Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как устроен паровой двигатель


Как устроен паровой двигатель его преимущества и недостатки

Так сложилось, что даже люди с техническим образованием мало что знают об этом устройстве. Сегодня мы и восполним этот пробел, вспомним, как устроен паровой двигатель, его принцип действия. Его преимущества, недостатки и применении в современных условиях. И немного о истории изобретения.

Паровая машина кардинально изменила картину мира, произвела революцию в промышленности, на транспорте, дала импульс для новых открытий. Она служила универсальным двигателем на протяжении XIX века, и даже с появлением механизмов, требующих высоких скоростей, не канула в лету. Вместо тихоходной паровой машины ученые разработали быстроходную турбину с одним из самых высоких к.п.д.

История изобретения парового двигателя

Упоминание о первых паровых машинах датировано первым столетием нашей эры. Устройство, описано Героном Александрийским ‒ пар выходил из сопл, закреплённых на шаре, и приводил в движение двигатель.

Правда, настоящая паровая турбина появилась в Египте в 16 веке. Ее изобрел араб Таги-аль-Диноме.

Подобную машину построил 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка. То есть, как только в обществе наступило экономическое благополучие и возникла необходимость в данном механизме, его тот час же изобрели.

В конце 17 века были созданы ещё две модели: в Испании двигатель сконструировал Аянс де Бомонт, а в Англии Эдвард Сомерсет в 1663 году установил паровую установку для закачки воды в Большую башню замка Реглан. Но все проекты быстро сворачивались и забывались. Тогда, как впрочем, и сейчас все новое не воспринималось большинством, и деньги на разработку никто давать не решался.

Паровой котёл создал француз Дени Папен. Он же изобрёл и предохранительный клапан для стравливания избыточного давления. Дело в том, что высокое давление, создаваемое паром, приводило к частым взрывам.

Кстати, в то же время появилось и расхожее выражение: «выпустить пар», которое означало ‒ успокоить нервы, пошумев на окружающих, без сноса собственного котелка и без жертв среди мирного населения.

Но на этом история паровых двигателей не прервалась. Англичанин Томас Ньюкомен в 1712 году сделал шахтный насос для подачи воды на верх. Двигатель Ньюкомена стал пользоваться спросом, с его массового выпуска началась английская промышленная революция.

В России первую паровую машину в 1763 году спроектировал И.И.Ползунов. С ее помощью приводились в действие воздуходувные меха на заводах.

А француз Николас-Йозеф Куньо шесть лет спустя сконструировал первую паровую телегу. Она приводила в движение сельскохозяйственные механизмы.

А в 1788 году Джон Фитч построил пароход, который вмещал 30 человек, и шел со скоростью до 12 километров в час.

В 1804 году на металлургическом заводе в Южном Уэльсе был испытан первый железнодорожный паровой поезд, его построил Ричард Тревитик.

Как устроен паровой двигатель. Принцип действия

Для работы паровой машины потребуется паровой котёл. Поступающий из него пар, расширяется и воздействует на поршень или же на лопатки паротурбины, затем их движение передаётся на другие механические части устройства.

Как устроен паровой двигатель показано на иллюстрации

Движение поршня через шток, ползун, шатун и кривошип передаётся на главный вал, который несет маховик, необходимый для снижения неравномерности вращения.

Эксцентрик, находящийся на главном валу, через эксцентриковую тягу воздействует на золотник, который управляет впуском пара в цилиндре. Пар из цилиндра выбрасывается в атмосферу или направляется в конденсатор.

Чтобы поддерживать постоянное число оборотов вала, при изменении нагрузки, на паровых машинах устанавливают центробежный регулятор, он автоматически изменяет сечение прохода пара, направляемого в паровую машину (при дроссельном регулировании) или момент отсечки наполнения (при количественном регулировании).

Поршень создает в цилиндре парового двигателя одну (две) полости переменного объёма, в них и происходят процессы сжатия и расширения.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество паровой машины, как двигателя внешнего сгорания, отделение котла от самой машины. Это дает возможность использовать что угодно в качестве топлива хоть хворост, хоть урановое топливо, что выгодно отличает ее от двигателя внутреннего сгорания ‒ там для каждого типа требуется определённый вид горючего.

