Современный мир заставляет многих изобретателей снова возвращаться к идее применения паровой установки в средствах, предназначенных для перемещения. В машинах есть возможность использовать несколько вариантов силовых агрегатов, работающих на пару.
Современные паровые двигатели можно распределить на несколько групп:
Конструктивно установка включает в себя:
Процесс происходит следующим образом. После включения зажигания начинает поступать питание от аккумуляторной электробатареи трех двигателей. От первого в работу приводится воздуходувка, прокачивающая воздушные массы по радиатору и передающая их по воздушным каналам в смесительное устройство с горелкой.
Одновременно с этим очередной электромотор активирует насос перекачки топлива, подающий конденсатные массы из бачка по змеевидному устройству подогревательного элемента в корпусную часть отделителя воды и подогреватель, находящийся в экономайзере, в паровой генератор.
До начала запуска пару нет возможности пройти к цилиндрам, так как путь ему перекрывают клапан дросселя или золотник, которые приводятся в управление кулисной механикой. Поворачивая ручки в сторону, необходимую для передвижения, и приоткрывая клапан, механик приводит в работу паровой механизм.
Отработанные пары по единому коллектору поступают на распределительный кран, в котором разделяются на пару неодинаковых долей. Меньшая по объему часть попадает в сопло смесительной горелки, перемешивается с воздушной массой, воспламеняется от свечи. Появившееся пламя начинает подогревать контейнер. После этого продукт сгорания переходит в водоотделитель, происходит конденсирование влаги, стекающей в специальный бак для воды. Оставшийся газ уходит наружу.
Паровая установка может напрямую соединяться с приводным устройством трансмиссии машины, и с началом ее работы машина приходит в движение. Но с целью повышения кпд специалисты рекомендуют использовать механику сцепления. Это удобно при буксировочных работах и разных проверочных действиях.
Аппарат отличается способностью работать практически без ограничений, возможны перегрузки, имеется большой диапазон регулировки мощностных показателей. Следует добавить, что во время любой остановки паровой двигатель перестает работать, чего нельзя сказать про мотор.
В конструкции нет необходимости устанавливать коробку переключения скоростей, страртерное устройство, фильтр для очистки воздуха, карбюратор, турбонаддув. Кроме этого, система зажигания в упрощенном варианте, свеча только одна.
В завершении можно добавить, что производство таких машин и их эксплуатация будут обходиться дешевле, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, так как топливо будет недорогим, материалы, применяемые в производстве – самыми дешевыми.
Ровно 212 лет назад, 24 декабря 1801 года, в небольшом английском городе Камборне механик Ричард Тревитик продемонстрировал общественности первый автомобиль с паровым двигателем Dog Carts. Сегодня это событие можно было бы смело отнести в разряд хоть и примечательных, но несущественных, тем более что паровой двигатель был известен и ранее, и даже применялся на транспортных средствах (хотя назвать их автомобилями было бы очень большой натяжкой)… Но вот что интересно: именно сейчас технический прогресс породил ситуацию, поразительно напоминающую эпоху великой «битвы» пара и бензина в начале XIX века. Только бороться предстоит аккумуляторам, водороду и биотопливу. Хотите узнать, чем все закончится и кто победит? Не буду подсказывать. Намекну: технологии ни при чем…
1. Увлечение паровыми двигателями прошло, и наступило время двигателей внутреннего сгорания.
Для пользы дела повторю: в 1801 году по улицам Камборна покатился четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км.
Теперь сопоставим эти сведения с другими. В том же 1801 году француз Филипп Лебон получил патент на конструкцию поршневого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на светильном газе. Случилось так, что через три года Лебон погиб, и развивать предложенные им технические решения пришлось другим. Лишь в 1860 году бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар собрал газовый двигатель с зажиганием от электрической искры и довёл его конструкцию до степени пригодности к установке на транспортное средство.
Итак, автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания – практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%.
2. Паровая тяга - всего лишь краткий миг в истории прогресса.
Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и - внимание! - электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.
Фирма Stanley производила до 1927-го примерно 1 тыс. паровых автомобилей в год. В Англии паровые грузовики успешно конкурировали с бензиновыми до 1933 года и проиграли лишь по причине введения властями налога на тяжёлый грузовой транспорт и снижения тарифов на импорт жидких нефтепродуктов из США.
3. Паровая машина неэффективна и неэкономична.
Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.
Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.
4. Паровой двигатель медленно запускается. И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.
5. Паровой автомобиль слишком нетороплив.
Это не так. Рекорд скорости 1906 года - 205,44 км/час – принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде – 241,7 км/час.
