-вундеркинд не полагался на благосклонность своего пантеона богов для создания невозможного. Вместо этого он использовал науку и инженерию, которые потом выпадут из поля зрения на многие сотни лет.

В древних храмах Герон применил силу гидравлики и пара, создавая поющих птиц, вспышки пламени и движущихся статуй в надежде внушить богобоязненным гражданам религиозный трепет.

В процессе создания таких рукотворных чудес он изобрел нечто, что изменило мир, – эолипил, также известный как Геронов шар или турбина. Это была, по сути, первая в мире паровая машина.

Кем был человек, стоящий за машинами

^Wikipedia

Герон – своего рода историческая загадка. Исследователи полагают, что он, скорее всего, был греческого происхождения и жил примерно в 10-70 годах нашей эры.

Будучи студентом, он любил исследовать полки огромной библиотеки в Александрийском университете и находился под сильным влиянием работ Ктесибия Александрийского – еще одного греческого изобретателя в птолемеевском Египте.

Став взрослым, он писал работы по математике и инженерии, которые были наполнены идеями, на столетия опередившими свое время. Эти книги включали в себя пошаговые схемы и подробные объяснения и, вероятно, разрабатывались как лекции или пособия, что свидетельствует о том, что Герон почти наверняка был преподавателем в Александрийском университете.

Он изобрел первую в мире монетную машину, использовавшуюся для раздачи вина в храмах, а также пожарную машину, водяной орган, разные механизмы для театра и механический «зверинец», демонстрировавший поющих птиц и кукол-марионеток.

К сожалению, большинство его работ было уничтожено во время разрушения Александрийской библиотеки, но некоторые сохранились благодаря арабским рукописям.

Вот еще несколько удивительных изобретений Герона:

торговый автомат – первый в мире аппарат, продававший святую воду. Посетители храма вставляли монету в машину Герона, та падала на рычаг, клапан открывался и позволял воде вытекать.

автоматическая дверь – устройство автоматического открывания дверей, которое с помощью тепла и пневматики «волшебным образом» открывало двери храма.

орган с ветровым приводом – музыкальный инструмент, использовавший небольшое ветряное колесо для приведения в действие поршня и нагнетания воздуха через органные трубы, создавая звуки, похожие на трели флейты. Это устройство считается первой ветряной машиной.

«роботы» – в 60 году нашей эры Герон сконструировал первых в мире программируемых роботов для развлечения театральной публики. Он даже создал полностью механическую десятиминутную пьесу, приводимую в движение системой веревок, узлов и простых механизмов.

формула Герона – выдающийся изобретатель был не менее талантливым математиком. Он придумал новый метод вычисления площади треугольника, который впоследствии ученые стали называть «формулой Герона».

Как видим, вклад этого человека в инженерное дело, науку и технологии просто потрясающий. В семи книгах, переживших сгоревшую Библиотеку, древний изобретатель исследует концепции автоматов, боевых машин, приводит формулы для вычисления площади и объема, а также рассуждает о природе света.

Но самая известная его работа – двухтомник под общим названием «Пневматика». Это одно из первых в мире исследований пара и гидравлической энергии, и на всех страницах автор использует религиозные статуи и иконографию в качестве примеров своих механических идей.

Одна из таких статуй, «Фигура 11: Возлияния у алтаря», демонстрирует женщину с кувшином и мужчину с чашей. Между ними алтарь, на котором поклоняющийся может зажечь огонь, а под их ногами находится камера с вином.

Как только прихожанин зажжет алтарь, по словам Герона, «воздух внутри опустится и окажет давление на содержащуюся внутри жидкость, которая, не имея другого пути к отступлению, пойдет через расположенные в статуях трубы, и возлияния не прекратятся, пока огонь не будет потушен». Позже в «Пневматике» Герон адаптирует ту же систему к дверям храма, заставляя их открываться.

Эолипил — паровая турбина

 ^{1Gai.Ru / STAFF}

В работах Герона много потрясающих вещей, но что действительно изменило мир, так это эолипил (Геронов шар).

Слово, обозначающее «ветряной шар» (в буквальном переводе «шар бога ветров Эола»), стало названием особого устройства – первого в мире зарегистрированного образца парового двигателя, или реактивной паровой турбины. «С современной точки зрения устройство Герона является демонстрацией принципа ракеты, то есть реактивной силы – сфера вращается в ответ на эмиссию (выброс) пара», – объясняет Пол Кейзер, специалист по древней технике.

^{wikipedia.org}

Механизм состоял из полой сферы, установленной так, чтобы иметь возможность вращаться, когда пар выходил из двух выпускных отверстий, расположенных на экваторе котла. Наполовину заполненная водой сфера приходила в движение, как только под ней зажигался огонь: крутящий момент создавался непосредственно за счет образующегося пара.

^Youtube

Практическое применение эолипила Герона неизвестно, но большинство экспертов считают, что наряду с другими игрушками и изобретениями, описанными в «Pneumatica», он использовался для развлечения и вызывания ощущения чуда у зрителей. В его трудах нет четкого описания возможного использования прибора – Герон просто рассказывает, как его построить и как он работает.

Гарри Китсикопулус из Нью-Йоркского университета в своей книге «Инновации и распространение технологий: экономическая история ранней паровой энергии» рассуждает о том, что модифицированную версию эолипила могли использовать для создания храмовых чудес.

«К примеру, когда котел, спрятанный в полой фигуре идола, начнет производить пар и выводить его через трубку, проходящую через нос или рот… – пишет ученый, – выходящий пар создаст впечатление дышащей фигуры, вызывая у зрителей священный трепет».

Немало дебатов впоследствии велось вокруг «шара». Даже высказывались сомнения в том, действительно ли Герон был первым, кто изобрел эолипил. И небезосновательно. К примеру, кумир Герона, Ктесибий (285 г. до н. э. – 222 г. до н. э.) написал несколько трактатов о природе сжатого воздуха и его использовании в насосах.

Позже Витрувий (около 80 г. до н. э. – 15 г. до н. э.) описал устройство, тоже называемое эолипилом, которое состояло из металлического шара, частично заполненного водой и помещенного над огнем для производства пара, вытесняемого из отверстия наверху.

Но он не описывает никаких движущихся частей, что является ключевым отличием от видения Герона, к тому же определяет свой эолипил в «De Architectura» как «научное изобретение для открытия божественной истины, кроющейся в законах небес». Эксперты уверены, что прибор, скорее всего, использовался для понимания погодных явлений и образования облаков.

Хотя эолипил Герона основывался на фундаментальной науке, лежащей в основе паровой энергии, он был довольно далек от двигателей, о которых европейцы мечтали в 17 веке. В качестве двигателя эолипил производил крайне незначительный крутящий момент, и метод его работы был неэффективным.

«Отсутствие надлежащей материальной базы надолго задержало использование пара для выполнения тяжелой работы, и никто не мог построить котел, способный выдерживать большое давление, примерно до середины 1700-х годов», – пишет Грегори Янг, который во время своего пребывания в должности инструктора и техника в Smith College помогал с созданием действующего эолипила.

Изобретение, опередившее свое время, не вписалось в римское общество. Имея в изобилии рабскую силу, император не видел необходимости в разработке машин, способных заменить бесплатно эксплуатируемых людей.

То же самое относилось к остальной Европе на протяжении веков, пока промышленная революция не вытолкнула мировой спрос за пределы средств производства. Только тогда пригодились паровые машины, способные компенсировать слабину.

Это только начало

^{Джеймс Уатт в молодости со своим ранним паровым двигателем.}

Полторы тысячи лет эолипил вместе с остальными уникальными творениями Герона оставался забытым. В Европе шли темные века.

Позже, в эпоху Возрождения, когда католическая церковь ослабила жесткую хватку на горле науки, «magnum opus» Герона вернулись к жизни. Сообщается, что в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, представил императору Священной Римской Империи устройство, которое, как он утверждал, могло двигать корабли в отсутствие ветра.

Предполагается, что изобретение де Гарая, состоящее из медного котла, приводившего в движение вращающиеся колеса с обеих сторон корабля, было эолипилом. Его предлагалось сочетать с размещением гребных колес на бортах лодки – практика, используемая с римского периода.

Знание испанца о давно забытом «героновом шаре» в то время было бы удивительным, но не невозможным. Несколько лет спустя в мире, начиная с Италии, появилось множество переводов «Pneumatica», в том числе Болонское издание 1547 года.

Хронология развития паровых двигателей

 ^Wikipedia

Постепенно «Пневматика» расходилась по Европе. Саломон де Косс, французский гугенот и инженер, которому тоже приписывали изобретение паровой машины, в свое время прочитал трактат Герона в Италии.