Заметнее всего это преимущество в случае с ядерным реактором, который не может производить механическую энергию, а вырабатывает лишь тепло, которое используют для получения пара, вращающего паровые турбины.

В двигателях внешнего сгорания можно использовать и другие источники тепла, например, энергию солнца или энергию разности температур океана на разной глубине.

Интересный факт, паровой локомотив хорошо работает на больших высотах, при чем эффективность двигателя не падает, а, наоборот, растет благодаря низкому атмосферному давлению.

Паровозы и сегодня используют в горной местности Латинской Америки и Китая, при том, что в равнинных районах они давно заменены на более современные типы локомотивов.

Даже в Швейцарии и в Австрии в ходу усовершенствованные тепловозы, работающие на сухом паре. Их разработали на основе модели SLM производства 1930 года. В конструкцию внесли ряд изменений: использовали роликовые подшипники, современную теплоизоляцию, новые виды топлива, специальные паропроводы и ряд других новшеств.

Благодаря этому потребление топлива уменьшилось на 60 процентов, а вес стал ниже, чем у дизельных и электрических аналогов, что актуально для железных дорог, проходящих в горной местности.

Среди других положительных качеств парового двигателя:

  • высокая надёжность;
  • возможность эксплуатации при значительных колебаниях нагрузки;
  • допустимость продолжительных перегрузок;
  • долговечность;
  • низкие расходы на эксплуатацию;
  • простота в обслуживании.

К недостаткам можно отнести:

Применение в настоящее время

Сегодня паровые машины нашли широкое применение в виде паровых турбин, которые работают как приводы электрогенераторов.

Паровая турбина состоит из вращающихся дисков, которые закреплены на одной оси. Этот узел называется ротором. Также есть статор ‒ его неподвижные диски чередуются с дисками ротора. На дисках ротора размещены лопатки, при попадании на них пара, механизм приходит в движение.

Аналогичные лопатки, только расположенные под противоположным углом, есть и на дисках статора. Они служат для перенаправления струи пара на следующий диск ротора.

Турбина преобразует энергию пара во вращательное движение без каких-либо дополнительных механизмов. То есть преобразование возвратно-поступательного хода во вращательное движение делать не нужно.

Также у турбин меньшие размеры нежели у возвратно-поступательных машин, и они отличаются постоянным усилием на выходном валу. Ещё один плюс ‒ простая конструкция, а значит придётся меньше тратить средств на эксплуатацию.

Сфера использования паровых турбин ‒ производство электроэнергии. Более 85 процентов электрической энергии вырабатывают именно паровые турбины. Также их используют как судовые двигатели, в частности на подводных лодках и атомоходах.

Теперь вы знаете, как устроен паровой двигатель, что паровая машина, изобретённая ещё в первом столетии нашей эры, вовсе не анахронизм, а современное высокотехнологичное устройство, благодаря которому жизнь многих людей стала комфортнее.

Перспективы применения паровых машин на автомобилях имеют пока туманные очертания, но творческая мысль изобретателя не имеет границ и я с полной уверенностью могу предположить, что скоро появятся двигатели с элементами парового носителя

Подписывайтесь на наш блог, чтобы узнать много нового и интересного. Поделитесь этой информацией с друзьями в социальных сетях ‒ пусть они повысят свой технический уровень, ну и вам будет приятно иметь умных друзей.

Как работают паровые двигатели?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 25 июля 2019 года.

Вообразите, что живете только на угле и вода и до сих пор достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Это именно то, что может сделать паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры в настоящее время вымерли из большинства железные дороги в мире, паровые технологии живут в сердцах людей и локомотивы, подобные этому, до сих пор ходят как туристические достопримечательности на многих железные дороги.

Паровозы были оснащены паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы вспомнил, потому что они охватили мир через промышленный Революция 18 и 19 веков. Паровые двигатели ранжируются с машины, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Они чудеса техники и отлично примеры техники, но под всем этим дымом и паром, как точно они работают?

Фото: маленький, недавно восстановленный паровоз работает на Суонедж железной дороге, Англия.Великая Западная железная дорога 0-6-2 Танк 6695 был спасен от свалки в 1979 году и потребовалось 26 лет, чтобы восстановить его до полного рабочего состояния за счет 200 000 фунтов стерлингов (около 400 000 долларов США).

