Як зробити паровий двигун. Схеми сучасних парових машин

Рівно 212 років тому, 24 грудня 1801 року, у невеликому англійському місті Камборні механік Річард Тревітік продемонстрував громадськості перший автомобіль із паровим двигуном Dog Carts. Сьогодні цю подію можна було б сміливо віднести в розряд хоч і примітних, але несуттєвих, тим більше, що паровий двигун був відомий і раніше, і навіть застосовувався на транспортних засобах (хоча назвати їх автомобілями було б дуже великою натяжкою). саме зараз технічний прогрес породив ситуацію, яка напрочуд нагадує епоху великої «битви» пари і бензину на початку XIX століття. Тільки боротися належить акумуляторам, водню та біопаливу. Хочете дізнатися, чим усе закінчиться і хто переможе? Не підказуватиму. Натякну: технології ні до чого…

1. Захоплення паровими двигунами пройшло, і настав час двигунів внутрішнього згоряння. Для користі справи повторю: 1801 року вулицями Камборна покотився чотириколісний екіпаж, здатний з відносним комфортом і нешвидко перевозити вісім пасажирів. Автомобіль рухався одноциліндровим паровим двигуном, а паливом служило вугілля. Створенням парових транспортних засобів зайнялися з ентузіазмом, і вже у 20-х роках ХІХ століття пасажирські парові омнібуси перевозили пасажирів зі швидкістю до 30 км/год, а середній міжремонтний пробіг досяг 2,5–3 тис. км.

Тепер можна порівняти ці відомості з іншими. У тому ж 1801 француз Філіп Лебон отримав патент на конструкцію поршневого двигунавнутрішнього згоряння, що працював на світильному газі. Сталося так, що за три роки Лебон загинув, і розвивати запропоновані ним технічні рішення довелося іншим. Лише у 1860 році бельгійський інженер Жан Етьєн Ленуар зібрав газовий двигун із запаленням від електричної іскри та довів його конструкцію до ступеня придатності до встановлення на транспортний засіб.

Отже, автомобільні паровий двигун та двигун внутрішнього згоряння – практично ровесники. ККД паровий машинитієї конструкції й у роки становив близько 10%. ККД двигунаЛенуар був всього 4%. Тільки через 22 роки, до 1882-го, Август Отто вдосконалив його настільки, що ККД тепер уже бензинового двигуна сягнув... аж 15%.

2. Парова тяга - лише короткий момент історія прогресу.Почавшись у 1801 році, історія парового транспорту активно тривала майже 159 років. 1960-го (!) у США все ще будувалися автобуси та вантажівки з паровими двигунами. Парові машини за цей час удосконалилися дуже значно. У 1900 році в США 50% парку автомобілів були "на пару". Вже в ті роки виникла конкуренція між паровими, бензиновими та – увага! - Електричними екіпажами. Після ринкового успіху "Моделі-Т" Форда і, здавалося б, поразки парового двигунановий сплеск популярності парових авто припав на 20-і роки минулого століття: вартість палива для них (мазут, гас) була значно нижчою від вартості бензину.

Фірма Stanley виробляла до 1927 приблизно 1 тис. парових автомобілів на рік. В Англії парові вантажівки успішно конкурували з бензиновими до 1933 року і програли лише через введення владою податку на важкий. вантажний транспортта зниження тарифів на імпорт рідких нафтопродуктів із США.

3. Парова машина неефективна та неекономічна.Так, колись це було саме так. "Класичний" паровий двигун, який випускав відпрацьовану пару в атмосферу, має ККД не більше 8%. Однак паровий двигун із конденсатором та профільованою проточною частиною має ККД до 25–30%. Парова турбіна забезпечує 30-42%. Парогазові установки, де використовуються «у зв'язці» газові та парові турбіни, мають ККД до 55–65%. Остання обставина спонукала інженерів компанії BMW почати опрацювання варіантів використання цієї схеми в автомобілях. До речі, ККД сучасних бензинових двигунівскладає 34%.

Вартість виготовлення парового двигуна в усі часи була нижчою від вартості карбюраторного і дизельних двигунівтієї ж потужності. Витрата рідкого палива в нових парових двигунах, що працюють у замкнутому циклі на перегрітій (сухій) парі та оснащені сучасними системами мастила, якісними підшипниками та електронними системамирегулювання робочого циклу становить всього 40% від попереднього.

4. Паровий двигун повільно запускається.І це було колись… Навіть серійні автомобіліФірми Stanley «розводили пари» від 10 до 20 хвилин. Удосконалення конструкції котла та використання каскадного режиму нагрівання дозволило скоротити час готовності до 40–60 секунд.

5. Паровий автомобіль занадто неквапливий.Це не так. Рекорд швидкості 1906 - 205,44 км / год - належить паровому автомобілю. У ті роки автомобілі на бензинових моторах так швидко їздити не вміли. 1985-го на паровому автомобілі роз'їжджали зі швидкістю 234,33 км/год. А у 2009 році група британських інженерів сконструювала паротурбінний «болід» з паровим приводом потужністю 360 л. с., який був здатний переміщатися з рекордної середньою швидкістюу заїзді – 241,7 км/год.