Ознакомился с ним и немецкий теолог Мальтезий, упомянувший эолипил в одной из своих проповедей в 1571 году. К 1640-м годам научный труд пережил пять переизданий в одной только Англии. Вторая половина 16 века ознаменовалась повторным открытием энергии пара, и инженеры по всей Европе занялись активным поиском ее применения в механике.

Благодаря популяризации работ Герона эолипилы стали довольно распространенными, и люди использовали их для плавления стекла и металла, разжигания очагов в домах и улучшения тяги дымоходов.

Затем, в 1689 году, английский изобретатель Томас Севери разработал первый в мире современный паровой двигатель в виде насоса для удаления воды из шахт. Его устройство, использующее два паровых котла, обеспечивало почти непрерывную откачку.

Однако успех длился недолго – вскоре было обнаружено, что система Севери работает только на мелководье. В 1711 году другой британец, Томас Ньюкомен, усовершенствовал конструкцию, добавив отдельный цилиндр с поршнем. Его система устранила необходимость в накопленном давлении пара.

Паровой двигатель Ньюкомена оставался бессменным в течение следующих 50 лет и использовался для осушения водно-болотных угодий и подачи воды в города, а также для питания энергией фабрик и заводов.

Несмотря на свое превосходство, двигатель Ньюкомена не был лишен недостатков – в частности, того, что он потребляет огромное количество пара. Недочет был исправлен в 1769 году шотландским экспериментатором Джеймсом Уаттом, который предложил свой способ поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре. Улучшение Ватта привело к быстрому распространению паровой энергии в Великобритании и США, положив начало промышленной революции.

Помимо прочего, некоторые версии его двигателя использовались в ранних автомобилях и поездах. К 1800-м годам пар питал большинство мельниц, дробилок, пивоварен, заводов и фабрик. Эта технология заложила основу того техномира, который мы видим сегодня.

Эолипил как по внешнему виду, так и по функциям, конечно, сильно отличался от паровых машин будущего. Вместо применения в повседневной жизни Герон использовал силу пара для мистификации и просвещения. Он не знал, что идеи, заложенные в его изобретениях, однажды изменят мир.

Краткая история развития паровых двигателей в истории мира

62 год нашей эры: Герон экспериментирует с паровой силой и создает эолипил.

^Wikipedia

 Это первый в мире известный паровой двигатель. Правда его истинное назначение до сих пор неизвестно.

1679 год: паровой котел Дени Папина

 ^{GETTY IMAGES}

Французский изобретатель Дени Папен строит первый в мире паровой котел. Он добавляет в устройство клапан, чтобы оно не взорвалось. Так на свет появилась концепция поршневого цилиндра с использованием пара.

1689 год: Паровой насос Томаса Севери

^Wikipedia

Английский изобретатель Томас Савери в 1689 году запатентовал машину, которая могла эффективно извлекать воду из затопленных шахт с помощью давления пара.

1711 год: паровая машина Томаса Ньюкомена

 ^{UNIVERSAL HISTORY ARCHIVE}

Томас Савери и Томас Ньюкомен объединяют усилия для создания двигателя, перекачивающего пар.

1765 год: паровая машина Джеймса Уатта

 ^{UNIVERSALIMAGESGROUP}

Инженер из Шотландии, Джеймс Уатт, в 1765 году усовершенствовал конструкцию паровой машины Томаса Ньюкомена, добавив в конструкцию отдельный цилиндр для холодной воды, чтобы машина не тратила энергию на нагрев и охлаждение поршневого цилиндра.

1769 год: паровая тележка Николы Жозефа Кюньо

 ^{GETTY IMAGES}

Паровая тележка Кюньо, первое транспортное средство в мире, передвигающееся с использованием энергии пара, построено во Франции. Для увеличения мощности этого транспортного средства, было необходимо останавливать тележку каждые 15 минут.

1804 год: первый рельсовое транспортное средство, которое создал Ричард Тревитик

 ^{GETTY IMAGES}

Изобретатель из Британии, Ричард Тревитик, разработал компактный паровой двигатель (а значит более легкий) для первого в мире рельсового дорожного экипажа. 

1807 год: первый в мире пароход «Клермонт», который создал Роберт Фултон

 ^{GETTY IMAGES}

На изображении: первая в мире паровая лодка, созданная американским изобретателем Робертом Фултоном, отправляется в свое первое плавание по реке Гудзон. Корабль успешно справлялся с водными течениями благодаря паровой машине.

1819 год: гибридный корабль «Саванна»

 ^Wikipedia

Этот корабль становится первым пароходом, пересекшим Атлантику, используя сочетание мощности пара и парусов.

1829 год: паровой локомотив Rocket братьев Джорджа и Роберта Стефенсонов

 ^{GETTY IMAGES}

В 1819 году эта паровая машина установил рекорд скорости в 47 км / ч (29 миль в час) на испытаниях, проходивших недалеко от Ливерпуля.

1867 год: паровой котел «Бэбкок энд Уилкокс»

 ^{GETTY IMAGES}

Джордж Бэбкок и Стивен Уилкокс изобрели водотрубный паровой котел. 

1884-1897 года: паротурбинные генераторы Чарлза Парсонса

 ^{GETTY IMAGES}

Чарльз Алджернон Парсонс разрабатывает паротурбинный генератор, способный производить большое количество электроэнергии. Генератор используется для питания больших кораблей, включая «Титаник».

1911 год: геотермальный двигатель-генератор Джинори Конти

 ^{ENEL GREEN POWER}

Ученые из Лардарелло, Италия, во главе с Пьеро Джинори Конти, открыли «геотермальную» энергию или так называемый «сухой пар» и построили первую геотермальную электростанцию.

1954 год: Обнинская АЭС

 ^{GETTY IMAGES}

Первая в мире атомная электростанция, в которой для производства пара используется вода, скипяченная в результате контролируемых цепных ядерных реакций. Она была построена в России во времена Советского Союза . Атомная станция предназначалась для питания электрической сети. Этот метод паровой энергии используется до сих пор.

^{Обложка: 1Gai.Ru}

^{Источник: Why Heron’s Aeolipile Is One of History’s Greatest Forgotten Machines}

Смотрите также

10 автомобилей сделанных до появления первого Mercedes-Benz

Смотрите также

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

Просто о сложном. Двигатель

Все вышло из воды

Двигатель – это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.

Двигатели разделяют на первичные и вторичные.

К первичным относятся те виды двигателей, которые преобразуют природные энергетические ресурсы в механическую работу. Это ветряное и водяное колесо, гиревой механизм, тепловые двигатели.

Вторичные – двигатели, которые преобразуют выработанную или накопленную энергию другими источниками. К ним относят электрические, пневматические и гидравлические.

Первичные двигатели, такие как парус и водяное колесо, были известны с незапамятных времен и использовались повсеместно.

До середины XVII века человек обходился первичными двигателями и довольствовался силой воды, ветра и тяжести.

Первым шагом на пути к двигателю стала пароатмосферная машина, созданная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери, которая сама по себе не могла служить механическим приводом, и к ней необходимо было водяное колесо.

В 1763 году механик Иван Ползунов по собственному проекту изготовил стационарную паровую машину, которая хоть и была далека от совершенства, но работала без сбоев.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, которая была названа универсальным паровым двигателем.

В машине был предусмотрен жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Подача пара происходила автоматически, а поршень через кривошипно-шатунную систему вращал маховик, который обеспечивал плавность хода. Такая модификация машины Севери не была привязана к водонапорной башне и могла стать самостоятельным приводом различных механизмов. Уатт создал элементы, которые в дальнейшей истории двигателестроения в той или иной вариации входили во все паровые машины, получившие широкое распространение. Их использовали как приводы станков, экипажей для перевозки людей и грузов, судов и локомотивов на железных дорогах.

Следующим шагом в двигателестроении стала паровая турбина, изобретенная в конце XIX века, которая применялась на морских судах и на электростанциях в начале XX века.

Индустрия двигателестроения не стояла на месте, и в конце XIX века на первый план вышли двигатели внутреннего сгорания.

Первым в семействе ДВС стал механизм, созданный французским инженером Этьеном Ленуаром в 1860 году. Его конструкция представляла собой одноцилиндровый двухтактный газовый двигатель. Ленуар использовал принцип работы поршня двигателя Уатта, но рабочим телом служил не пар, а продукты сгорания смеси воздуха и светильного газа, вырабатываемого газогенератором.

Двигатель Ленуара стал первым в истории серийно выпускавшимся ДВС.