6. Паровой автомобиль дымит, он неэстетичен.
Рассматривая старинные рисунки, на которых изображены первые паровые экипажи, выбрасывающие из своих труб густые клубы дыма и огня (что, кстати, свидетельствует о несовершенстве топок первых «паровиков»), понимаешь, откуда взялась стойкая ассоциация паровой машины и копоти.
Что касается внешнего вида машин, дело тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнера Добля (США) некрасивы. Напротив, они элегантны даже по теперешним представлениям. И ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро - до 130 км/час.
Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.
7. Паровой двигатель капризен. Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.
Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач - сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.
Есть два направления современных паромобилей: рекордные машины, предназначенные для скоростных заездов, и самоделки энтузиастов парового движения.
Inspiration (2009). Современный паровой автомобиль №1, рекордный болид, спроектированный шотландцем Гленном Боушером для того, чтобы побить рекорд скорости для паровых автомобилей, установленный на машине Stanley Steamer в далёком 1906 году. 26 августа 2009 года, 103 года спустя, Inspiration разогнался до 239 км/ч, став самым быстрым паровым автомобилем в истории.
Pellandini Mk 1 Steam Cat (1977). Попытка австралийца Питера Пелландайна, владельца небольшой компании по производству лёгких спорткаров, внедрить практически применимый и удобный паровой автомобиль. Он даже сумел «выбить» под этот проект деньги из руководства штата Южная Австралия.
Pelland Steam Car Mk II (1982). Второй паровой болид Питера Пелландайна. На нём он пытался поставить рекорд скорости для паровых машин. Но не получилось. Хотя машина получилась очень динамичной и разгонялась до сотни за 8 секунд. Позже Пелландайн построил ещё две версии машины.
Keen Steamliner No. 2 (1963). В 1943 и 1963 годах инженер Чарльз Кин построил два самодельных паровых автомобиля, известных соответственно как Keen Steamliner No. 1 и No. 2. Про второй автомобиль очень много писали в прессе и даже предполагали его промышленное производство. Кин использовал стеклопластиковый кузов от кит-кара Victress S4, но всю ходовую часть и двигатель собрал самостоятельно.
Steam Speed America (2012). Рекордный паровой автомобиль, построенный группой энтузиастов для заездов в Бонневилле в 2014 году. Воз, правда, и ныне там, после неудачных заездов (аварии) 2014 года Steam Speed America находится на уровне испытаний и рекордных заездов больше не проводил.
Cyclone (2012). Прямой конкурент предыдущего болида, даже названия команд очень похожи (эта называется Team Steam USA). Рекордный болид был представлен в Орландо, но пока так и не принял участия в полноценных заездах.
Barber-Nichols Steamin" Demon (1977). В 1985 году на этой машине, для которой использовался кузов от кит-кара Aztec 7, пилот Боб Барбер разогнался до 234,33 км/ч. Рекорд не был официально признан FIA из-за нарушений в правилах заездов (Барбер провёл оба заезда в одну сторону, в то время как правила требуют провести их в противоположных, причём в течение часа). Тем не менее, именно эта попытка была первый реальным успехом на пути к преодолению рекорда 1906 года.
Chevelle SE-124 (1969). Конверсия классического Chevrolet Chevelle в паромобиль, выполненная Биллом Беслером по заказу General Motors. GM исследовала ходовые и экономические возможности паровых двигателей в применении к дорожным автомобилям.
Модель корабля приводится в движение при помощи пароводяного реактивного двигателя. Судно с этим движком — не прогрессивное открытие (ее систему запатентовал 125 лет назад британец Перкинс), в прочем оно наглядно показывает работу простого реактивного мотора.
Рис. 1 Корабль с паровым двигателем. 1 — пароводяной движок, 2 — пластинка из слюды или же асбеста; 3 — топка; 4 — сопловое выходное отверстие поперечником 0,5 мм.
Вместо кораблика возможно было бы применить модель автомашины. На кораблик пал выбор из за большей защищенности в отношении пожара. Опыт проводят, имея под рукою сосуд с водой, к примеру, ванночку или же таз.
Корпус возможно изготовить из дерева (например, сосны) или же из пластмассы (пенополистирола), использовать готовый корпус игрушечного полиэтиленового кораблика. Движком станет малая жестяная банка, которая заполняется на 1/4 объема водой.