6. Паровий автомобіль димить, він неестетичний.Розглядаючи старовинні малюнки, на яких зображені перші парові екіпажі, що викидають зі своїх труб густі клуби диму та вогню (що, до речі, свідчить про недосконалість топок перших «паровиків»), розумієш, звідки взялася стійка асоціація парової машини та кіптяви.

Щодо зовнішнього вигляду машин, справа тут, звичайно, залежить від рівня дизайнера. Навряд чи хтось скаже, що парові автомобілі Абнера Добля (США) негарні. Навпаки, вони елегантні навіть за теперішнім уявленням. І їздили до того ж безшумно, плавно та швидко – до 130 км/год.

Цікаво, що сучасні дослідження в галузі водневого палива для автомобільних моторів породили ряд «бічних відгалужень»: водень як паливо для класичних поршневих парових двигунів і особливо для паротурбінних машин забезпечує абсолютну екологічність. «Дим» від такого мотора є… водяною парою.

7. Паровий двигун примхливий.Це не правда. Він конструктивно значно простіше двигунавнутрішнього згоряння, що саме означає велику надійність і невибагливість. Ресурс парових моторів складає багато десятків тисяч годин безперервної роботи, що не властиво іншим типам двигунів. Однак цим справа не обмежується. Через принципи роботи паровий двигун не втрачає ефективності при зниженні атмосферного тиску. Саме тому транспортні засоби на паровій тязі виключно добре підходять для використання у високогір'ї, на важких гірських перевалах.

Цікаво відзначити ще одну корисну властивість парового двигуна, яким він, до речі, схожий з електромотором постійного струму. Зниження частоти обертання валу (наприклад, при зростанні навантаження) викликає зростання моменту, що крутить. В силу цієї якості автомобілям з паровими двигунами важливо не потрібні коробки передач - самі по собі дуже складні і часом примхливі механізми.

Огляд музейної експозиції я пропущу та перейду одразу до машинного залу. Кому цікаво, той може знайти повну версію посту в мжжж. Машинний зал знаходиться у цьому будинку:

29. Зайшовши всередину, у мене сперло подих від захоплення - всередині зали була найкрасивіша парова машина з усіх, що мені доводилося бачити. То справжній храм стимпанка - сакральне місце всім адептів естетики парової ери. Я був вражений побаченим і зрозумів, що зовсім не дарма заїхав у це містечко та відвідав цей музей.

30. Крім величезної парової машини, що є головним музейним об'єктом, тут також були представлені різні зразки парових машин поменше, а на численних інфостендах розповідалась історія парової техніки. На цьому знімку ви бачите повністю функціонувальну парову машину потужністю 12 к.с.

31. Рука для масштабування. Машина була створена у 1920 році.

32. Поруч із головним музейним екземпляром експонується компресор 1940 року випуску.

33. Цей компресор у минулому використовувався у залізничних майстернях вокзалу Вердау.

34. Ну а тепер розглянемо детальніше центральний експонат музейної експозиції - парову 600-сильну машину 1899 випуску, якій і буде присвячена друга половина цієї посади.

35. Парова машина є символом індустріальної революції, що сталася в Європі наприкінці 18-го - початку 19-го століття. Хоча перші зразки парових машин створювалися різними винахідниками ще на початку 18-го століття, але всі вони були непридатні для промислового використання так як мали ряд недоліків. Масове застосування парових машин в індустрії стало можливим лише після того, як шотландський винахідник Джеймс Уатт удосконалив механізм парової машини, зробивши її легкою в управлінні, безпечною і в п'ять разів потужнішою до цього зразків.

36. Джеймс Уатт запатентував свій винахід у 1775 році і вже в 1880-х роках його парові машини починають проникати на підприємства, ставши каталізатором індустріальної революції. Сталося це передусім тому, що Джеймсу Уатту вдалося створити механізм перетворення поступального руху парової машини на обертальне. Всі існуючі до цього парові машини могли виробляти лише поступальні рухи і використовуватися тільки як насоси. А винахід Уатта вже міг обертати колесо млина чи привід фабричних верстатів.

37. У 1800 році фірма Уатта і його компаньйона Болтона виробила 496 парових машин з яких лише 164 використовувалися як насоси. А вже 1810 року в Англії налічувалося 5 тисяч парових машин, і ця кількість у найближчі 15 років потроїлася. У 1790 році між Філадельфією і Берлінгтоном в США став курсувати перший паровий човен, що перевозив до тридцяти пасажирів, а в 1804 Річард Тревінтік побудував перший діючий паровий локомотив. Почалася ера парових машин, яка тривала все дев'ятнадцяте століття, а на залізниціі першу половину двадцятого.

38. Це була коротка історична довідка, повернемося до головного об'єкту музейної експозиції. Парова машина, яку ви бачите на знімках, була виготовлена ​​фірмою Zwikauer Maschinenfabrik AG у 1899 році та встановлена ​​в машинному залі прядильної фабрики "C.F.Schmelzer und Sohn". Парова машина призначалася для приводу прядильних верстатів і в цій ролі використовувалася до 1941 року.