В 1897 году инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, который был впоследствии назван его именем.

Двигатели внутреннего сгорания стали основой развития автомобильного транспорта в XX веке.

В первой половине XX века были созданы новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 1950-х и ядерные силовые установки.

В 1834 году русский ученый Борис Якоби создал первый пригодный для практического использования вторичный двигатель – электродвигатель постоянного тока.

Двигатели можно классифицировать по источнику энергии, по типам движения, по устройству, по назначению и т.д.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее развивающихся. В год по всему миру подается до 50 заявок на патентование в категории «Двигатели». В основном это модификации существующих механизмов с новым соотношением элементов либо с принципиальными новинками. Новые конструкции же появляются редко.

А вместо сердца – пламенный мотор

В авиации используются в основном тепловые двигатели, которые создают тягу, необходимую для поднятия летательного аппарата в воздух.

По способу создания тяги авиационные двигатели можно разделить на три группы: винтовые, реактивные и комбинированные.

Винтовые двигатели создают тягу вращением воздушного винта, а реактивные преобразуют энергию топлива в кинетическую энергию вытекающей из двигателя газовой струи, вызывающей силу реакции, непосредственно используемой в качестве движущей силы. Воздушно-реактивные двигатели используют для сгорания кислород атмосферного воздуха.

Комбинированные создают тягу, складывающуюся из силы реакции потока продуктов сгорания, вытекающих из двигателя, и тяги, создаваемой обычным или специальным воздушным винтом. Комбинированные двигатели разделяются на турбовинтовые, турбореактивные и винтовентиляторные. Также их называют газотурбинными авиадвигателями.

Такие двигатели с легкостью поднимают в небо трансатлантические лайнеры, но их мощности недостаточно для того, чтобы поднять ракету в космос.

Для ракет используют реактивные двигатели, в них для сгорания топлива используется окислитель, транспортируемый самим летательным аппаратом.

Кроме того, сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды, а также от скорости самой ракеты.

Взлетные технологии

Развитие отрасли двигателестроения в России, стремящейся к независимости от импортных механизмов, началось в 1980-х гг. Такие предприятия, как УМПО, НПП «Мотор», рыбинское НПО «Сатурн», включились в мировую гонку за создание передового двигателя, который составит конкуренцию продукции таких гигантов промышленности, как Pratt & Whitney, которой комплектуют самолеты линейки Boeing и Airbus.

В результате многолетней кропотливой работы всех предприятий и НИИ отрасли, а также интеграции частного и государственного капитала был создан авиационный двигатель ПД-14. Он предназначен для новейшего российского среднемагистрального самолета МС-21, который в конце 2017 года совершил тестовый перелет с аэродрома корпорации «Иркут» на аэродром Жуковский для проведения дальнейших испытаний.

ПД-14 представляет собой турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель. Взлетная тяга ПД-14 может достигать 18 тонн.

Эксперты сравнивают ПД-14 с двигателями для среднемагистральных самолетов компаний Pratt & Whitney и Rolls-Royce.

На базе ПД-14 ведутся разработки вертолетного двигателя ВК-2500М. Подготовка демонстрационной модели двигателя нового поколения запланирована на 2021 год. Как и в ПД-14, в конструкции ВК-2500М будут использованы новейшие материалы, что позволит облегчить массу на 15% по сравнению с существующими аналогами без потери мощности.

Первая модификация указанного двигателя ВК-2500 активно вводится в эксплуатацию, а также выводится на международный рынок путем валидации сертификатов в странах-импортерах.  

Мы наращиваем объемы производства двигателей ВК-2500 в интересах государственного заказчика, а также планируем существенно нарастить экспорт. При этом сборка ведется полностью из российских комплектующих

Анатолий Сердюков, индустриальный директор авиационного кластера Госкорпорации Ростех

В отличие от своего предшественника, новый вертолетный двигатель оснащен цифровой системой автоматического управления с современным электронным блоком автоматического регулирования и новейшими датчиками. Использование современных технологий и новейших материалов позволило обеспечить поддержание режимов в более широком диапазоне температур наружного воздуха, повысить ресурсы и показатели топливной экономичности. Такие двигатели позволят вертолетам семейства Ми-17 и аналогичным расширить потенциал своих возможностей в высокогорных районах и районах с жарким климатом.

Российское двигателестроение развивается в направлении как гражданской, так и военной авиации. В апреле 2018 года завершились работы по стендовым испытаниям опытного двигателя АЛ-41Ф-1.Данная разработка предприятия «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» является двигателем первого этапа для истребителя пятого поколения Су-57. АЛ-41Ф-1 является авиационным турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.

Несмотря на гонку технологий, существуют системы, проверенные временем и доказавшие свою эффективность даже спустя многие годы. Ракетные двигатели РД 107/108 на протяжении более полувека являются основой пилотируемой космонавтики в России.

Именно благодаря РД 107/108 Юрий Гагарин совершил свой легендарный полет. Двигатели РД-107 устанавливаются на блоках первой ступени, а РД-108 – второй.

РД-107/108 показали себя как одни из самых надежных и удачных двигателей, поднимающих космические корабли. Они стоят на серийном производстве и доставляют на орбиту российских космонавтов, американских астронавтов и космических туристов.

Российский ракетный двигатель уже назван рекордсменом. За 60 лет использования он не утратил своего первенства в отрасли. На основе первых двигательных систем разработано 18 модификаций.

Когда в 2011 году США прекратили использование шаттлов, единственным способом отправки космонавтов на МКС остались корабли «Союз», оснащенные двигателями РД-107/108. 

Выводы

• 
  Отрасль двигателестроения является одной из наиболее востребованных и перспективных как для развития промышленности страны, так и для выхода на международный рынок.

• 
  Внедрение частного капитала и интеграция научно-технической базы предприятий, занимающихся разработкой и производством двигательных систем и комплектующих, позволили создать полный производственный цикл отечественных двигателей, способных составить конкуренцию мировым аналогам.

Рекомендации

• 
  Интеграция научно-технических достижений и новейших технологий в области двигателестроения для оперативного реагирования отрасли на запросы гражданской и военной авиации, а также космонавтики и своевременного ввода в эксплуатацию новых двигательных систем, отвечающих вызовам времени и не уступающих мировым аналогам.

• 
  Создание и поддержание научно-технической базы, способной обеспечить российскую авиационную отрасль двигательными системами отечественного производства, сокращение объемов импорта, а также вывод конкурентоспособной продукции на мировой рынок.

паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты

паровой двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Роберт Фултон
Джеймс Ватт
Оливер Эванс
Ричард Тревитик
Джордж Стефенсон

Похожие темы:

кочегар
паровой автомобиль
составной двигатель
паровая машина ватт
паровой плуг

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

паровая машина машина, использующая силу пара для выполнения механической работы за счет тепла.

Далее следует краткое описание паровых двигателей. Для полного описания энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .

Британская викторина

Викторина по вооружению, энергетике и энергетическим системам

Какой английский инженер и изобретатель построил и запатентовал первую паровую машину? Кто разработал первый процесс недорогого производства стали? Проверьте свои знания. Пройди тест.

В паровой машине горячий пар, обычно подаваемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии превращается в работу. Остальному теплу можно позволить уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар можно сконденсировать в отдельном аппарате, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении. Для достижения высокой эффективности пар должен проходить через широкий диапазон температур в результате его расширения в двигателе. Наиболее эффективная работа, т. е. наибольшая производительность по отношению к подведенному теплу, обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через пароперегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхность которых подвергается воздействию горячих газов топки котла. С помощью пароперегревателей пар может быть нагрет выше температуры, при которой он производится кипящей водой.

В паровом двигателе поршневого и цилиндрового типа пар под давлением подается в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом на маховике для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла поступает попеременно к каждой стороне поршня. В простой паровой машине расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составной машине имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и повышения эффективности; первый и самый маленький поршень приводится в действие начальным паром высокого давления, а второй — паром более низкого давления, выходящим из первого.

В паровой турбине пар выбрасывается с высокой скоростью через сопла, а затем проходит через ряд неподвижных и движущихся лопастей, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью. Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большую степень расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина является универсальным средством, используемым для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.