Что питает паровой двигатель?

Требуется энергия, чтобы сделать абсолютно все Вы можете думать о - кататься на скейтборде, летать на самолете, ходить в магазины или водить машину вниз ул. Большая часть энергии, которую мы используем для транспортировки сегодня, поступает из масло, но это не всегда так. До начала 20-го века уголь был любимое в мире топливо, и оно питало все от поездов и кораблей на злополучные паровые самолеты, изобретенные американским ученым Сэмюэл П.Лэнгли, ранний конкурент братьев Райт. Что было так особенное про уголь? Есть много этого внутри Земли, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает это основано на элементе углерод. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки погибших растения захоронены под камнями, сжатыми давлением, и приготовленный внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемое топливо. Комки угля - это действительно комки энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород соединениями, называемыми химическими связями.Когда мы сжигаем уголь на костре, связи распадаются, и энергия выделяется в форме тепла.

Уголь содержит примерно , то есть половину энергии на килограмм, чем чистое ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, почему паровые двигатели должны сжигать так много.

Фото: основные части паровоза. Нажмите на маленькое фото, чтобы увидеть гораздо большее. Это бывший британский железнодорожный стандарт 4МТ, паровоз № 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году) работает на Суонедж железной дороге, Англия в августе 2008 года.Прочитайте, как он был восстановлен из ржавой кучи и возвращен в сервис его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Восстановление.

Что такое паровой двигатель?

Паровой двигатель - это машина, которая сжигает уголь для выделения тепла энергия, которую он содержит, - это пример того, что мы называем тепловым двигателем. Это немного похоже на гигантский чайник, сидящий на угольном огне. Тепло от огня кипит вода в чайнике и превращает его в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взрывать воздух, как пар из чайника, пар захватывается и используется для питания машина.Давайте узнаем, как!

Как работает паровой двигатель

Грубо говоря, в паровом двигателе есть четыре разные части:

  1. Пожар, где горит уголь.
  2. Бойлер, полный воды, который огонь нагревает, чтобы произвести пар.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла подается в цилиндр, вызывая поршень двигаться в одну сторону, а затем в другую. Это в и из движения (который также известен как «возвратно-поступательное движение») используется для езды...
  4. Машина прикреплена к поршню. Это может быть что угодно от водяной насос для заводской машины ... или даже гигантский паровоз бег по железной дороге.

Это очень упрощенное описание, конечно. На самом деле сотни или даже тысячи деталей самый маленький локомотив.

Пошаговое

Легче всего увидеть, как все работает в нашей маленькой анимации паровоза, внизу. Внутри кабины локомотива вы загружаете уголь в топку (1), которая довольно буквально металлическая коробка содержащий ревущий угольный огонь.Огонь нагревает котел - гигант чайник "внутри паровоза.

Котел (2) в паровозе не очень похож на чайник, который вы использовали бы, чтобы сделать чашку чая, но он работает так же, производя пар под высоким давлением. Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок Бег через него (для простоты мы показываем только один здесь, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы идут от топки к дымоходу, перенося тепло и дым от огня с ними (показаны в виде белых точек внутри трубки).Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигателя огонь может нагревать воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, которая делает пар либо происходит из цистерн, установленных на боковой стороне локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, который тянется за локомотив. (Тендер также предусматривает поставку угля для локомотива.) Вы можете увидеть фото тендера, показывающего его резервуар для воды дальше вниз по этой странице.

Пар, вырабатываемый в котле, стекает в цилиндр (3) только впереди колеса, толкая плотно прилегающий поршень, поршень (4), туда и обратно.Маленький механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показано оранжевым цветом) впускает пар. Поршень подключен к одному или больше колес локомотива через своего рода плечо локтя руки сустав называется кривошипно-шатунным (5).