39. Шикарний шильдик. У той час індустріальна техніка робилася з великою увагою до естетичного вигляду та стилю, була важлива не лише функціональність, а й краса, що відображено у кожній деталі цієї машини. На початку ХХ століття негарну техніку просто ніхто не купив би.

40. Прядильна фабрика "C.F. Schmelzer und Sohn" була заснована в 1820 році на місці теперішнього музею. Вже в 1841 році на фабриці була встановлена ​​перша парова машина потужністю 8 к.с. для приводу прядильних машин, яка в 1899 році була замінена новою більш потужною та сучасною.

41. Фабрика проіснувала до 1941 року, потім провадження було зупинено у зв'язку з початком війни. Всі сорок два роки машина використовувалася за призначенням, як привод прядильних верстатів, а після закінчення війни в 1945 - 1951 роки служила як резервне джерело електроенергії, після чого була остаточно списана з балансу підприємства.

42. Як і багатьох її побратимів, машину чекав би розпив, якби не один фактор. Ця машина була першою паровою машиною Німеччини, яка отримувала пару трубами від розташованої на відстані котельні. Крім того вона мала систему регулювання осей від фірми PROELL. Завдяки цим факторам машина отримала у 1959 році статус історичної пам'ятки та стала музейною. На жаль, усі фабричні корпуси та корпус котельні були знесені у 1992 році. Ця машинна зала - єдине, що залишилося від колишньої прядильної фабрики.

43. Чарівна естетика парової ери!

44. Шильдик на корпусі системи регулювання осей фірми PROELL. Система регулювала відсічення - кількість пари, яка впускається в циліндр. Більше відсікання - більше економічність, але менша потужність.

45. Прилади.

46. ​​За своєю конструкцією дана машинає парової машиною багаторазового розширення (або як їх ще називають компаунд-машиною). У машинах цього пар послідовно розширюється у кількох циліндрах зростаючого обсягу, переходячи з циліндра в циліндр, що дозволяє значно підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна. Ця машина має три циліндри: у центрі кадру знаходиться циліндр високого тиску- саме в нього подавався свіжа пара з котельні, потім після циклу розширення, пара перепускалася в циліндр середнього тиску, що розташований праворуч від циліндра високого тиску.

47. Здійснивши роботу, пара з циліндра середнього тиску переміщалася в циліндр низького тиску, який ви бачите на цьому знімку, після чого, здійснивши останнє розширення, випускався назовні окремою трубою. Таким чином досягалося найбільш повне використанняенергії пара.

48. Стаціонарна потужність цієї установки становила 400-450 л.с., максимальна 600 л.с.

49. Гайковий койч для ремонту та обслуговування машини вражає розмірами. Під ним канати, за допомогою яких обертальний рух передавався з маховика машини на трансмісію, з'єднану з прядильними верстатами.

50. Бездоганна естетика Belle Époque у кожному гвинтику.

51. На цьому фото можна детально розглянути пристрій машини. Пар, що розширюється в циліндрі, передавав енергію на поршень, який у свою чергу здійснював поступальний рух, передаючи його на кривошипно-повзунний механізм, в якому воно трансформувалося в обертальне і передавалося на маховик і далі на трансмісію.

52. У минулому з паровою машиною також був з'єднаний генератор електричного струму, який також зберігся у чудовому оригінальному стані.

53. У минулому генератор знаходився на цьому місці.

54. Механізм передачі крутного моменту з маховика на генератор.

55. Зараз на місці генератора встановлений електродвигун, за допомогою якого кілька днів на рік парову машину надають руху на потіху публіці. У музеї щороку проводяться "Дні пари" - захід, що поєднує любителів та модельістів парових машин. Цими днями парова машина теж наводиться в рух.

56. Оригінальний генератор постійного струму тепер стоїть осторонь. У минулому він використовувався для вироблення електрики для освітлення фабрики.

57. Вироблено фірмою "Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther" у Вердау 1899 року, якщо вірити інфотабличці, але на оригінальному шильдику стоїть рік 1901 року.

58. Так як я був єдиним відвідувачем музею того дня, ніхто не заважав мені насолоджуватися естетикою цього місця наодинці з машиною. До того ж, відсутність людей сприяла отриманню хороших фотографій.

59. Тепер кілька слів про трансмісію. Як видно на цьому знімку, поверхня маховика має 12 канавок для канатів, за допомогою яких обертальний рух маховика передавався далі на елементи трансмісії.

60. Трансмісія, що складається з коліс різного діаметра, з'єднаних валами, розподіляла обертальний рух на кілька поверхів фабричного корпусу, на яких розташовувалися прядильні верстати, що працюють від енергії, переданої за допомогою трансмісії від парової машини.

61. Маховик з канавками для канатів крупним планом.

62. Тут добре видно елементи трансмісії, за допомогою яких момент, що крутить, передавався на вал, що проходить під землею і передає обертальний рух в прилеглий до машинного залу корпус фабрики, в якому розташовувалися верстати.

63. На жаль, фабрична будівля не збереглася і за дверима, що вела до сусіднього корпусу, тепер лише порожнеча.

64. Окремо варто відзначити щит управління електрообладнанням, який сам по собі є витвором мистецтва.

65. Мармурова дошка в красивій дерев'яній рамці з рядами важелів і запобіжників, розкішний ліхтар, стильні прилади - Belle Époque у всій красі.