Джеймс Уатт: паровой двигатель

Посмотреть все видео к этой статье

Первыми паровыми двигателями были научные новинки Героя Александрийского в 1 веке н.э., такие как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с ручными клапанами для подъема воды из шахт за счет всасывания, создаваемого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективную паровую машину с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды. В 1765 году Джеймс Уатт значительно усовершенствовал двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра при каждом такте. Затем Уатт разработал новый двигатель, который вращал вал вместо простого движения насоса вверх-вниз, и добавил много других улучшений, чтобы создать практическую силовую установку.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

Громоздкий паровой вагон для дорог был построен во Франции Николасом-Жозефом Кюньо еще в 1769 году. Ричард Тревитик в Англии первым использовал паровой вагон на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года совершил успешный пробег по маршруту конки в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерчески успешной с Rocket 9.0030 английского инженера Джорджа Стефенсона в 1829 году. Первым практичным пароходом был буксир Charlotte Dundas, , построенный Уильямом Саймингтоном и опробованный на канале Форт и Клайд в Шотландии в 1802 году. Роберт Фултон применил паровой двигатель на пассажирском судне в Соединенные Штаты в 1807 году.

Хотя паровая машина уступила место двигателю внутреннего сгорания в качестве средства движения транспортных средств, интерес к ней возродился во второй половине 20-го века из-за увеличения проблем загрязнения воздуха, вызванных горением ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Редакторы Британской энциклопедии
Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​Адамом Августином.

Форсунки Overfire на паровозах

Указатель для этой страницы

Последнее обновление этой страницы: 19 июля 2021 г.

(Вернуться на страницу указателя пара в Рио-Гранде) Постановление от 30 марта 1941 г. и дало всем отраслям промышленности, включая железные дороги, шесть месяцев на выполнение требований к 1 октября 1941 г.41. 11 апреля D&RGW уведомила мэра о том, что в ее дворах в Солт-Лейк-Сити и Ропере будут работать шесть дизельных переключателей. В середине августа компания UP получила пять новых коммутаторов EMD NW2 специально для обслуживания в Солт-Лейк-Сити .

Исследования в газетах того периода показывают, что Солт-Лейк-Сити был среди всех крупных городов, ищущих решения проблемы загрязнения дымом, затрагивающего их жителей. В конце 1930-х — начале 1940-х годов многие крупные города начали работать с источниками неприятного дыма, включая угольные электростанции и железные дороги, использующие угольные паровозы. Многие решения обычно включали ограничение времени простоя угольного паровоза в черте города, модификацию угольных паровозов для обеспечения оптимального бездымного сжигания «мягкого» угля и замену дизельных переключающих локомотивов. на железнодорожных стрелочных переводах.

31 июля 1946 года в Солт-Лейк-Сити была принята поправка к закону о задымлении, требующая, чтобы любой железнодорожный локомотив, работающий в пределах города, был оборудован устройством для минимизации дыма. Они дали железным дорогам один год на выполнение требований к 1 августа 1947 года. К 9 июня смог в Солт-Лейк-Сити уменьшился вдвое по сравнению с предыдущим годом. Крайний срок был продлен еще на год после протеста железных дорог и Угольной ассоциации Юты, а также профсоюзов железнодорожников. Первоначальная поправка была предложена в начале мая 1946 и запретит всем паровозам работать в черте города. Поправка в том виде, в каком она была принята единогласно, гласила: «Все железнодорожные локомотивы, работающие в пределах Солт-Лейк-Сити и использующие уголь в качестве топлива, должны быть оборудованы сводом для сжигания огнеупорного кирпича, боковыми впускными трубами с паровым приводом, а также одобренным воздуходувкой и воздуходувкой. клапан.»

В середине июня 1947 года и UP, и D&RGW договорились с городом об отказе от использования всех паровозов, используемых для переключения и пересадки между городом и верфью Ропера, в 2,6 милях к югу. Они договорились, что все угольные паровозы, работающие в городе, будут оснащены «индукционными трубами» и что они будут вывозить из города любые локомотивы, которые не соответствуют требованиям. Взамен город согласился продлить срок на полгода, до 1 января 19 года.48. Позже он был снова продлен до 1 августа 1948 года. Термины «индукционные трубы» и «форсунки» использовались взаимозаменяемо в отраслевых публикациях того периода, описывая решения проблем дыма для многих крупных городов, а также интерес тех же городов к возможные правила, ограничивающие дым.

Двигатели Overfire обычно использовались на машинных терминалах, где многие локомотивы, работающие на угле, простаивали в течение длительного времени. Железнодорожные пожарные очень часто добавляли слишком много угля в тушение пожара и переходили к следующему локомотиву в очереди, иногда до 20 локомотивов. Позже весь этот новый уголь, добавленный к огню, станет достаточно горячим, чтобы сгореть сразу, образуя густые облака черного дыма и ядовитого газа. С моторным терминалом D&RGW прямо в центре города на 4-м юге, неудивительно, что жители Солт-Лейк-Сити и городские власти пожаловались и приняли постановление. Форсунки Overfire добавили свежий кислород к ленивому огню и значительно улучшили тягу и чистое горение угля, а значит, намного меньше дыма.

Форсунки Overfire снабжали вторичным источником воздуха над очагом возгорания, чтобы обеспечить больше кислорода, чтобы помочь сжечь несгоревший углерод, выходящий из очага возгорания. Сами форсунки работали по принципу Вентури. Каждая форсунка сверхогня имела небольшое паровое сопло, которое пропускало струю пара в 2-дюймовую трубу, установленную по бокам топки примерно на 18 дюймов над решетками. Струя пара втягивала наружный воздух снаружи котла и нагнетала его в топку над огнем. Таким образом, вместо того, чтобы втягивать весь необходимый воздух через решетки, этот вторичный воздухозаборник помог поглощать избыток углерода. Жиклеры сверхогня приводились в действие клапаном на стороне пожарного и приводились в действие при необходимости. Работа наддувочных форсунок была разработана для использования на остановках станций, когда в топке может быть много несгоревшего угля и нет выхлопных газов для вытягивания воздуха через решетки и дымоходы и из выхлопной трубы. Обычно на каждой стороне топки было от четырех до десяти форсунок, в зависимости от размера топки.

Жиклеры сверхогня располагались по бокам топки параллельно решеткам и были смещены друг к другу справа налево для создания разрывного воздушного потока внутри топки и над топкой. Этот разрушительный воздушный поток позволил сгореть большему количеству несгоревших продуктов сгорания, прежде чем они вышли через дымоходы и дымовую трубу. Форсунки избыточного огня располагались специально над очагом возгорания, чтобы перепускать втягивающий воздух через огонь и исключать дальнейшее выделение летучих газов, которые не могли полностью сгореть, когда локомотив простаивал и находился в неподвижном состоянии, например, на остановке станции или на терминале двигателя между бежит.

Локомотивы, которые сжигали масло, не нуждались в форсунках, потому что поток масла можно было мгновенно сократить, чтобы уменьшить количество огня. В локомотиве, работающем на угле, после того, как будет сделана хорошая топка, почти невозможно выключить его, чтобы уменьшить дым. Требуется большой активный огонь, чтобы обеспечить достаточное количество тепла, чтобы машинист мог открыть дроссельную заслонку и иметь возможность двигать локомотив и поезд.

D&RGW

Паровозы D&RGW с форсунками, на основе фотоисследований.

D&RGW 2-10-2 1400-1409 (фото: все, кроме 1403)

D&RGW 4-8-2 1501-1530 (фото: 1501-1504, 1508, 1509, 1528, 1529)

D&RGW

-2 1600-1609 (фото: только 1605)

D&RGW 4-8-4 1700-1713 (фото: 1704, 1705, 1709, 1711, 1713) (снято с 1709 до 1956)

D&RGW 4-8-RG4 1800-1804 (фото: все)

D&RGW 4-6-6-4 3700-3714 (фото: все, кроме 3709, 3712, 3714)

Union Pacific

Вместо реактивных форсунок Union Pacific использовала простые неструйные воздушные трубы между внешней и внутренней частью топки, расположенные над линией огня «перегрев», чтобы обеспечить больше воздуха для горения. Рисунок (от 19 июля42) видно, что они были изготовлены из стандартных котельных труб диаметром 2-1/4 дюйма. Официальный термин — «отверстия для вторичного воздуха». Эта же особенность также показана на чертежах как «трубы сгорания».