На борту под движком нужно вместить топку. Известно, что нагреваемая вода преобразуется в пар, который, расширяясь, давит на стены корпуса мотора и выходит с большой скоростью, из отверстия сопла, в итоге чего появляется тяга, необходимая для перемещения. На тыльной стене банки-двигателя надо просверлить отверстие не больше 0,5 мм. Если отверстие будет больше, то время работы мотора станет довольно коротким, а скорость истечения — маленькой.
Оптимальный диаметр отверстия сопла можно определить опытным путем. Он будет соответствовать самому быстрому движению модели. В этом случае тяга будет наибольшей. В качестве топки возможно применить дюралевую или же железную крышку жестяной банки (например, от банки из-под мази, крема или же пасты для обуви).
В качестве топлива применим «сухой спирт» в таблетках.
Для предохранения корабля от возгорания на палубу крепим слой асбеста (1,5-2 мм). Если корпус кораблика деревянный, хорошенько его отшлифуйте и покройте нитролаком несколько раз. Гладкая поверхность уменьшает сопротивление в воде и ваш кораблик обязательно поплывет. Модель кораблика должна быть максимально легкой. Конструкция и размеры приведены на рисунке.
После наполнения бака водой подожгите спирт, положенный в крышку-топку (это следует делать, когда кораблик находится на поверхности воды). Спустя несколько десятков секунд вода в бачке зашумит, и из сопла начнет вырываться тонкая струйка пара. Теперь руль можно установить таким образом, чтобы кораблик двигалась по кругу, и в течение нескольких минут (от 2 до 4) вы будете наблюдать работу простейшего реактивного двигателя.
Паровая машина за всю свою историю имела много вариаций воплощения в металл. Одним из таких воплощений — был паровой роторный двигатель инженера-механика Н.Н. Тверского. Этот паровой роторный двигатель (паровая машина) активно эксплуатировался в различных областях техники и транспорт. В русской технической традиции 19-го века такой роторный двигатель назывался — коловратная машина.
Двигатель отличался долговечностью, эффективностью и высоким крутящим моментом. Но с появлением паровых турбин был забыт. Ниже представлены архивные материалы, поднятые автором этого сайта. Материалы весьма обширны, поэтому пока здесь представлена только часть их.
Паровой роторный двигатель Н.Н.Тверского
Пробная прокрутка сжатым воздухом (3,5 атм) парового роторного двигателя.
Модель расчитана на 10 кВт мощности при 1500 об/мин на давлении пара в 28-30 атм.
В конце 19-го века паровые двигатели — «коловратные машины Н.Тверского» были забыты потому, что поршневые паровые машины оказались проще и технологичнее в производстве (для производств того времени), а паровые турбины давали большую мощность.
Но замечание в отношении паровых турбин справдливо лишь в их больших массо-габаритных размерах. Действительно — при мощности болше 1,5-2 тыс. кВТ паровые многоцилиндровые турбины выигрывают по всем параметрам у паровых роторных двигателей, даже при дороговизне турбин. И в в начале 20-го века, когда судовые силовые установки и силовые агрегаты электростанций начинали иметь мощность во многие десятки тысяч киловатт, то только турбины и могли обеспечить такие возможности.
НО — у паровых турбин есть другой недостаток. При масштабировании их массо-габаритных парамеров в сторону уменьшения, ТТХ паровых турбин резко ухудшаются. Значительно снижается удельная мощность, падает КПД, при том что дороговизна изготовления и высокие обороты главного вала (потребность в редукторе) — остаются. Именно поэтому — в области мощностей менее 1,5 тыс. кВт (1,5 мВт) эффективную по всем параметрам паровую турбину найти практически невозможно, даже за большие деньги…
Именно поэтому в этой диапазоне мощностей появился целый «букет» экзотических и мало известных конструкций. Но чаще всего- так же дорогостоящих и малоэффективных… Винтовые турбины, турбины Тесла, осевые турбины и проч.
Но- почему-то все забыли про паровые «коловратные машины» — роторные паровые двигатели. А между тем — эти паровые машины многократно дешевле, чем любые лопаточные и винтовые механизмы (это я говорю со знанием дела- как человек изготовивший на свои деньги уже более десятка таких машин). При этом паровые «коловратные машины Н.Тверского» — имеют мощный крутящий момент с самых малых оборотов, обладают средней частотой вращения главного вала на полных оборотах от 1000 до 3000 об/мин. Т.е. такие машины хоть для электрогенератора, хоть для парового авто (автомобиля- грузовика, трактора, тягача) — не будут требовать редуктора, счепления и проч., а будут своим валом на прямую содиняться с динамо-машиной, колесами парового автомобиля и проч.