66. Два величезні запобіжники, розташовані між ліхтарем та приладами, вражають.

67. Запобіжники, важелі, регулятори – все обладнання естетично привабливе. Видно, що при створенні цього щита про зовнішньому виглядідбали далеко не в останню чергу.

68. Під кожним важелем і запобіжником розташований "гудзик" з написом, що цей важіль включає/вимикає.

69. Пишність техніки періоду "прекрасної епохи".

70. На завершення розповіді повернемося до машини і насолодимося чудовою гармонією та естетикою її деталей.

71. Вентилі керування окремими вузлами машини.

72. Краплинні масляни, призначені для змащення вузлів, що рухаються, і агрегатів машини.

73. Цей прилад називається прес-маслянка. Від рухомої частини машини наводяться в рух черв'яки, що переміщають поршень масляни, а він нагнітає масло до поверхонь, що труться. Після того, як поршень дійде до мертвої точки, його обертанням ручки піднімають назад і цикл повторюється.

74. Як гарно! Чисте захоплення!

75. Циліндри машини з колонками впускних клапанів.

76. Ще масляни.

77. Естетика стимпанку у класичному вигляді.

78. Розподільний валмашини, що регулює подачу пари в циліндри.

79.

80.

81. Все це дуже гарно! Я отримав величезний заряд натхнення та радісних емоцій під час відвідин цієї машинної зали.

82. Якщо вас раптом доля занесе до Цвікау, відвідайте обов'язково цей музей, не пошкодуєте. Сайт музею та його координати: 50°43"58"N 12°22"25"E

12 квітня 1933 р. Вільям Беслер стартував з муніципального аеродрому міста Окленд у Каліфорнії літаком з паровим двигуном.
Газети написали:

«Зліт був нормальним у всіх відносинах, за винятком відсутності шуму. Фактично, коли літак уже відокремився від землі, спостерігачам здавалося, що він не набрав достатньої швидкості. на повної потужностішум був помітний не більше, ніж при літаку, що планує. Можна було чути лише свист повітря. При роботі на повній парі гвинт робив лише невеликий шум. Можна було розрізняти через шум гвинта звук полум'я.

Коли літак йшов на посадку і перетинав кордон поля, то гвинт зупинявся і пускався повільно. зворотний бікза допомогою перекладу реверсу та подальшого малого відкривання дроселя. Навіть при дуже повільному зворотному обертанні гвинта зниження помітно ставало крутішим. Негайно після торкання землі пілот давав повний задній хід, який разом із гальмами швидко зупиняв машину. Короткий пробіг особливо був помітний у цьому випадку, тому що під час випробування була безвітряна погода, і зазвичай пробіг при посадці досягав кількох сотень футів».

На початку XX століття рекорди висоти, досягнутої літаками, ставилися майже щороку:

Стратосфера обіцяла чималі вигоди для польоту: менший опір повітря, сталість вітрів, відсутність хмарності, скритність, недосяжність для ППО. Але як злетіти на висоту, наприклад, 20 км?

Потужність двигуна падає швидше, ніж щільність повітря.

На висоті 7000 м потужність двигуна зменшується майже втричі. З метою підвищення висотних якостей літаків ще наприкінці імперіалістичної війни робилися спроби застосовувати наддув, у період 1924-1929 рр. нагнітачі ще більше впроваджуються у виробництво. Однак забезпечити збереження потужності двигуна внутрішнього згоряння на висотах понад 10 км стає дедалі важче.

Прагнучи підняти «межа висоти», конструктори всіх країн все частіше звертають свої погляди на парову машину, що має ряд переваг як висотний двигун. Окремі країни, як, наприклад, Німеччину, штовхнули на цей шлях і стратегічні міркування, а саме необхідність на випадок великої війни домогтися незалежності від привізної нафти.

За останні рокибуло зроблено численні спроби встановити паровий двигун на літак. Швидке зростання авіаційної промисловості напередодні кризи і монопольні ціни на її продукцію дозволили не поспішати з реалізацією досвідчених робіт і винаходів, що накопичилися. Ці спроби, що прийняли особливий розмах у період економічної кризи 1929-1933 років. і депресії, що настала потім, - не випадкове явище для капіталізму. У пресі, особливо в Америці та Франції, часто кидалися закиди великим концернам про наявність у них угод про штучну затримку реалізації нових винаходів.

Намітилися два напрямки. Одне представлено в Америці Беслером, який встановив на літак звичайну поршневу машину, інше зумовлено застосуванням турбіни в якості авіаційного двигуна і пов'язано, головним чином, з роботами німецьких конструкторів.

Брати Беслер взяли за основу поршневу парову машину Добля для автомобіля та встановили її на біплан Тревел-Ер [опис їхнього демонстраційного польоту наведено на початку посту].
Відео того польоту:

Машина забезпечена реверсивним механізмом, за допомогою якого можна легко та швидко змінювати напрямок обертання валу машини не тільки в польоті, але і при посадці літака. Двигун крім пропелера надає руху через сполучну муфту вентилятор, що нагнітає повітря в пальник. При старті користуються невеликим електричним двигуном.