Трубы сгорания UP были регулирование за счет физики вакуума. Современные паровозы Union Pacific были оснащены кочегарками, поэтому, когда локомотив под нагрузкой тянул поезд, угольная пыль и мелкие частицы сразу же сгорали, как струя масла. При меньшей нагрузке было меньше тяги, втягивающей воздух через решетки и угольный слой. Кроме того, из-за расстояния между терминалами угольный слой стал толще, что позволило меньшему количеству воздуха попасть в топку через решетки. протягивать необходимый воздух для горения через трубы сгорания «перегрева» 9.0003

Гордон Маккалох в своей книге «История
Union Pacific Steam писал, что в 1941 году в рамках общей модернизации старых локомотивов Union Pacific начала оснащать локомотивы, работающие на угле, вторичными двигателями.
воздушные отверстия в топках как часть общей программы, которая включала переднюю часть лабиринтного типа, несколько струйных сопел, большие дымовые трубы, большие инжекторы, предохранительные клапаны повышенной пропускной способности и улучшенные шлифовальные машины. Затронутые классы включали Heavy 2-8-2 Mikados, Heavy 4-6-2 Pacifics, FEF-класс 4-8-4 800 (800-834), Simpled 2-8-8-0 3500, TTT-класс 2-. 10-2 5000 и МТ-класс 4-8-2 7000. Отверстия для вторичного воздуха были размещены по бокам топки, чтобы добавить приточный воздух и улучшить горение. Большинство было удалено во время капитального ремонта после 1948. На чертеже отверстий вторичного воздуха видно, что FEF-3 835-844 и новейшие модели Challenger 4-6-6-4 и Big Boys 4-8-8-4 также получили эту функцию. Редакция того же чертежа от 28 августа 1948 года показывает, что отверстия были удалены во всех трех классах FEF 4-8-4, Jabelmann Challengers и Big Boys.

В качестве примечания: фотографии в журнале Life в 1942 году, показывающие, как UP Big Boys строились на заводе Alco, включая фотографию оригинальной надписи «Big Boy», показывают, что локомотивы UP Big Boy были построены с трубами сгорания по бокам. своих топок.

Union Pacific 4-12-2 номер 9004 был оснащен приглушенными форсунками в качестве теста на уменьшение дыма. Хотя чертежи самих самолетов были подготовлены в 1945 году, фактическая установка состоялась только в 1951 году и не была признана успешной. (The Union Pacific Type, Volume 2, pages 258, 259)

Western Pacific

В Western Pacific только те локомотивы, которые работали на угле и были приписаны к Ист-Энду между Элко и Солт-Лейк-Сити, подпадали под действие Salt. Постановление о дыме в Лейк-Сити. Из общего парка WP из 208 паровозов в него входили десять 2-8-2 (301-305, 311-315) и семь 4-6-6-4 (401-407). Фотографии 405 и 407, сделанные в 19 г.49 видно, что они были оборудованы форсунками. Все семнадцать локомотивов были списаны в 1950-1953 гг.

Wes Camp Notes

Уэс Кэмп написал на Trainorders.com о реактивных форсунках:

(используется с разрешения)

Еще в сороковых годах загрязнение воздуха от пароходов было ужасной проблемой на машинных терминалах, где находились сотни пароходов. воздух был забит ужасным количеством несгоревших углеродных газов, а также тоннами частиц сажи. Таким образом, поскольку тяги, достаточной для полного сжигания высвобождающегося углерода, практически не было, форсунки с избыточным огнем давали некоторое облегчение горящим слоям, испытывавшим кислородное голодание. Чтобы смешать выделившиеся углекислые газы (в основном монооксид углерода), паровые струи использовались для перемешивания над дымовыми топками.

Сверхмощные струи очень эффективны. Однако они управляются вручную; кто-то должен включить их. Они добавляют воздух для горения над топкой, чтобы способствовать полному сгоранию высвобождаемых молекул углерода в потоке горящего газа.

Я экспериментировал с ними в пути. При наличии светло-серой струи дыма из трубы, если я открывал форсунки, даже на очень небольшую величину, дымовая труба «очищалась» и открывались предохранительные клапаны, и все это без изменения скорости подачи угля кочегаром.

Таким образом, я мог уменьшить скорость подачи кочегарки, сжигать меньше угля и поддерживать очень высокую температуру топки, добавляя больше кислорода над топкой.

Вы должны быть внимательны и использовать их намеренно. Это вопрос правильной подготовки.

На практике они часто применялись в ответ на ранние местные законы о качестве воздуха, и железные дороги неохотно применяли их, издавали директивы по их использованию, но не давали эффективных разъяснений, обучения и последовательной системы вознаграждений. за эффективное соблюдение, которое вознаграждало рабочих и руководителей, даже с символическими стимулами. Потом появились дизеля.

Поскольку поток воздуха через топку жидкотопливной горелки управляется заслонками (как с автоматически регулируемыми лопатками, так и с лопатками с ручным управлением), использование форсунок на жидкотопливных локомотивах излишне. Форсунки и/или пассивные вентиляционные отверстия наиболее эффективно применяются в угольных горелках.

В идеале топка полностью закрывает площадь колосника. Но поток воздуха через кровать сильно блокируется по сравнению с масляными горелками. Таким образом, длинное пламя может потреблять ограниченный объем кислорода, находящийся над топкой. Таким образом, добавление кислорода над пламенем и непосредственно в пламя и на пути ветра во многом способствует завершению сгорания.

Первоначальная цель состояла в том, чтобы смягчить дым, производимый группой двигателей, стоящих на готовых гусеницах, за которыми ухаживают пожарные. Задача пожарных состояла в том, чтобы не дать свежему угольному пласту выгореть и погибнуть. Другая обязанность заключалась в том, чтобы следить за тем, чтобы уровень воды в котлах поддерживался значительно выше рабочего уровня — в то время как готовые двигатели не работали.

Наблюдение за огнем — вещь временная. Один наблюдатель может обслуживать целую развязку, заполненную работающими на холостом ходу двигателями. Вы подходите к каждому двигателю, добавляете воду через инжектор, кидаете слой зеленого угля, затем переходите к следующему двигателю, пока все не освежится. Затем вы находите теплое место, чтобы дождаться следующего раунда.

Слишком часто это теплое место творило свое волшебство, и пожарные безмятежно дремали в предрассветные часы.

Так родилась сигнализация о низком уровне воды — кричащий, установленный на кабине, паровой свисток, который активировался, когда вода в котле едва исчезала из виду — ниже дна видимого водяного стакана. Эта сигнализация предупредит бригадира ночной смены, чтобы он пошел и ткнул пожарного, чтобы он проснулся и провел еще один раунд пожаротушения всех двигателей в развязке и тех, что стояли на готовых путях.

Таким образом, костер к этому времени будет почти потухшим, вода будет очень низкой, и это приведет к тому, что в топку будет добавлено много угля и возродится почти потухший огонь, а затем будет затоплен котел водой, чтобы остановить вопящие сигналы малой воды. Иногда в развязке, полной припаркованных пароходов, завывали сразу несколько сигналов тревоги о низком уровне воды.

Итак, немного позже, весь этот зеленый уголь, наспех брошенный на холодное топочное ложе, прогреется и загорится, все сразу, примерно через 20 минут «времени приготовления». Теперь у вас есть полностью вовлеченная решетка свежего угля, очень низкая тяга и густые клубы дыма, висящие над городами и поселками, душит всех.

Когда в угольных локомотивах скапливается густой дым с высоким содержанием СО, форсунки при использовании на припаркованных локомотивах подают холодный свежий воздух в топку над угольным пластом без необходимости увеличения тяги дымовая труба с использованием пароструйного, искусственного паропровода (т. н. «поддувала»).

[Использование нагнетателя — кольцо паровых форсунок под основанием дымовой трубы в дымовой камере локомотива — позволяет пропускать большое количество воздуха через решетки, как правило, во время стоянки, холостого хода и во время розжига . Вы также используете воздуходувку всякий раз, когда вам нужно не допустить дыма из кабины. При тушении огня, как правило, ночью, вы не хотите сжигать уголь, чтобы вскипятить больше воды. Вы только хотите добавить уголь, чтобы пополнить сгоревшее углеродное топливо, чтобы поддерживать огонь через решетку. Для этой резервной услуги воздуходувка добавляет слишком много воздуха через огонь и слишком быстро сжигает ваш уголь. Таким образом, во время пожаротушения вы лишь слегка приоткрываете клапан вентилятора, чтобы дым и газы не загрязняли кабину, в которой вы сидите. Идея состоит в том, чтобы иметь ровный, ровный слой раскаленных углей, почти полное отсутствие пламени и очень небольшой расход угля. Поддержание пожарной готовности для обслуживающей бригады, которая возьмет на себя управление и запустит двигатель, до следующей ночной стоянки. Форсунки с паровым двигателем будут добавлять и смешивать свежий воздух с чрезмерно богатыми углеродом газами, задерживающимися в топке. Свежий воздух немедленно воспламеняется, добавляя кислород, чтобы завершить восстановление углерода до CO2 и производить большее выделение тепла.]