По мере нажатия поршня кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и приводят поезд в движение (6). Когда поршень достиг конца цилиндра, он не может нажать дальше. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет провернуть вперед, толкая поршень обратно в цилиндр Оно пришло.Клапан подачи пара закрывается. Выпускной клапан открывается и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и поднимает дымоход локомотива (7). Прерывистый глухой звук, который паровой двигатель и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

Там есть цилиндр с каждой стороны локомотива и два цилиндра огонь немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда есть некоторые сила толкает двигатель вперед.

Типы паровых двигателей

Фото: крупный план поршня и цилиндра в паровом двигателе.

На приведенной выше схеме показан очень простой одноцилиндровый двигатель с паровым двигателем паровоз вниз по рельсам. Это называется роторным пар двигатель, потому что работа поршня состоит в том, чтобы заставить колесо вращаться. Самые ранние паровые двигатели работали совершенно иначе. Вместо того поворачивая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз в простой возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение.Поршневой пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, и импульс локомотива, едущего в другом направлении. Это называется односторонним действием паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень будучи приведенным в действие только половину времени. Намного лучше (хотя немного больше сложный) дизайн использует дополнительные паровые трубы и клапаны, чтобы сделать паровой толчок поршень сначала в одну сторону, а затем в другую.Это называется двойного действия (или противоточный) паровой двигатель. Это более мощный, потому что пар приводит в движение поршень все время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы увидим, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: там гораздо больше техники, чем просто один кривошип и шатун. На самом деле, есть запутанная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с дотошным точность. Это называется редуктором клапана. Его работа это открывать и закрывать клапаны цилиндров в нужные моменты, чтобы позволить подача пара с обоих концов, чтобы двигатель работал максимально эффективно и мощно, и чтобы он мог ехать задним ходом.Есть довольно много разных типов клапанный механизм; один из самых распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгид Вальшартс (1820–1901). Танковый двигатель 80104 показано на втором фото на этой странице, имеет клапанный механизм типа Уолшерта, и так же Eddystone, локомотив, изображенный ниже.

Фото: клапанный механизм Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Eddystone.

Первые паровые двигатели были очень большими и неэффективными, что означает потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать.Поздние двигатели производится пар при гораздо более высоком давлении: пар был произведен в меньший, намного более сильный котел, так что он выдавливается с большей силой и взорвали поршень сильнее. Избыточная сила высокого давления пар двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и именно это проложило путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: паровые двигатели не могли нести всю воду они нужны для долгого путешествия. Периодически им придется прекратить пополнять счет в резервуары для воды на рельсовой дорожке, подобные этой (сверху) на Суонеджской железной дороге.У более крупных двигателей были тендеры: грузовики, которые они тащили за собой, содержали запасы уголь (перед красной линией, которую мы нарисовали) и вода (за красной линией). Уголь держится под углом пластина внутри тендера, которая делает его естественно наклониться к отверстию впереди, где пожарный может легко сунуть его в топку. Ниже: Вы можете увидеть, как выглядит тендер внутри на этой необычной фотографии пустого тендера, сфотографирован сверху и снизу, снят в Научном центре науки в Бирмингеме, Англия.Этот тендер содержит около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву города Бирмингем.

Пар действительно умер?

Уголь был дешевым и обильным топливом во времена раннего промышленного Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине 19 века ознаменовал новую эру: в 20-м веке нефть обогнала уголь как фаворита в мире топлива. Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов всей энергии, которую они производят из угля.Это означает, что они должны сжечь огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, который сжигает уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) цилиндр, который вращается тепловая энергия в паре в механическую энергию, которая питает машина. Эта конструкция называется двигателем внешнего сгорания потому что огонь и котел находятся вне цилиндра. Это неэффективно потому что энергия тратится впустую как тепло и пар от огня, через котел, в цилиндр.Бензиновые и дизельные двигатели основаны на совершенно другой конструкции, называемой двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо сжигается внутри цилиндра, а не снаружи, и это делает Двигатели внутреннего сгорания значительно эффективнее. (Вы можете узнать больше о внутреннем и внешнем сгорании в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля и делает меньше Загрязнение воздуха, и гораздо легче транспортировать в трубах.

Именно поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее.Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь Запустите дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на завод каждый день, когда они могут просто нажать на переключатели, чтобы заставить вещи работать?