Машина розвивала потужність 90 к.с., але в умовах відомого форсування котла її потужність можна довести до 135 л. с.
Тиск пари в котлі 125 ат. Температура пари підтримувалася близько 400-430 °. З метою максимальної автоматизації роботи котла було застосовано нормалізатор або прилад, допомогою якого вода впорскувалась під відомим тиском у перегрівач, як тільки температура пари перевищувала 400°. Котел був забезпечений поживним насосом і паровим приводом, а також первинним і вторинним підігрівачами живильної води, що обігріваються відпрацьованою парою.

На літаку було встановлено два конденсатори. Більш потужний перероблений з радіатора двигуна ОХ-5 і встановлений зверху фюзеляжу. Менш потужний виготовлений з конденсатора парового автомобіля Добля і розташований під фюзеляжем. Продуктивність конденсаторів, як стверджували у пресі, виявилася недостатньою для роботи парової машини на повному дроселі без випуску в атмосферу "і приблизно відповідала 90% крейсерської потужності". Досліди показали, що при витраті 152 л пального потрібно було мати 38 л води.

Загальна вага парової установки літака складала 4,5 кг на 1 л. с. Порівняно з мотором ОХ-5, який працював на цьому літаку, це давало зайву вагу 300 фунтів (136 кг). Не підлягає сумніву, що вага всієї установки могла бути значно знижена при полегшенні деталей двигуна та конденсаторів.
Паливом служив газойль. У пресі стверджували, що «між включенням запалення та пуском на повний хід пройшло не більше 5 хв.».

Інший напрямок у розвитку паросилової установки для авіації пов'язане з використанням парової турбіни як двигун.
У 1932-1934 pp. в іноземний друк проникли відомості про сконструйовану в Німеччині на електрозаводі Клінганберга оригінальну парову турбіну для літака. Автором її називали головного інженера цього заводу Хютнер.
Пароутворювач і турбіна разом з конденсатором тут були об'єднані в один агрегат, що обертається, що має загальний корпус. Хютнер зауважує: «Двигун представляє силову установку, відмінна характерна особливість якої полягає в тому, що генератор, що обертається, пара утворює одне конструктивне і експлоатаційне ціле з обертається в протилежному напрямку турбіною і конденсатором».
Основною частиною турбіни є котел, що обертається, утворений з цілого ряду V-подібних трубок, причому одне коліно цих трубок з'єднане з колектором для поживної води, інше - з парозбірником. Котел показано на фіг. 143.

Трубки розташовані радіально навколо осі і обертаються зі швидкістю 3000-5000 об/хв. Вода, що надходить у трубки, спрямовується під дією відцентрової сили в ліві гілки V-подібних трубок, праве коліно яких виконує роль генератора пари. Ліве коліно трубок має ребра, що нагріваються полум'ям від форсунок. Вода, проходячи повз цих ребер, перетворюється на пару, причому під впливом відцентрових сил, що виникають при обертанні котла, відбувається підвищення тиску пари. Тиск регулюється автоматично. Різниця густин в обох гілках трубок (пар і вода) дає змінну різницю рівнів, що є функцією відцентрової сили, а отже, і швидкості обертання. Схема такого агрегату показано на фіг. 144.

Особливістю конструкції котла є розташування трубок, при якому під час обертання створюється розрідження в камері згоряння, і таким чином котел виконує роль всмоктуючого вентилятора. Таким чином, як стверджує Хютнер, «обертанням котла зумовлюються одночасно і живлення його, і рух гарячих газів, і рух води, що охолоджує».

Пуск турбіни в хід вимагає лише 30 сек. Хютнер розраховував отримати к. п. д. казана 88% і к. п. д. турбіни 80%. Турбіна та котел потребують запуску в пускових моторах.

У 1934 р. у пресі промайнуло повідомлення про розробку проекту великого літака в Німеччині, обладнаного турбіною з котлом, що обертається. Через два роки у французькій пресі стверджували, що в умовах великої засекреченості військовим відомством у Німеччині побудований спеціальний літак. Для нього сконструйовано пару силова установкасистеми Хютнера потужністю 2500 л. с. Довжина літака 22 м, розмах крил 32 м, політна вага (приблизна) 14 т, абсолютна стеля літака 14000 м, швидкість польоту на висоті 10000 м - 420 км/год, підйом на висоту 10 км - 30 хвилин.
Цілком можливо, що ці повідомлення в пресі значно перебільшені, але безсумнівно, що німецькі конструктори працюють над цією проблемою, і майбутня війна може принести тут несподівані сюрпризи.