Сверхмощные струи появились в результате того, что раньше в некоторых местах были приняты «антитабачные» законы. Сверхмощные форсунки работали очень хорошо. При правильном использовании они могут потреблять высокоуглеродистый дым, не пропуская больше воздуха через топку, и очищая дымовую трубу от испускания плотных облаков.

Вы должны помнить, что большие железнодорожные депо в городах по всей Америке задыхались от загрязненного воздуха, и плохое управление множеством простаивающих пароходов в ночное время было серьезной причиной, которая представляла реальную опасность удушья и дыхания в городах, особенно при полубодрствующем огне. наблюдатели, мирно дремлющие всю ночь.

(Во время Второй мировой войны проблема загрязнения (густой дым) усугубилась из-за большого трафика и найма подменных молодых машинистов, нанятых вместо призванных рабочих. Новички были плохо обучены и неопытны во всех аспектах работы с паровозами. ..)

С мазутными горелками можно было бы справиться намного лучше, так как вам не нужно, чтобы горела вся площадь решетки, а угольные горелки могут понадобиться в очень короткие сроки. Краткосрочное уведомление Fire Up !! Заказы были еще одной причиной появления плотных дымящихся пароходов, обычных для тысяч двигателей, работающих на угле.

Я подозреваю, что большие канистры больших реактивных двигателей содержали звукопоглощающие материалы (негорючий волокнистый материал) для поглощения широкополосных звуковых высоких частот, излучаемых реактивными двигателями. Если несколько оборудованных локомотивов припаркованы в развязке или сгруппированы снаружи, все с дующими форсунками, шум может быть болезненным. Так что «заглушенные» жиклеры предназначались скорее для связок двигателей, вместе взятых, чем для отдельных экземпляров. В кабине шум ревущей струи почти не заметен (кочегарка громче), но между несколькими локомотивами в зоне обслуживания было почти невозможно услышать обычные разговоры.

Простые форсунки закрыты «глушителями», заполненными свободно сформированным огнеупорным шумопоглощающим материалом [минеральной ватой] для поглощения высокочастотных шумов от форсунок Вентури.

По моему опыту (с незаглушенными) форсунками сверхпламенного огня, вам не нужно устанавливать их больше, чем легкий ветерок, чтобы получить преимущества свежего кислорода в пламя.

Громкие, ревущие струи больше не эффективны. Их чаще всего используют в зонах терминалов двигателей, где многие двигатели находятся в состоянии возгорания с разной степенью интенсивности пожара. Обычная практика сторожей паровозов заключалась в том, чтобы обслуживать живые локомотивы — около 20 или более — сидят с разложенными кострами.

Иногда пожары становились очень слабыми, и вахтенные подкладывали новый, тяжелый заряд зеленого угля, а затем переходили к следующим двигателям. Через некоторое время этот «тяжелый заряд» сгорит весь сразу, образовав плотные облака высвобожденного черного углерода и газообразного CO.

Форсунки Overfire использовались для медленного добавления кислорода в дым и горючий углерод, выбрасываемый в пламя, затянувшееся над спокойным очагом огня.

Члены пожарной бригады практически не обучались назначению и использованию реактивных двигателей. Таким образом, использование реактивных самолетов было в лучшем случае неравномерным. Люди, в том числе пожарные, не знали, как лучше всего обращаться с наукой о более полном сгорании костров с малой тягой… сидя без дела.

###

Паровые турбины для производства электроэнергии

Сила Да

Может ли GE повысить эффективность моей паровой установки?

ДА. Уже более века мы разрабатываем и производим новейшие технологии для производства высокоэффективных и надежных паровых турбин для ископаемых, ядерных и возобновляемых источников энергии. Компания GE поставила более 30% мировой установленной мощности паровых турбин и 50% атомных паровых турбин, которые в совокупности производят более 1200 ГВт электроэнергии.

Результаты для клиентов

Ваши преимущества при выборе паровой турбины GE

Продвинутые технологии

Новаторские характеристики паровой турбины, ставшие отраслевыми стандартами

Платформа паровых турбин GE предлагает широкий ассортимент решений, которые подходят для широкого спектра условий на месте, эксплуатационных потребностей, усовершенствованных паровых циклов и приложений. Наши паровые турбины имеют общие характеристики и компоненты, которые повышают надежность, эффективность и эксплуатационную готовность вашего предприятия.

Сварные роторы паровых турбин

Наша технология сварки роторов, представленная в 1930 году, выдержала испытание временем: в наших роторах паровых турбин большого диаметра, изготовленных путем сварки отдельных меньших поковок, не было сообщений о разрывах. Это позволяет:

• Выбор соответствующего материала поковок в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
• Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
• Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

Конструкция термоусадочного кольца

• Выбор подходящего материала поковки в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
• Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
• Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

Опережающие лопатки паровых турбин GE

Инновационная технология лопаток проявляется в наших:

• Современный трехмерный профиль, обеспечивающий более высокую эффективность использования пара
• Лопасти передней ступени высокого давления (HP), среднего давления (IP) и низкого давления (LP), изготовленные из цельной поковки для обеспечения превосходной механической целостности и повышенной надежности

Большие лопатки последней ступени модуля низкого давления

Наш расширенный ассортимент лопаток последней ступени для паровых турбин предлагает:

• Лопасти последней ступени с плотным расположением в шахматном порядке для особых условий холодного конца проекта и повышения эффективности паровой турбины
• Прочный модуль с усиленными канавками и узлами крепления лопаток для повышения надежности турбины

Эффективность одного подшипника

Наши многокорпусные паровые турбины имеют один подшипник между каждой секцией турбины для:

• Предотвращения смещения нагрузки для повышения надежности
• Эффективная центровка валов для сокращения времени строительства
• Меньшая общая длина вала турбины для снижения затрат на строительство

Товары

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом паровых турбин

Просмотр по типу мощности:

• Выбирать
• Ядерный пар
• Возобновляемый пар
• Ископаемый пар

Применение

Параметры пара
(стр. _{острый пар} / т _{острый пар} / т _{прогрев} )

Диапазон мощности [МВт]

Атомный пар

ARABELLE 1700

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

1 200 – 1 900 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

АРАБЕЛЬ 1000

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

700 – 1 200 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

STF-N700

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

500 – 800 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

Возобновляемый пар

STF-D650

Разогреть

до 190 бар/585°С/585°С

200 – 700 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085°F /1085°F

STF-A650 (MT)

Разогреть

До 190 бар/585°C/585°C

100 – 300 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

СТФ-Д250

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

100 – 300 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм / 1050 °F

STF-A200 (MT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

50 – 250 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

СТФ-А100 (GRT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

20 – 135 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

STF-G220 (GST)

геотермальная

До 16 бар/360 °C

20 – 50 МВт

230 фунтов на кв. дюйм (680 °F)

Ископаемый пар

STF-D2250

Двойной подогрев, нареч. ОСК

До 330 бар/620°C/630°C

600 – 1 200 МВт

4786 фунтов на кв. дюйм изб./1148 °F/1166 °F

STF-D1250

Разогреть, нареч. ОСК

До 330 бар/650°C/670°C

400 – 1 200 МВт

4786 фунтов на кв. дюйм изб./1202 °F/1238 °F

STF-D1050

Разогрев, USC

До 300 бар/600°C/620°C

200 – 1 200 МВт

4350 фунтов на кв. дюйм/1112 °F/1148 °F

СТФ-А1050

Разогрев, USC

До 300 бар/600°C/600°C

150 – 300 МВт

4350 фунтов на кв. дюйм изб./1112 °F/1112 °F

STF-D850

Перегрев, сверхкритический

До 245 бар/585°C/585°C

200 – 1000 МВт

3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

СТФ-А850

Перегрев, сверхкритический

До 245 бар/585°C/585°C

150 – 300 МВт

3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-D650

Разогреть

до 190 бар/585°С/585°С

200 – 700 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-A650 (MT)

Разогреть

До 190 бар/585 °C/585 °C

100 – 300 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

СТФ-Д250

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

100 – 300 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

STF-A200 (MT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

50 – 250 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

СТФ-А100 (GRT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

20 – 135 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

Выберите тип питания выше.

Паровые турбины

Свяжитесь с нами

Хотите узнать больше?