Итак- в виде парового роторного двигателя — системы «коловратной машины Н.Тверского» мы имеем универсальную паровую машину, которая прекрасно будет вырабатывать электричество питаясь от котла на твердом топливе в отдалённом лесхозе или таежном поселке, на полевом стане или вырабатывать электричество в котельной сельского поселения или «крутиться» на отходах технологического тепла (горячем воздухе) на кирпичном или цементном заводе, на литейном производстве и пр и др.
Все подобные источники тепла как раз и имеют мощность менее 1 мВт, поэтому и общепринятые турбины тут малопригодны. А других машин для утилицации тепла путем перевода в работу давления полученного пара- общая техническая практика пока не знает. Вот и не утилизирыется это тепло никак — оно просто теряется глупо и безвозвратно.
Я уже создал «паровую коловратную машину» для привода электрогенератора в 3.5 — 5 кВт (зависит от давления в пара), если все будет как планирую- то скоро будет машина и в 25 и в 40 кВт. Как раз — то что надо, чтобы обеспечивать дешевым электричеством от котла на твердом топливе или на отходах технологического тепла сельскую усадьбу, небольшое фермерское хозяйство, полевой стан и пр. и др.
В принципе — роторные двигатели хорошо масштабируются в сторону увеличения, поэтому — насаживая на один вал множество роторных секций легко многократно увеличивать мощность таких машин, просто увеличивая количество стандартных роторных модулей. Т.е вполне можно создавать паровые роторные машины мощностью 80-160-240-320 и более кВт…
Но, кроме средних и относительно крупных паросиловых установок, паросиловые схемы с малыми паровыми роторными двигателями будут востребованы и в малых силовых установках.
Например- одно из моих изобретений- «Походно-туристический электрогенератор на местном твердом топливе».
Ниже представлено видео, где испытывается упрощенный прототип такого устройства.
Но маленький паровой двигатель уже весело и энергично крутит свой электрогенератор и на дровах и прочем подножном топливе выдает электроэнергию.
Основное направление коммерческого и технического применения паровых роторных двигателей (коловратных паровых машин) — это выработка дешевого электричества на дешевом твердом топливе и горючих отходах. Т.е. малая энергетика- распределенная электрогенерация на паровых роторных двигателях. Представьте, как будет отлично вписываться роторный паровой двигатель в схему работы лесопилки- пилорамы, где нибудь на Русском Севере или в Сибири (Дальнем Востоке) где нет центрального электроснабжения, электричество дает задорого дизель-генератор на привозной издалека солярке. Зато сама лесопилка производит в день минимум полтонны щепы- опилок — горбыля, который девать некуда…
Таким древесным отходам — прямая дорога в топку котла, котел дает пар высокого давления, пар приводит в действие роторный паровой двигатель и тот крутит электрогенератор.
Точно так же можно сжигать безграничные по объемам миллионы тонн пожнивных отходов сельского хозяйства и проч. А есть еще дешевый торф, дешевый энергетический уголь и проч. Автор сайта посчитал, что затраты на топливо при выработке электричества через малую паросиловую установку (паровую машину) с паровым роторным двигателем мощностью в 500 кВт будут от 0,8 до 1,
2 рубля за киловатт.
Еще интересный вариант применения парового роторного двигателя — это установка такой паровой машины на паровой автомобиль. Грузовик — тягач паровой автомобиль, с мощным крутящим моментом и применяющий дешевое твердое топливо — очень нужная паровая машина в сельском хозяйстве и в лесной отрасли.
При применении современных технологий и материалов, а так же использование в термодинамическом цикле «Органичесокго цикла Ренкина» позволят довести эффективный КПД до 26-28% на дешевом твердом топливе (или недорогом жидком, типа «печного топлива» или отработанного машинного масла). Т.е. грузовик — тягач с паровой машиной
Грузовик НАМИ-012, с паровым двигателем. СССР, 1954 г
и мощностью роторного парового двигателя около 100 кВт, будет расходовать на 100 км около 25-28 кг энергетического угля (стоимость 5-6 руб за кг) или около 40-45 кг щепы- опилок (цена которых на Севере- забирай даром)…
Есть еще много интересных и перспективных областей применения роторного парового двигателя, но размеры этой странички не позволяют все их подробно рассмотреть. В итоге- паровая машина может занять еще очень заметное место во многих областях современной техники и во многих отраслях народного хозяйства.
ЗАПУСКИ ОПЫТНОЙ МОДЕЛИ ПАРОСИЛОВОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Май -2018г. После длительных экспериментов и опытных образцов сделан малый котел высокого давления. Котел опрессован на 80 атм давления, так что будет держать рабочее давление в 40-60 атм без затруднений. Запущен в работу с опытной моделью парового аксиально-поршневого двигателя моей конструкции. Работает прекрасно- смотри видео. За 12-14 минут от розжига на дровах готов давать пар высокого давления.
