Начало изобретениям паровым двигателям положил, сделанный в XVII в. Папеном, цилиндр, оснащенный поршнем, который приходил в движение вверх энергией пара, а вниз – давлением атмосферы. Та же механика использовалась в изготовленных в 1705 году паровых машинах Севери и Ньюкомена, которые применялись для откачки воды из копей. Самое мощное развитие паровые двигатели получили благодаря Джеймсу Уатту в 1769 г. Он часто называется создателем этого, не утратившего актуальность и по сей день, механизма.
Инженеру, который представил на своем видео обзор нескольких небольших, но вполне функциональных паровых машин, принесли на ремонт пару забавных моделей, которые он с удовольствием реставрировал, вернув их к жизни.
Очень красивая модель явно иностранного производства первой половины прошлого века. Хорошие фигурные литье, множество мелких деталей и функций. Что-то уже, конечно, безнадежно сломано. Но самое главное – это паровая машина двойного действия. Простой и изящный механизм распределения пара. Все легко разбирается для детального изучения.
Простая модель парового двигателя
Звучит важно. На самом деле – забавная штучка.
Вот видео работы паровой турбины (39 секунд).
Катя все спрашивала: “А когда она полетит?” Видимо, ей колесо напоминало винт от вертолета. Да и мне эта штука напоминает космический корабль из кинофильма “Кин-дза-дза”. Пепелац 🙂
Схема работы модели паровой турбины. Рисовал Витя
Дальше мастер-класс по созданию парового двигателя:)
Для паровой турбины нам понадобится:
- 2 жестяных банки (у нас они были от сгущенки). Одна из них обязательно должна быть еще не открытая, потому что мы будем открывать ее особым способом!
- Тонкая трубка или стальной стержень, в котором надо будет просверлить отверстие.
- Гайка, шуруп, длинный гвоздь, 2 пластмассовых дюбеля
- Сухой спирт, вода.
Сначала рисуем эскиз. Примерно так:
Когда все детали продуманы, приступаем к изготовлению.
Самый интересный этап: берем целую банку, и в ее крышке пробиваем два диаметрально противоположных отверстия. Через них надо будет вылить содержимое банки. Так как у нас там была сгущенка, Витя очень быстро справился с заданием опустошить банку 🙂 Банку моем. Наш резервуар для воды готов.
Подготавливаем консервную банку 🙂
Вторую банку можно открывать как обычно, мы все равно будем разрезать ее пополам. Из нижней половины будем делать топку. Ножницами по металлу прорезаем отверстие для того, чтобы класть туда топливо. По окружности шилом делаем ряд отверстий, чтобы улучшить доступ кислорода (мы сначала не сделали, и огонь плохо разгорался).
Так выглядит топка паровой турбины
Из оставшихся от второй банки кусков жести надо вырезать колесо-крыльчатку для турбины и ушки-держалки для него. Этим занялся Витя.
Вырезание крыльчатки и держателей для нее
После этого все детали нужно припаять к резервуару. Тут уж Антон Вите помог.
Сначала по окружности к дну резервуара надо припаять топку.
С помощью тонкого сверлышка Антон сверлит отверстие в металлическом стержне. А потом припаивает все детали модели.
Затем, к верху резервуара нужно припаять сверху на одно отверстие гайку. Это будет отверстие для наливания воды. Мы его будем закручивать шурупом, чтобы пар выходил только через второе отверстие.
А на второе отверстие нужно припаять узкую трубочку и ушки для установки турбины
Модель паровой турбины. Вид сверху без крыльчатки
Подготовленная к установке крыльчатка турбины
С помощью длинного гвоздя устанавливаем турбину на место. Чтобы во время вращения она не съезжала, мы ее зафиксировали кусочками пластикового дюбеля.
Модель паровой турбины с установленной крыльчаткой
Все готово, можно наливать воду (не очень много, примерно 1/3 банки, чтобы закипала скорее), закручивать шуруп, класть в топку сухой спирт и поджигать. Как только вода закипит (где-то минут 3-5), пойдет пар и колесико закрутится.
Модель паровой турбины в действии
Мы не делали ничего, чтобы гасить огонь – таблетки сухого спирта как раз хватает на то, чтобы налюбоваться вращением. Только будьте осторожны – помните, что в банке кипящая вода, а снизу открытый огонь! Используйте прихватки и подставку для горячего из невоспламеняющихся материалов.
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:
- наличие кривошипно-шатунного механизма;
- низкий КПД по сравнению с другими типами двигателей.
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.
Да пребудут с вами Силы СВЕТА!
- Главная
- »
- Материальное
- »
- Моделизм
- »
- Разные модели
- »
- Паровая машина
2017-01-19
Добавлен раздел
Веды
Паровая машина
Немного экскурса по самим паровым машинам. Чтобы знать, что мы моделируем.
Когда говорится про паровую машину, то многие представляют какое-то огромное чудо на колёсах дышащее паром и изрыгающее клубы чёрного дыма 
.