У чому полягає перевага турбіни перед двигуном внутрішнього згоряння?
1. Відсутність зворотно-поступального руху при високих швидкостях обертання дозволяє зробити турбіну досить компактною та менших розмірів, ніж сучасні потужні авіаційні мотори.
2. Важливою перевагою є відносна безшумність роботи парового двигуна, що важливо як з погляду військової, так і в сенсі можливості полегшення літака за рахунок звукоізолюючого обладнання на пасажирських літаках.
3. Парова турбіна, на відміну від моторів внутрішнього згоряння, що майже не допускають перевантаження, може бути перевантажується на короткий період до 100% при постійній швидкості. Ця перевага турбіни дає можливість зменшити довжину розбігу літака та полегшує його підйом у повітря.
4. Простота конструкції і відсутність великої кількості рухомих і деталей, що спрацьовують, становлять також важливу перевагу турбіни, роблячи її більш надійною і довговічною в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння.
5. Істотне значення має також відсутність на паровій установці магнето, роботу якого можна впливати з допомогою радіохвиль.
6. Можливість використовувати важке паливо (нафту, мазут), крім економічних переваг, зумовлює велику безпеку парового двигуна в пожежному відношенні. Створюється також можливість теплофікувати літак.
7. Головна ж перевага парового двигуна полягає у збереженні його номінальної потужності з підйомом на висоту.

Одне з заперечень проти парового двигуна походить, головним чином, від аеродинаміків і зводиться до розмірів та можливостей охолодження конденсатора. Дійсно, паровий конденсатор має поверхню в 5-6 разів більшу, ніж водяний радіатор двигуна внутрішнього згоряння.
Ось чому, прагнучи знизити лобовий опір такого конденсатора, конструктори дійшли розміщення конденсатора безпосередньо по поверхні крил у вигляді суцільного ряду трубок, наступних точно контуру і профілю крила. Крім надання значної жорсткості, це зменшить і небезпеку зледеніння літака.

Є, звичайно, ще ціла низка інших технічних труднощів в експлоатації турбіни літаком.
- Невідома поведінка форсунки на високих висотах.
- Для зміни швидкого навантаження турбіни, що є однією з умов роботи авіаційного двигуна, необхідно мати запас води або парозбірник.
- Відомі труднощі представляє і розробка гарного автоматичного пристроюдля регулювання турбіни.
- Неясно також і гіроскопічна дія турбіни, що швидко обертається на літаку.

Все ж таки досягнуті успіхи дають підстави сподіватися, що найближчим часом парова силова установка знайде своє місце в сучасному повітряному флоті, особливо на транспортних комерційних літаках, а також великих дирижаблях. Найважче в цій галузі вже зроблено, і практики-інженери зможуть досягти кінцевого успіху.

Почав свою експансію ще на початку 19 століття. І вже тоді будувалися як великі агрегати для промислових цілей, а й декоративні. Здебільшого їхніми покупцями були багаті вельможі, які хотіли потішити себе та своїх дітлахів. Після того, як парові агрегати щільно увійшли в життя соціуму, декоративні двигуни почали застосовуватися в університетах і школах як освітні зразки.

Парові двигуни сучасності

На початку 20 століття актуальність парових машин почала падати. Однією з небагатьох компаній, яка продовжила випуск декоративних міні-двигунів, стала британська фірма Mamod, яка дозволяє придбати зразок подібної техніки навіть сьогодні. Але вартість таких парових двигунів легко перевалює за дві сотні фунтів стерлінгів, що не так і мало для дрібнички на кілька вечорів. Тим більше для тих, хто любить збирати всілякі механізми самостійно, набагато цікавіше створити простий паровий двигун своїми руками.

Дуже просте. Вогонь нагріває казан з водою. Під дією температури вода перетворюється на пару, яка штовхає поршень. Поки в ємності є вода, з'єднаний з поршнем маховик обертатиметься. Це стандартна схема будови парового двигуна. Але можна зібрати модель і зовсім іншу комплектацію.

Що ж, перейдемо від теоретичної частини до цікавіших речей. Якщо вам цікаво робити щось своїми руками, і вас дивують такі екзотичні машини, то ця стаття саме для вас, в ній ми з радістю розповімо про різні способи того, як зібрати двигун паровий. При цьому сам процес створення механізму дарує не меншу радість, ніж його запуск.

Метод 1: міні-паровий двигун своїми руками

Тож почнемо. Зберемо найпростіший паровий двигун своїми руками. Креслення, складні інструменти та особливі знання при цьому не потрібні.

Спочатку беремо з-під будь-якого напою. Відрізаємо від неї нижню третину. Так як в результаті отримаємо гострі краї, їх необхідно загнути всередину плоскогубцями. Робимо це обережно, щоби не порізатися. Так як більшість алюмінієвих банок мають увігнуте дно, необхідно його вирівняти. Досить щільно притиснути його пальцем до якоїсь твердої поверхні.

На відстані 1,5 см від верхнього краю отриманого «склянки» необхідно зробити два отвори один навпроти одного. Бажано для цього використовувати дирокол, тому що необхідно, щоб вони вийшли в діаметрі не менше 3 мм. На дно банки кладемо декоративну свічку. Тепер беремо звичайну столову фольгу, мені її, після чого обертаємо з усіх боків нашу міні-пальник.

Міні-сопла

Далі потрібно взяти шматок мідної трубки довжиною 15-20 см. Важливо, щоб усередині вона була порожнистою, тому що це буде наш головний механізм приведення конструкції в рух. Центральну частину трубки обертають навколо олівця 2 або 3 рази так, щоб вийшла невелика спіраль.