Сейчас я начинаю готовиться к штучному производству таких установок- котел высокого давления, паровой двигатель (роторный или аксиально-поршневой), конденсатор. Установки будут работать по замкнутой схеме с оборотом «вода- пар- конденсат».
Спрос на такие генераторы весьма большой, ибо 60% теорритории России не имеют центрального электроснабжения и сидят на дизельгенерации.
А цена солярки все время растет и уже достигла 41-42 руб за литр. Да и там где электричество есть- энергокомпании тарифы все поднимают, а за подключение новых мощностей требуют больших денег.
Современный мир заставляет многих изобретателей снова возвращаться к идее применения паровой установки в средствах, предназначенных для перемещения. В машинах есть возможность использовать несколько вариантов силовых агрегатов, работающих на пару.
Современные паровые двигатели можно распределить на несколько групп:
Конструктивно установка включает в себя:
Процесс происходит следующим образом.
После включения зажигания начинает поступать питание от аккумуляторной электробатареи трех двигателей. От первого в работу приводится воздуходувка, прокачивающая воздушные массы по радиатору и передающая их по воздушным каналам в смесительное устройство с горелкой.
Одновременно с этим очередной электромотор активирует насос перекачки топлива, подающий конденсатные массы из бачка по змеевидному устройству подогревательного элемента в корпусную часть отделителя воды и подогреватель, находящийся в экономайзере, в паровой генератор.
До начала запуска пару нет возможности пройти к цилиндрам, так как путь ему перекрывают клапан дросселя или золотник, которые приводятся в управление кулисной механикой. Поворачивая ручки в сторону, необходимую для передвижения, и приоткрывая клапан, механик приводит в работу паровой механизм.
Отработанные пары по единому коллектору поступают на распределительный кран, в котором разделяются на пару неодинаковых долей. Меньшая по объему часть попадает в сопло смесительной горелки, перемешивается с воздушной массой, воспламеняется от свечи.
Появившееся пламя начинает подогревать контейнер. После этого продукт сгорания переходит в водоотделитель, происходит конденсирование влаги, стекающей в специальный бак для воды. Оставшийся газ уходит наружу.
Вторая часть пара, большая по объему, по крану-распределителю переходит в турбину, приводящую во вращение роторное устройство электрического генератора.
Паровая установка может напрямую соединяться с приводным устройством трансмиссии машины, и с началом ее работы машина приходит в движение. Но с целью повышения кпд специалисты рекомендуют использовать механику сцепления. Это удобно при буксировочных работах и разных проверочных действиях.
В процессе движения механик, учитывая обстановку, может изменить скорость, манипулируя мощностью парового поршня. Это можно выполнить, дросселируя пар клапаном, или изменять подачу пара кулисным устройством. На практике лучше использовать первый вариант, так как действия напоминают работу педалью газа, но более экономичный способ – задействование кулисного механизма.
Для непродолжительных остановок водитель притормаживает и кулисой останавливает работу агрегата. Для длительной стоянки отключается электрическая схема, обесточивающая воздуходувку и топливный насос.
Аппарат отличается способностью работать практически без ограничений, возможны перегрузки, имеется большой диапазон регулировки мощностных показателей. Следует добавить, что во время любой остановки паровой двигатель перестает работать, чего нельзя сказать про мотор.
В конструкции нет необходимости устанавливать коробку переключения скоростей, страртерное устройство, фильтр для очистки воздуха, карбюратор, турбонаддув. Кроме этого, система зажигания в упрощенном варианте, свеча только одна.
В завершении можно добавить, что производство таких машин и их эксплуатация будут обходиться дешевле, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, так как топливо будет недорогим, материалы, применяемые в производстве – самыми дешевыми.
Паровые двигатели были установлены и приводили в движение большую часть паровозов в период начала 1800 и вплоть до 1950 годов прошлого века.
Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался неизменным, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.
На анимированной иллюстрации приведен принцип работы парового двигателя.
Для генерации подаваемого на двигатель пара использовались котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.
Первый такт
Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан (обозначена синим цветом) попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.
Выпуск
В самом конце движения поршня к НМТ паровой клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно, расположенное ниже клапана. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.
Второй такт
В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.
Выпуск
В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все то же выпускное окно.
Цикл повторяется заново.