Однако под паровой машиной понимается любое устройство, в котором работу совершает водяной пар. Такая машина не автомобиль на колёсах, а механизм преобразующий энергию пара в механическую. Затем либо используется эта механическая энергия, либо она преобразуется в электрическую энергию.
Паровая машина – тепловая машина внешнего сгорания.
Всё просто и понятно.
Какие же типы паровых машин существуют на сей момент, до чего додумалось человечество:
- Поршневые
- Турбинные
- Роторные
Первый тип, фактически всем известен и понятен. Это устройство где пар давит на поршень и далее посредством кривошипного механизма приводит во вращение вал исполнительного механизма. 
Паровая машина на заводе 
Принцип работы поршневой паровой машины
Ко второму типу, к примеру, относятся паровые машины современных атомных подводных лодок. Современные атомные подводные лодки, или ледоколы, или атомные электростанции имеют именно такую силовую установку. Ядерный реактор фактически является большой топкой с продолжительным ресурсом, которая греет воду. Пар используется для раскручивания турбин. Турбины вращают электрогенераторы. Далее электрическая энергия уже используется для привода исполнительных устройств.
Принцип работы паровой турбины
Третий тип несколько подзабыт. Наиболее успешной и эффективной была «коловратная машина» петербургского инженера-механика Н. Н. Тверского в России, во второй половине XIX века. Эти «коловратные машины» как бы прообраз роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Ещё каких-то типов паровых машин мне больше не известно. Может быть и есть что-то экзотическое или секретное, кто знает?
Модели паровых машин
Как бы ни шло время и всевозможные технологии, но паровая машина всегда вызывает интерес. И этот интерес не поддельный. Стоит только собрать любую действующую модель паровой машины.
В домашних условиях по-быстрому, как говорится, «на коленке» можно собрать самую простенькую паровую машину турбинного типа.
Однажды, ещё в прошлом XX веке, когда мне захотелось немного уйти от действительности, как бы помедитировать, обрести внутренннюю гармонию и покой, то я придумал свою модель паровой машины.
Вытачивать какие-то поршни и цилиндры, изготавливать коленчатый вал и тому подобные механические штучки я не стал. Пошёл по пути наименьшего сопротивления. В моём распоряжении тогда особых материалов не было. Мой взгляд упал на пенициллиновый пузырёк ёмкостью 10 мл. Повертел его в руках, посмотрел так и сяк. Взял медную проволоку и за горлышко подвесил пузырёк над столом, налил в него немного воды. Взял кусочек сухого спирта. Положил в баночку из под бальзама золотая звезда , раньше популярная штука такая продавалась, баночка из под него как раз по размеру под пузырёк. Положил её на керамическую плитку, соблюдаем технику безопасности. Пузырёк заткнул его же резиновой пробкой, зажёг спирт и стал нагревать воду в пузырьке.
Мои ожидания оправдались. Вода закипела и вышибла с силой пробку! Эх! Супер!
Начало моделированию паровой машины было положено. Дальше техническая мысль упёрлась в жесть консервной банки из под сгущённого молока. Скажу я вам, что это прекрасный материал, нас ещё в школе трудовик обучал как эту банку правильно разделывать, чтобы получить великолепную белую жесть. Отличный материал, паяется хорошо, прочная, лёгкая, удобная в работе.
Вот я из этой жести и смастерил турбинку. Посадил её на медную проволочку. В пробку пузырька вставил стеклянную трубочку от рапитографа (это такие инструменты чертёжника раньше были, чтобы чертежи тушью чертить), предварительно носик рапитографа нагрел в пламени спички и загнул трубочку под 90°.
Получилось уже что-то похоже на паровую турбинную машину.
Провёл ряд опытов. Потом были различные модификации. Улучшения, усовершенствования. Использовал и вертикальный вал ротора и горизонтальный. Перешёл на жидкий спирт. Горелку сделал из части шприца.
Моя модель паровой машины
Делал редукторы из часовых механизмов.
Моя модель паровой машины. Модификация
Развитие дошло до увеличения котла с 10 мл до 20 мл. Но и этого показалось мало. слишком быстро выкипала вода и работа турбинки была непродолжительна. Пришлось для котла использовать баночку от детского питания, жестяную объёмом 100 мл. В неё была вмонтирована водомерная трубка, следить за уровнем воды в котле. Из жести был спаян паросборник, а сопло использовалось от пишущего узла гелевой авторучки, из которого предварительно был вынут пишущий шарик. Соединялось сопло с паросборником посредством кусочка резинового ниппеля (трубочка такая).
Вот эта паровая машина работала уже продолжительно. Обороты турбины доходили до 2000 в мин и выше.
Делали и запускали мы эти машины с детьми. Тут сразу и урок физики, и техники, и просто посмотреть как работает это маленькое устройство очень занятно.
Дети подросли и машины были закинуты в коробку и на антресоль. Покопался и нашёл этот раритет. На представленных фотографиях вы можете увидеть как это было конструктивно выполнено.
При желании любой может повторить такие опыты по изучению работы пара. Окунуться в эпоху steam pank – эпоху паровых машин, Викторианскую эпоху.
“>