Тепер необхідно розмістити цей елемент так, щоб вигнуте місце розміщувалося безпосередньо над ґнотом свічки. Для цього надаємо трубці форми літери "М". При цьому виводимо ділянки, що опускаються вниз, через отвори в банку. Таким чином, мідна трубка жорстко фіксується над ґнотом, а її краї є своєрідними соплами. Для того, щоб конструкція могла обертатися, необхідно відігнути протилежні кінці «М-елемента» на 90 градусів у різні боки. Конструкція парового двигуна готова.

Запуск двигуна

Банку розміщують у ємності із водою. При цьому необхідно щоб краї трубки знаходилися під її поверхнею. Якщо сопла недостатньо довгі, можна додати на дно банки невеликий грузик. Але будьте обережні – не потопіть весь двигун.

Тепер необхідно заповнити трубку водою. Для цього можна опустити один край у воду, а другим втягувати повітря, як через трубочку. Опускаємо банку на воду. Підпалюємо гніт свічки. Через деякий час вода в спіралі перетвориться на пару, яка під тиском вилітатиме з протилежних кінців сопел. Банк почне обертатися в ємності досить швидко. Ось такий у нас вийшов двигун своїми руками паровий. Як бачите все просто.

Модель парового двигуна для дорослих

Тепер ускладнимо завдання. Зберемо серйозніший двигун своїми руками паровий. Спочатку необхідно взяти банку з-під фарби. При цьому слід переконатись, що вона абсолютно чиста. На стінці на 2-3 см від дна вирізаємо прямокутник з розмірами 15 х 5 см. Довга сторона розміщується паралельно дну банки. З металевої сітки вирізаємо шматок площею 12 х 24 см. З обох кінців довгої сторони відміряємо 6 см. Відгинаємо ці ділянки під кутом 90 градусів. У нас виходить маленький "столик-платформа" площею 12 х 12 см з ногами по 6 см. Встановлюємо отриману конструкцію на дно банки.

По периметру кришки необхідно зробити кілька отворів та розмістити їх у формі півкола уздовж однієї половини кришки. Бажано, щоб отвори мали діаметр близько 1 см. Це необхідно для того, щоб забезпечити належну вентиляцію внутрішнього простору. Паровий двигун не зможе добре працювати, якщо до джерела вогню не потраплятиме достатня кількість повітря.

Основний елемент

З мідної трубки робимо спіраль. Необхідно взяти близько 6 метрів м'якої мідної трубки діаметром 1/4 дюйма (0,64 см). Від одного кінця відміряємо 30 см. Починаючи з цієї точки, необхідно зробити п'ять витків спіралі діаметром 12 см кожна. Решту труби згинають у 15 кілець діаметром по 8 см. Таким чином, на іншому кінці має залишитися 20 см вільної трубки.

Обидва виведення пропускають через вентиляційні отвори у кришці банки. Якщо виявиться, що довжини прямої ділянки недостатньо для цього, можна розігнути один виток спіралі. На заздалегідь встановлену платформу кладуть вугілля. При цьому спіраль має розміщуватися якраз над цим майданчиком. Вугілля акуратно розкладають між її витками. Тепер банку можна закрити. У результаті ми отримали топку, яка приведе в дію двигун. Своїми руками паровий двигун майже зроблено. Залишилося небагато.

Ємність для води

Тепер необхідно взяти ще одну банку з-під фарби, але меншого розміру. У центрі її кришки свердлять отвір діаметром 1 см. Збоку банки роблять ще два отвори — один майже біля дна, другий — вище, біля кришки.

Беруть дві кірки, в центрі яких роблять отвір з діаметрів мідної трубки. В одну кірку вставляють 25 см пластикової труби, в іншій — 10 см, так, щоб їхній край ледь виглядав із пробок. У нижній отвір малої банки вставляють кірку з довгою трубкою, у верхню - більш коротку трубку. Меншу банку розміщуємо на великій банці фарби так, щоб отвір на дні був на протилежному боці від вентиляційних проходів великої банки.

Результат

У результаті має вийти наступна конструкція. У малу банку заливається вода, яка через отвір у дні витікає у мідну трубку. Під спіраллю розпалюється вогонь, що нагріває мідну ємність. Гаряча пара піднімається трубкою вгору.

Для того, щоб механізм вийшов завершеним, необхідно приєднати до верхнього кінця мідної трубки поршень і маховик. У результаті теплова енергія горіння перетворюватиметься на механічні сили обертання колеса. Існує величезна кількість різних схемдля створення такого двигуна зовнішнього згоряння, але у всіх них завжди задіяні два елементи - вогонь та вода.

Крім такої конструкції, можна зібрати паровий але це матеріал для окремої статті.

Можливості використання енергії пари були відомі на початку нашої ери. Це підтверджує прилад під назвою Геронівський еоліпіл, створений давньогрецьким механіком Героном Олександрійським. Давній винахід можна віднести до парової турбіни, куля якої оберталася завдяки силі струменів водяної пари.

Пристосувати пару для роботи двигунів стало можливим у XVII столітті. Користувалися подібним винаходом недовго, проте він зробив істотний внесок у розвиток людства. До того ж історія винаходу парових машин дуже цікава.

Концепція

Парова машина складається з теплового двигуназовнішнього згоряння, що з енергії водяної пари створює механічний рух поршня, а той, у свою чергу, обертає вал. Потужність парової машини прийнято вимірювати у ВАТ.