Художественная работа: Меньше значит больше: в 1960-х годах Великобритания перешла от паровых двигателей к дизельным и электрическим. Последние двигатели были построены там в 1956 году, а самый последний паровоз работал в августе 1968 года.К 1968 году количество работающих локомотивов было примерно на треть меньше, чем в 1962 году, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система гораздо эффективнее Источник: взято с использованием данных из «Производительности Британских железных дорог 1962–1968 гг.» К.Д.Джонса, журнал «Экономика и политика транспорта», том. 4, № 2 (май 1970 г.), с. 162–170.

Но вещи не совсем такие, какими кажутся. Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть этого все еще прибывает из угля, сгорели на электростанциях за несколько миль от наши дома и фабрики.Внутри электростанции, работающей на угле, уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в действие подобные мельнице устройства, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Как они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и выработки электроэнергии. Итак, вы видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергетика жив и здоров - и так же важен, как и всегда!

Фото: некоторые из паровых двигателей, которые работают на линиях наследия были еще относительно новыми, когда они были сняты со службы.Вот этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон" был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгого восстановления Южными Локомотивами, он вернулся в служба на Суонедж железной дороге в сентябре 2008 года. Удивительно впечатляющее зрелище, оно весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история мощности пара:

  • 1-й век н.э .: герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н.э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует паровую струю для вращения лопастей небольшого колеса, в ожидании паровой турбины, разработанной сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Кристиан Гюйгенс (1629-1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень работает от взрыва пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - это лучший способ для привода цилиндра и поршень.
  • 1698: Томас Савери (ок.1650-1715) развивает паровой водяной насос под названием «Шахтерский друг». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для перекачки воды из мин.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает Гораздо лучшая конструкция парового водяного двигателя, чем у Savery и обычно приписывают изобретение парового двигателя. Шотландский инженер по имени джеймс ватт (1736–1819) выясняет гораздо более эффективный способ получения энергии от пара после улучшения модель двигателя Newcomen.Улучшения Ватта Ньюкомена двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Кагнот (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта под высоким давлением, прокладывание пути для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровой двигатель с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775-1819) изобретает паровой пассажирский автомобиль.Как и Тревитик, он признает важность пара высокого давления и создает более 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) работает первый пароход по реке Гудзон.
  • 1819: пароходный океанский корабль "Саванна" пересекает Атлантика из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стивенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон.Начнем с того, что паровозы тянут только тяжелые угольные грузовики, а пассажиров перевозят в конных экипажах.
  • 1830: Ливерпуль и Манчестерская Железная дорога становятся первыми, кто использует паровую энергию для перевозки как пассажиров, так и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перл Улица, Нью-Йорк. Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электричества.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854-1931) разрабатывает паровую турбину для своей скоростной паровой лодки Turbinia.

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже работали на пару, прежде чем появились дизельные двигатели. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире плавучий пароход с океаном, построенный в 1947 году и выходящий на причал Суонидж в S

.

паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты

Паровой двигатель , машина, использующая энергию пара для выполнения механической работы через посредство тепла.

Паровая машина Жан-Жозефа-Этьена Ленуара. Hulton Archive / Getty Images

Британика Викторина

Гаджеты и технологии: факты или вымысел?

Голограммы сделаны с камерами.

Далее следует краткая обработка паровых двигателей. Для полной обработки мощности и производства пара и паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .

В паровом двигателе горячий пар, обычно подаваемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии преобразуется в работу. Остальная часть тепла может выходить или, для максимальной эффективности двигателя, пар может конденсироваться в отдельном устройстве, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении.Для высокой эффективности пар должен проходить через широкий температурный диапазон вследствие расширения в двигателе. Наиболее эффективные рабочие характеристики, то есть наибольшая производительность труда по отношению к поставляемому теплу, обеспечиваются при использовании низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагревать, пропуская его через перегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхность которых подвергается воздействию горячих газов в топке котла.С помощью пароперегревателей пар может быть нагрет до температуры, при которой он не вырабатывается кипящей водой.