История парового двигателя

История парового двигателя
[Главная страница истории Steam] [Карта сайта истории Steam] [Домашняя страница учебника по вводному химическому машиностроению] [Дополнительные материалы к учебнику]

Краткая история парового двигателя

Резюме Карла Лиры

Одной из наиболее важных промышленных задач 1700-х годов было удаление
воды из шахт. Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это
может показаться, что он имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергетикой.
растения. Однако одним из основных принципов, используемых при разработке
Энергия на основе пара — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создать
вакуум. В этой краткой истории обсуждается, как конденсация использовалась для создания вакуума.
для работы первых паровых насосов и как Джеймс Уатт изобрел раздельный
конденсатор. Хотя представленные в этой истории циклические процессы не используются
в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы.
работающих при давлении ниже атмосферного, с учетом описанных здесь принципов.
Кроме того, истории изобретателей и их изобретений дают представление о
процесс технологических открытий.

Демонстрация вакуума

Один из самых важных принципов, применяемых в работе паровой энергии.
это создание вакуума путем конденсации. Эта ссылка обеспечивает простую иллюстрацию
используя бутылку безалкогольного напитка и кипящую воду. Демонстрация иллюстрирует, как конденсация
внутри резервуара создается вакуум. Помпа Savery, описанная ниже, использует метод
очень похоже на продемонстрированный метод. Вакуум
Демо.

Насос Savery

В первые дни одним из распространенных способов удаления воды было использование ряда
ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого
так как животные нуждались в кормлении, ветеринарной помощи и содержании. Использование
пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 169 г.8, а по его словам
предоставил «двигатель для подъема воды огнем». Насос Савери заработал
путем нагревания воды для ее испарения, заполнения резервуара паром, а затем создания
вакуум, изолируя бак от источника пара и конденсируя пар.
Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум мог
брать воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы был
использование давления пара для вытеснения воды, набранной в резервуар.
В принципе, давление можно использовать для нагнетания воды из резервуара вверх.
80 футов, но взрывы котлов не были редкостью, так как конструкция герметичных
котлы были не очень развиты. Эта ссылка содержит подробную информацию о работе Savery
Описание насоса..

Атмосферный двигатель Ньюкомена

Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, в течение 10 лет экспериментировал с
первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводивший в действие насос для удаления воды из
шахты. Его способность продавать двигатель была затруднена из-за обширного патента Савери.
Он был вынужден основать фирму с Савери, несмотря на улучшение показателей.
его двигателя, существенные механические отличия, устранение
потребность в давлении пара и использование вакуума совершенно по-другому. А
Схема двигателя Ньюкомена показана на рис. 1. Двигатель называется
«атмосферный» двигатель, потому что наибольшее используемое давление пара близко к
атмосферное давление.

Рис. 1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для откачки воды.

Принцип действия. Паровая машина состоит из
паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса.
Двигатель не использует давление пара для подъема парового поршня ! Скорее,
система сконструирована таким образом, что балка тяжелее со стороны главного насоса,
и гравитация тянет вниз балку со стороны главного насоса. Веса добавляются к
стороны главного насоса, если это необходимо. Насосы на рис. 1 вытесняют воду вверх.
ход поршня насоса, в соответствии с насосами, использовавшимися в оборудовании в то время, и обсуждение следует этой конструкции. Для того, чтобы рисовать
воды в основной насос в правой части схемы, рассмотрим цикл
это начинается с луча, опрокинутого вниз справа. Цилиндр под паром
поршень сначала заполняется паром атмосферного давления, а затем распыляется вода
в цилиндр для конденсации пара. Разность давлений между атмосферой и
возникающий вакуум выталкивает пар
поршень вниз, поднимая поршень основного насоса вверх, поднимая воду над поршнем основного насоса и заполняя нижнюю камеру основного насоса водой. В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления
паровой цилиндр к атмосферному давлению, а луч направлен вниз справа
под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда главный поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено позже. Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр.
на этом этапе, что позволяет повторить процесс.

Двигатель Ньюкомена был лучшей технологией на протяжении 60 лет! Некоторые двигатели Ньюкомена
использовались намного дольше, хотя и значительно уступали Ваттным
последующие двигатели. Более подробно о работе и фото старейшего
существующий двигатель Ньюкомена, см. Newcomen
Описание двигателя.

Атмосферный паровой двигатель мощностью

Вт

Поршень двойного действия и роторный двигатель

Биография Джеймса Ватта и история двигателя

История Джеймса Уатта и разработки двигателя чрезвычайно интересна.
Используйте эту ссылку, чтобы найти биографию Ватта. История
поможет вам понять, как двигатель стал больше, чем водяной насос, и как
Вышеуказанные события относятся к человеку и времени.

Важные даты в развитии Steam
Двигатель

Краткая библиография книг и ресурсов для
Изучение паровых двигателей и Джеймса Уатта

Карта сайта

Для просмотра каталога сайта щелкните здесь.

Спасибо за проявленный интерес!

Обновлено 21.05.13, авторское право
2001-2013, Карл Т. Лира, [email protected]
Все права защищены.
Подготовлено как дополнение к вводной
Химическая инженерия Термодинамика.

Распространение энергии пара

Паровые двигатели нашли широкое применение в самых разных отраслях, в первую очередь в горнодобывающей промышленности и на транспорте, но их популяризация повлияла почти на все аспекты индустриального общества, в том числе на то, где люди могли жить, работать и путешествовать; как товары были произведены, проданы и проданы; и какие технологические инновации последовали.

Цель обучения

Приведите примеры отраслей промышленности, работающих на пару

Ключевые моменты

• Паровой двигатель был одной из наиболее важных технологий промышленной революции, вдохновившей другие инновации и инициировавшей дальнейшие технологические достижения. В 1775 году Джеймс Уатт сформировал партнерство по двигателестроению и инженерии с производителем Мэтью Бултоном. Это служило своего рода творческим техническим центром для большей части британской экономики. Они поддерживали таланты и другие компании, создавая культуру, в которой фирмы часто делились информацией, которую они могли использовать для создания новых технологий или продуктов.
• От шахт до мельниц паровые двигатели нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Внедрение паровых двигателей повысило производительность и технологии и позволило создать двигатели меньшего размера и лучшего качества. Примерно в начале 19 века инженер из Корнуолла Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс начали строить паровые двигатели без конденсации более высокого давления, выбрасывающие воздух в атмосферу. После разработки Тревитика стало возможным транспортное применение, и паровые двигатели нашли свое применение в лодках, железных дорогах, фермах и автомобильных транспортных средствах.
• Первоначально паровая машина была изобретена и усовершенствована для использования в шахтах. Внедрение парового насоса Савери в 1698 году и паровой машины Ньюкомена в 1712 году значительно облегчило удаление воды и позволило сделать шахты глубже, что позволило добывать больше угля. Внедрение усовершенствований Джона Смитона в двигатель Ньюкомена, за которым последовали более эффективные паровые двигатели Джеймса Уатта 1770-х годов, снизило затраты на топливо для двигателей, сделав шахты более прибыльными.
• Паровозы были изобретены после появления паровых двигателей высокого давления, когда в 1800 году истек срок действия патента Боултона и Уатта. Железные дороги общего пользования с паровой тягой начались со Стоктонской и Дарлингтонской железной дороги в 1825 году. Использование паровых двигателей на железных дорогах оказалось экстраординарным из-за большого количества товаров и сырья теперь можно было доставлять как в города, так и на фабрики за небольшую часть стоимости поездки на фургоне.
• После появления парохода в Соединенных Штатах наблюдался невероятный рост перевозок товаров и людей, что сыграло ключевую роль в экспансии на запад. Пароход резко сократил время, затрачиваемое на перевозку товаров, и позволил повысить специализацию. Пароход также имел решающее значение для облегчения внутренней работорговли. С появлением парохода возникла необходимость в улучшении речной системы и инфраструктуры вдоль рек.
• Паровые двигатели являются особенно показательным примером того, как изменения, вызванные индустриализацией, привели к еще большим изменениям в других областях. В то время как многие считают потенциал увеличения выработки электроэнергии доминирующим преимуществом, другие отдают предпочтение потенциалу агломерации. Паровые двигатели позволили легко работать, жить, производить, продавать, специализироваться и расширяться, не беспокоясь о менее обильном присутствии водных путей.

Основные термины

Бултон и Ватт

Одна из первых британских инженерно-производственных фирм, занимающихся проектированием и производством морских и стационарных паровых двигателей. Основанная в 1775 году в английском Уэст-Мидлендсе, недалеко от Бирмингема, в результате партнерства между английским промышленником Мэтью Боултоном и шотландским инженером Джеймсом Ваттом, фирма сыграла важную роль в промышленной революции и стала крупным производителем паровых двигателей в 19 веке. .

балочный двигатель

Тип паровой машины, в которой поворотная верхняя балка используется для приложения силы от вертикального поршня к вертикальному шатуну. Эта конфигурация с двигателем, непосредственно приводящим в действие насос, была впервые использована Томасом Ньюкоменом примерно в 1705 году для удаления воды из шахт в Корнуолле.