Паровой двигатель имеет т.н. мертвую точку в конце каждого хода, когда клапан переходит от такта расширения к выпуску. По этой причине каждый паровой двигатель имеет два цилиндра, что позволяет запускать двигатель из любого положения.
Новости СМИ2
kaz-news.ru | ekhut.ru | omsk-media.ru | samara-press.ru | ufa-press.ru
| Страницы >>> | ||
| Файл | Краткое описание | Размер |
 |
Г.С.Жирицкий. Паровые машины
. Москва: Госэнергоиздат, 1951 год. В книга рассматриваются идеальные процессы в паровых машинах, реальные процессы в паровой машие, исследование рабочего процесса машины при помощи индикаторной диаграммы, машины многократного расширения, золотниковые парораспределения, клапанные парораспределения, парораспределение в прямоточных машинах, реверсивные механизмы, динамика паровой машины и т.д. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
27.8 Mb |
 |
А.А.Радциг. Джеймс Уатт и изобретение паровой машины
. Петроград: Научно химико-техническое издательство, 1924 год. Усовершенствование паровой машины, сделанное Уаттом и конце XVIII столетия, является одним из крупнейших событий в истории техники. Оно имело неисчислимые экономические последствия, так как явилось последним и решающим звеном в целом ряде важных изобретений, сделанных и Англии во второй половине XVIII столетия и поведших к быстрому и полному развитию крупной капиталистической промышленности как в самой Англии, так затем и в других странах Европы. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
0.99 Mb |
 |
М. Лесников. Джеймс Уатт
. Москва: Издатель «Журналобъединение», 1935 год. В настоящем издании представлен биографический роман о Джемсе Уатте (1736-1819), английском изобретателе, создателе универсального теплового двигателя. Изобрел (1774-84) паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой применил центробежный регулятор, передачу от штока цилиндра к балансиру с параллелограммом и др. Машина Уатта сыграла большую роль в переходе к машинному производству. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
67.4 Mb |
 |
А.С.Ястржембский. Техническая термодинамика
. Москва-Ленинград: Государственное Энергетическое Издательство, 1933 год. Излагаются общетеоретические положения в свете двух основных законов термодинамики. Так как техническая термодинамика дает основание для изучения паровых котлов и тепловых двигателей, то в настоящем курсе с возможной полнотой проведено исследование процессов трансформирования тепловой энергии в механическую в паровых машинах и в двигателях внутреннего сгорания. Во второй части, при изучении идеального цикла паровой машины, мятия пара и истечения паров из отверстий, отмечено значение диаграммы i-S водяного пара, применение которой упрощает задачу исследования.Особое место уделено изложению термодинамики газового потока и циклам двигателей внутреннего сгорания. |
51.2 Mb |
 |
Монтаж котельных установок
. Научный редактор инж. Ю.М.Ривкин. Москва: ГосСтройИздат, 1961 год. Настоящая книга предназначена для повышения мастерства слесарей-монтажников, ведущих монтаж котельных установок малой и средней мощности, знакомых с приемами слесарных работ. |
9.9 Mb |
 |
Е.Я.Соколов. Теплофикация и тепловые сети
. Москва-Ленинград: Государственное энергетическое издательство, 1963 год. В книге изложены энергетические основы теплофикации, описаны системы теплоснабжения, даны теория и методика расчета тепловых сетей, рассмотрены методы регулирования отпуска тепла, приведены конструкции и методы расчета оборудования теплоподготовительных установок, тепловых сетей и абонентских вводов, даны основные сведения по методике технико-экономических расчетов и по организации эксплуатации тепловых сетей. |
11.2 Mb |
 |
А.И.Абрамов, А.В.Иванов-Смоленский. Расчёт и конструкция гидрогенераторов
В современных электрических системах электрическая энергия вырабатывается главным образом на тепловых электрических станциях при помощи турбогенераторов, а на гидроэлектростанциях – при помощи гидрогенераторов. Поэтому гидрогенераторы и турбогенераторы занимают ведущее место в тематике курсового и дипломного проектирования электромеханических и электро энергетических специальностей втузов. В настоящем пособии приведено описание конструкции гидрогенераторов, обоснован выбор их размеров и изложена методика электромагнитного, теплового, вентиляционного и механического расчетов с краткими пояснениями к расчетним формулам. Для облегчения изучения материала приведен пример расчета гидрогенератора. При составлении пособия авторы использовали современную литературу по технологии изготовления, конструкции и расчету гидрогенераторов, сокращенный список который приведен в конце книги. |
10.7 Mb |
 |
Ф.Л.Ливенцев. Силовые установки с двигателями внутреннего сгорания