В поршневом двигателе с поршневым и цилиндрическим типом парового двигателя пар под давлением поступает в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединяется с кривошипом на маховике для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла поступает попеременно на каждую сторону поршня. В простом паровом двигателе расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составном двигателе имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и более высокой эффективности; первый и самый маленький поршень приводятся в действие исходным паром высокого давления, а второй - паром низкого давления, выпускаемым из первого.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

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

Самые ранние паровые двигатели были научными новинками Героя Александрийского в 1 веке до н.э., такими как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с клапанами с ручным управлением для подъема воды из шахт путем всасывания путем конденсации пара. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективный паровой двигатель с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды.В 1765 году Джеймс Уотт значительно улучшил двигатель Newcomen, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра с каждым ходом. Затем Уатт разработал новый двигатель, который вращал вал, вместо того, чтобы обеспечивать простое движение насоса вверх-вниз, и добавил много других улучшений для создания практичной силовой установки.

Ротационный паровой двигатель Джеймса Уатта с солнечным и планетарным механизмом, оригинальный рисунок, 1788 год. В Музее науки, Лондон. Авторские права Британской короны, Музей науки, Лондон.

Никогда-Жозеф Куньо построил во Франции громоздкую паровую повозку для дорог еще во Франции.Ричард Тревитик в Англии был первым, кто использовал паровоз на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года успешно проехал по конному маршруту в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерческим успехом с Ракетой английского инженера Джорджа Стивенсона в 1829 году. Первым практическим пароходом был буксир Шарлотта Дунда , построенный Уильямом Симингтоном и опробованный в канале Форт и Клайд, Шотландия, в 1802 году.Роберт Фултон применил паровой двигатель к пассажирскому катеру в Соединенных Штатах в 1807 году.

Паровой двигатель Corliss вырабатывал всю энергию, использованную в Машинном зале на Столетней выставке в Филадельфии, 1876 год. Библиотека Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия

Хотя паровой двигатель уступил место двигателю внутреннего сгорания в качестве движителя транспортного средства, интерес к нему возродился во второй половине 20-го века из-за растущих проблем загрязнения воздуха, вызванных сжиганием ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания. ,

Вт и паровой двигатель

В то время как «Newcomen Engine» и «Шахтерский друг» Сэйвери, безусловно, использовали паровую технологию, сегодняшний паровой двигатель обычно приписывают работе одного человека: Джеймса Уатта.

Получив профессиональную подготовку в Лондоне, Ватт нашел работу в Университете Глазго в Шотландии. Когда один из университетских двигателей Newcomen нуждался в ремонте, Уотт оказался по колено во внутренней работе паровой технологии.Ватт вскоре осознал основной недостаток конструкции: время, пар и топливо были потрачены впустую из-за нагрева и охлаждения внутри поршневого цилиндра.

Вт решил проблему, создав отдельный конденсатор . Он добавил камеру, отдельную от цилиндра (которую он также изолировал), где пар будет охлаждаться для создания необходимого вакуума. Такое разделение позволило поршневому цилиндру сохранять ту же температуру, что и входящий пар, без потерь энергии на нагревание его и воды внутри.Кроме того, отдельный конденсатор можно поддерживать при гораздо более низкой температуре и требовать меньшего охлаждения.

Этот контент не совместим с этим устройством.

После партнерства с Мэтью Боултоном Уотт смог создать более быстрый и более экономичный двигатель, используя отдельный конденсатор. Попытка пары найти новое применение для их успешного двигателя привела к двум более важным изобретениям - двигателю двойного действия и регулятору с воздушным шариком .

Регулятор шариковой мухи создал автоматизированный метод открытия и закрытия паровых клапанов на поршне. Солнце и планетарная передача были прикреплены к колесному валу. Поскольку сила пара заставляла стержень вращаться, два шарика вращались наружу от вала. Когда они достигли своей высшей точки, они закрыли паровой клапан. Когда их вращение замедлилось, они повернули назад к стержню и заставили клапан снова открыться. Это преобразовало движение в паровом двигателе от движения вперед-назад - возвратно-поступательное движение - в круговое движение , необходимое для управления колесом.

Двигатель двойного действия помог сделать паровой двигатель более эффективным, используя мощность ранее неработающего пара для опускания поршней.

В следующем разделе мы рассмотрим Cornish Engine: следующий шаг в технологии паровых двигателей.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020