паровая машина

Тепловая машина, выполняющая механическую работу с использованием пара в качестве рабочего тела.

Паровой двигатель был одной из самых важных технологий промышленной революции, хотя пар не заменял гидроэнергию в Великобритании до окончания промышленной революции. От первого практического двигателя атмосферного давления англичанина Томаса Савери (1698) и атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена (1712 г.) благодаря крупным разработкам шотландского изобретателя и инженера-механика Джеймса Уатта паровой двигатель стал использоваться во многих промышленных условиях. В 1775 году Уатт вместе с фабрикантом Мэтью Боултоном сформировал партнерство в области машиностроения и инженерии, которое стало одним из самых важных предприятий промышленной революции и послужило творческим техническим центром для большей части британской экономики. Партнеры решали технические проблемы и распространяли решения среди других компаний. Подобные фирмы делали то же самое в других отраслях промышленности и были особенно важны в станкостроении. Такое взаимодействие между компаниями сократило количество времени и затрат на исследования, которые каждый бизнес должен был тратить на работу со своими собственными ресурсами. Технологические достижения промышленной революции происходили быстрее, потому что фирмы часто делились информацией, которую они могли использовать для создания новых технологий или продуктов.

Роторный двигатель Ватта в музее Генри Форда В музее Генри Форда в Дирборне, штат Мичиган, хранится роторный двигатель Ватта, изготовленный в 1788 году Чарльзом Саммерфилдом. Это полноценный работающий двигатель Боултона-Ватта. Американский промышленник Генри Форд перевез двигатель в Дирборн примерно в 1930 году.

Паровые двигатели нашли широкое применение в самых разных отраслях: от шахт до мельниц. Внедрение паровых двигателей повысило производительность и технологии и позволило создать двигатели меньшего размера и лучшего качества. Примерно до 1800 года наиболее распространенным типом паровой машины была балочная машина, построенная как неотъемлемая часть каменного или кирпичного машинного отделения, но вскоре появились различные модели автономных вращающихся двигателей (легко снимаемых, но не на колесах). разработаны, например, табличный движок. Примерно в начале 1920 века корнуоллский инженер Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс начали конструировать неконденсирующиеся паровые машины высокого давления, работающие против атмосферы. После разработки Тревитика стало возможным транспортное применение, и паровые двигатели нашли свое применение в лодках, железных дорогах, фермах и автомобильных транспортных средствах.

Паровая машина изначально была изобретена и усовершенствована для использования в шахтах. До появления паровой машины неглубокие колокольные ямы следовали за пластом угля вдоль поверхности и были заброшены по мере добычи угля. В других случаях, если геология была благоприятной, уголь добывали штреком, забитым в склон холма. На некоторых участках велась шахтная добыча, но сдерживающим фактором была проблема удаления воды. Это можно было сделать, таща ведра с водой вверх по шахте или в туннель, пробитый в холме. В любом случае воду нужно было сливать в ручей или канаву на таком уровне, чтобы она могла утекать под действием силы тяжести. Внедрение парового насоса Савери в 169 г.8 и паровая машина Ньюкомена в 1712 году значительно облегчили удаление воды и позволили сделать шахты глубже, что позволило добывать больше угля. Эти разработки начались до промышленной революции, но внедрение усовершенствований Джона Смитона в двигатель Ньюкомена, за которым последовали более эффективные паровые двигатели Джеймса Уатта 1770-х годов, снизило затраты на топливо для двигателей, сделав шахты более прибыльными.

В начале промышленной революции внутренний транспорт осуществлялся по судоходным рекам и дорогам, а каботажные суда использовались для перевозки тяжелых грузов по морю. Вагоны использовались для транспортировки угля в реки для дальнейшей отправки, но каналы еще не были широко построены. Животные обеспечивали всю движущую силу на суше, а паруса обеспечивали движущую силу на море. Первые конные железные дороги появились в конце 18 века, а паровозы появились в первые десятилетия 19 века.век. Паровозы были изобретены после появления паровых двигателей высокого давления, когда в 1800 году истек срок действия патента Боултона и Уатта. Двигатели высокого давления выбрасывали использованный пар в атмосферу, избавляясь от конденсатора и охлаждающей воды. Некоторые из этих первых локомотивов использовались в шахтах. Железные дороги общего пользования с паровой тягой начались со Стоктонской и Дарлингтонской железной дороги в 1825 году. Использование паровых двигателей на железных дорогах оказалось экстраординарным, поскольку теперь можно было доставлять большое количество товаров и сырья как в города, так и на фабрики. Поезда могли бы доставлять их в отдаленные места за небольшую часть стоимости поездки на фургоне.

В частности, в Соединенных Штатах появление и развитие парохода привело к огромным изменениям. До появления парохода реки обычно использовались только для перевозки товаров с востока на запад и с севера на юг, поскольку бороться с течением было очень сложно, а часто и невозможно. Лодки и плоты без двигателя собирались вверх по течению для перевозки грузов вниз по течению, и их часто разбирали в конце пути, а остатки использовали для строительства домов и коммерческих зданий. После появления парохода в США наблюдался невероятный рост перевозок товаров и людей, что сыграло ключевую роль в экспансии на запад. Пароход резко сократил время, затрачиваемое на перевозку товаров, и позволил повысить специализацию. Это также было важно для облегчения внутренней работорговли.

С появлением парохода возникла необходимость в улучшении речной системы. Естественная речная система создала такие препятствия, как пороги, песчаные отмели, мелководье и водопады. Для преодоления этих естественных препятствий была построена сеть каналов, шлюзов и дамб. Это увеличило спрос на рабочую силу вдоль рек, что привело к огромному росту рабочих мест. Популяризация пароходов также напрямую привела к росту угольной и страховой промышленности и спросу на ремонтные сооружения вдоль рек. Кроме того, спрос на товары в целом увеличился, поскольку пароход сделал перевозки в новые пункты назначения как широкими, так и эффективными.

1920 г. Пароход на реке Юкон возле Уайтхорса, Коллекция Фрэнка Г. Карпентера, Библиотека Конгресса США.

До появления парохода переход из Нового Орлеана в Луисвилл мог занять от трех до четырех месяцев, в среднем по двадцать миль в день. С пароходом это время резко сократилось, а количество рейсов составляло от двадцати пяти до тридцати пяти дней. Это было особенно выгодно фермерам, поскольку теперь их урожай можно было перевозить в другое место для продажи.

Паровые двигатели являются особенно ярким примером того, как изменения, вызванные индустриализацией, привели к еще большим изменениям в других областях. Энергия воды, предшествующий источник энергии в мире, продолжала оставаться важным источником даже в период пика популярности паровых двигателей. Однако паровая машина дала много новых преимуществ. В то время как многие считают потенциал увеличения выработки электроэнергии основным преимуществом (при средней мощности паровых мельниц, производящих в четыре раза больше мощности, чем водяные мельницы), другие отдают предпочтение потенциалу агломерации. Паровые двигатели позволили легко работать, жить, производить, продавать, специализироваться и расширяться, не беспокоясь о менее обильном присутствии водных путей. Города и поселки теперь строились вокруг заводов, где паровые машины служили основой для средств к существованию многих горожан. Благодаря содействию агломерации отдельных лиц были созданы успешные местные рынки. Города быстро росли, и качество жизни в конечном итоге повышалось по мере создания инфраструктуры. Можно было производить более качественные товары, поскольку приобретение материалов стало менее сложным и дорогим. Прямая местная конкуренция привела к более высокой степени специализации, а труд и капитал были в изобилии. Города с паровой тягой способствовали росту как на местном, так и на национальном уровне.

Атрибуция

• Распространение силы пара

  • «Паровая машина Уатта». https://en.wikipedia.org/wiki/Watt_steam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Балочный двигатель». https://en.wikipedia.org/wiki/Beam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Паровая энергия во время промышленной революции». https://en.wikipedia. org/wiki/Steam_power_during_the_Industrial_Revolution. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Бултон и Ватт». https://en.wikipedia.org/wiki/Boulton_and_Watt. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Паровой двигатель». https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Промышленная революция». https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_Revolution. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «800px-1920_Steamboat_on_the_Yukon_River.jpg». https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_power_during_the_Industrial_Revolution#/media/File:1920_Пароход_на_реке_Юкон.jpg. Википедия Общественное достояние.

  • «15_23_1056_ford_museum.jpg». https://commons.wikimedia.org/wiki/File:15_23_1056_ford_museum.jpg. Wikimedia Commons CC0 1.0 Универсальный.

Двигатели