. Ленинград: Издательство «Машиностроение», 1969 год. В книге рассмотрены современные типовые силовые установки различного назначения с ДВС. Даны рекомендации по выбору параметров и расчету элементов систем топливоподготовки, топливопитания и охлаждения, масляных и воздушно-пусковых систем, газовоздушных трактов. Дан анализ требований к установкам с ДВС, обеспечивающих их высокую эффективность, надежность и долговечность. |
11.2 Mb |
 |
М.И.Камский. Пар-богатырь
. Рисунки В.В.Спасского. Москва: 7-я типография «Моспечать», 1922 год. …На родине Уатта, в городской думе городка Гринока находится памятник ему с надписью: «Родился в Гриноке в 1736 г., умер в 1819 г.». Здесь же до сих пор существует основанная им еще при жизни библиотека его имени, а в Глазговском университете ежегодно выдаются из пожертвованного Уаттом капитала премии за лучшие научные сочинения по Механике, физике и химии. Но Джемсу Уатту, в сущности, не нужно никаких других памятников, кроме тех бесчисленных паровых машин которые во всех углах земли, шумят, стучат и гудят, работая на рее человечество. |
10.6 Mb |
 |
А.С.Абрамов и Б.И.Шейнин. Топливо, топки и котельные установки
. Москва: Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1953 год. В книге рассматриваются основные свойства топлив и процессов его сжигания. Приводится методика определения теплового баланса котельной установки. Приводятся различные конструкции топочных устройств. Описываются конструкции различных котлов – водогрейных и паровых, от водотрубных до жаротрубных и с дымогарными трубами. Дается информация по монтажу и эксплуатации котлов, их обвязки – арматура, КИП. Рассматриваются вопросы топливоподачи, газоснабжение, склады топлива, золоудаление, химобработка воды на станциях, вспомогательное оборудование (насосы, вентиляторы, трубопроводы…) также рассмотрены в книге. Дана информация о компоновочных решениях и стоимости расчета отпуска тепла. |
9.15 Mb |
 |
В. Домбровский, А. Шмульян. Победа Прометея
. Рассказы об электричестве. Ленинград: Издательство «Детская Литература», 1966 год. Эта книга - об электричестве. В ней нет полного изложения теории электричества или описания всевозможных способов применения электроэнергии. Для этого не хватило бы десяти таких книг. Когда люди овладели электричеством, перед ними открылись невиданные возможности облегчения, механизации физического труда. О машинах, которые позволили это сделать, о применении электричества как двигательной силы рассказано в этой книге. Но электричество позволяет не только умножать силу рук человеческих, но и силу человеческого ума, механизировать не только физический, но и умственный труд. О том, как это можно сделать, мы тоже попытались рассказать. Если эта книга хоть немного поможет юным читателям представить тот великий путь, который прошла техника от первых открытий до сегодняшнего дня, и увидеть широту того горизонта, который открывает перед нами день завтрашний, мы сможем считать нашу задачу выполненной. |
23.6 Mb |
 |
В.Н.Богословский, В.П.Щеглов. Отопление и вентиляция
. Москва: Издательство литературы по строительству, 1970 год. Настоящий учебник предназначен для студентов факультета «Водоснабжение и канализация» строительных вузов. Он написан в соответствии с утвержденной Министерством высшего и среднего специального образования СССР программой по курсу «Отопление и вентиляция». Задача учебника - дать студентам основные сведения об устройстве, расчете, монтаже, испытании и эксплуатации систем отопления и вентиляции. Материалы справочного характера приведены в объеме, необходимом для выполнения курсового проекта по отоплению и вентиляции. |
5.25 Mb |
 |
А.С.Орлин, М.Г.Круглов. Комбинированные двухтактные двигатели
. Москва: Издательство «Машиностроение», 1968 год. В книге содержатся основы теории процессов газообмена в цилиндре и в смежных с ним системах двухтактных комбинированных двигателей. Приводятся приближенные зависимости, относящиеся к влиянию неустановившегося движения при газообмене, и результаты экспериментальных работ в этой области. |
15.8 Mb |
 |
М.К.Вайсбейн. Тепловые двигатели
. Паровые машины, коловратные машины, паровые турбины, воздушные машины и двигатели внутреннего сгорания. Теория, устройство, установка, испытание тепловых двигателей и уход за ними. Руководство для химиков, техников и владельцев тепловых машин. С-Петербург: Издание К.Л.Риккера, 1910 год. Цель этого труда — ознакомить лиц, не получивших систематического технического образования, с теорией тепловых двигателей, их устройством, установкой, уходом за ними и испытанием их. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
7.3 Mb |
 |
Николай Божерянов Теория паровых машин
, с приложением подробного описания машины двойного действия по системе Ватта и Больтона. Одобрено Морским Ученым Комитетом и напечатано с Высочайшего соизволения.
СанктПетербург: Типография морского кадетского корпуса, 1849 год. |
42.6 Mb |
 |
В.К. Богомазов, А.Д. Беркута, П.П. Куликовский. Паровые двигатели
. Киев: Государственное издательство технической литературы УССР, 1952 год. В книге рассматривается теория, конструкции и эксплуатация паровых машин, паровых турбин и конденсационных установок и даются основы расчета паровых двигателей и их деталей. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
6.09 Mb |
 |
Лопатин П.И. Победа пара
. Москва: Новая Москва, 1925 год. «Скажи - ты знаешь, кто создал нам наши фабрики и заводы, кто первый дал человеку возможность мчаться на поездах по железной дороге и смело переплывать океаны? Знаешь ли ты, кто первый создал автомобиль и тот самый трактор, который так прилежно и послушно выполняет сейчас тяжелую работу в нашем сельском хозяйстве? Знаком ли ты с тем, кто победил лошадь и вола и первый завоевал воздух, позволив человеку не только держаться в воздухе, но и управлять своей летательной машиной, посылать ее туда, куда хочет он, а не капризный ветер? Все это сделал пар, самый простой водяной пар, который играет с крышкой твоего чайника, „поет» в самоваре и белыми клубами поднимается над поверхностью кипящей воды. Ты на него раньше никогда не обращал внимания, и тебе в голову не приходило, чтобы ни на что не нужный водяной пар мог выполнять такую громадную работу, победить сушу, воду и воздух и создать почти всю современную промышленность.» Прислал книгу Станкевич Леонид . |
10.1 Mb |
 |
Щуров М.В. Руководство по двигателям внутреннего сгорания
. Москва-Ленинград: Государственное энергетическое издательство, 1955 год. В книге рассмотрены устройство и принципы работы двигателей распространенных в СССР типов, инструкции по уходу за двигателями, организация их ремонтов, основные ремонтные работы, даны сведения по экономике двигателей и оценке их мощности и нагрузки и освещены вопросы организации рабочего места и труда машиниста. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
11.5 Mb |
 |
Инженер-технолог Серебренников А. Основания теории паровых машин и котлов
. С.-Петербург: Печатано в типографии Карла Вульфа, 1860 год. В настоящее время наука о производстве работы парами принадлежит к числу знаний, возбуждающих живейший интерес. Действительно, едва ли какая другая наука, в практическом отношении, сделала в такое короткое время подобные успехи, как употребление пара для всевозможных приложений. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
109 Mb |
 |
Быстроходные дизели 4Ч 10,5/13-2 и 6Ч 10,5/13-2
. Описание и инструкции по обслуживанию. Главный редактор инж. В.К.Сердюк. Москва — Киев: МАШГИЗ, 1960 год. В книге описаны конструкции и излагаются основные правила обслуживания и ухода за дизелями 4Ч 10,5/13-2 и 6Ч 10,5/13-2. Книга рассчитана на механиков и мотористов, обслуживающих указанные дизели. Прислал книгу Станкевич Леонид . |
14.3 Mb |
| Страницы >>> |
Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в механическую энергию, отдаваемую потребителю.
С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.
Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может перемещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верхних пароподводящих канала 1 и 3 соединены трубопроводом с паровым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.
На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и 11 закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу 1 поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы 1 и 9 закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы 1 и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня.
Для преобразования этого движения во вращательное применяется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.
Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу Р , направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие: К , направленную вдоль шатуна, и N , перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила К передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу Z , направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу Т , перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то
Т = К sin (? + ?).
Но из треугольника ОКР сила
K= P/ cos ?
поэтому
T= Psin ( ? + ?) / cos ? ,
При работе машины за один оборот вала углы ? и ? и сила Р непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциальной) силы Т также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоянная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила Т возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой Т , становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою скорость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.
При крайних положениях поршня углы? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее усилие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.
При мертвых положениях поршень не доводится до соприкосновения с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного пространства включается также объем паровых каналов от органов парораспределения до цилиндра.
Ходом поршня S называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа - радиус кривошипа - обозначить через R, то S = 2R.
Рабочим объемом цилиндра V h называется объем, описываемый поршнем.
Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины одностороннего действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких машинах остается открытой.
В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмосферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар используется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр.)