Історія винаходу

Історія винаходу парових машин пов'язана із знаннями давньогрецької цивілізації. Довгий час працями цієї доби ніхто не користувався. У XVI столітті було зроблено спробу створити парову турбіну. Працював над цим у Єгипті турецький фізик та інженер Такіюддін аш-Шамі.

Інтерес до цієї проблеми знову виник XVII столітті. У 1629 році Джованні Бранка запропонував свій варіант парової турбіни. Однак винаходи втрачали велику кількість енергії. Подальші розробки вимагали відповідних економічних умов, які з'являться пізніше.

Першим, хто винайшов парову машину, вважається Дені Папен. Винахід був циліндром з поршнем, що піднімається за рахунок пари і опускається в результаті його згущення. Такий самий принцип роботи мали пристрої Севері та Ньюкомена (1705). Обладнання застосовували для викачування води з виробок для видобутку корисних копалин.

Остаточно удосконалити пристрій вдалося Уатту у 1769 році.

Винаходи Дені Папена

Дені Папен був за освітою медиком. Народившись у Франції, 1675 року він переїхав до Англії. Він відомий багатьма своїми винаходами. Одним із них є скороварка, яку називали «Папенів котел».

Йому вдалося виявити залежність між двома явищами, а саме температурою кипіння рідини (води) і тиском, що з'являється. Завдяки цьому він створив герметичний котел, усередині якого тиск був підвищений, через що вода закипала пізніше, ніж звичайно, і підвищувалася температура обробки вміщених у нього продуктів. Таким чином, збільшувалася швидкість приготування їжі.

У 1674 році медик-винахідник створив пороховий двигун. Його робота полягала в тому, що під час займання пороху в циліндрі переміщався поршень. У циліндрі утворювався слабкий вакуум, і атмосферний тиск повертав поршень на місце. Газоподібні елементи, що утворюються при цьому, виходили через клапан, а ті, що залишилися, охолоджувалися.

До 1698 Папену вдалося створити за таким же принципом агрегат, що працює не на пороху, а на воді. Таким чином, перша парова машина була створена. Незважаючи на суттєвий прогрес, до якого могла привести ідея, суттєвої вигоди вона не принесла своєму винахіднику. Пов'язано це було з тим, що раніше інший механік Сейвері вже запатентував паровий насос, а іншого застосування для подібних агрегатів до цього часу ще не придумали.

Дені Папен помер у Лондоні в 1714 році. Незважаючи на те, що перша парова машина була винайдена ним, він залишив цей світ у злиднях і самоті.

Винаходи Томаса Ньюкомена

Найщасливішим у плані дивідендів виявився англієць Ньюкомен. Коли Папен створив свою машину Томасові було 35 років. Він уважно вивчив роботи Сейвері та Папена та зміг зрозуміти недоліки обох конструкцій. З них він узяв усі найкращі ідеї.

Вже до 1712 року у співпраці з майстром зі скла та водопроводів Джоном Каллі він створив свою першу модель. Так продовжилася історія винаходу парових машин.

Коротко можна пояснити створену модель так:

• Конструкція поєднувала вертикальний циліндр і поршень, як у Папена.
• Створення пари відбувалося в окремому казані, який працював за принципом машини Сейвері.
• Герметичність у паровому циліндрі досягалася за рахунок шкіри, якою був обтягнутий поршень.

Агрегат Ньюкомена піднімав воду з копалень за допомогою впливу атмосферного тиску. Машина відрізнялася солідними розмірами та вимагала для роботи великої кількості вугілля. Незважаючи на ці недоліки, модель Ньюкомена використовували у шахтах півстоліття. Вона навіть дозволила знову відкрити шахти, закинуті через підтоплення ґрунтовими водами.

У 1722 році дітище Ньюкомена довело свою ефективність, відкачавши воду з корабля в Кронштадті лише за два тижні. Система з вітряком змогла б зробити це за рік.

Через те, що машину було створено на основі ранніх варіантів, англійський механік не зміг отримати на неї патент. Конструктори намагалися застосувати винахід для руху траспортного засобуале невдало. На цьому історія винаходу парових машин не припинилася.

Винахід Уатта

Першим винайшов обладнання компактних розмірів, але досить потужне Джеймс Уатт. Парова машина була першою у своєму роді. Механік з університету Глазго в 1763 почав лагодити паровий агрегат Ньюкомена. Внаслідок ремонту він зрозумів, як скоротити витрату палива. Для цього необхідно було тримати циліндр у постійно нагрітому стані. Однак парова машина Уатта не могла бути готовою, поки не вирішилася проблема конденсації пари.

Рішення прийшло, коли механік проходив повз пральні та помітив, що клуби пари виходять з-під кришок котлів. Він зрозумів, що пара - це газ, і йому потрібно переміщатися в циліндрі зі зниженим тиском.

Добившись герметичності всередині парового циліндра за допомогою прядив'яної мотузки, просоченої олією, Уатт зміг відмовитися від атмосферного тиску. Це стало великим кроком уперед.

У 1769 році механік отримав патент, в якому прописувалося, що температура двигуна в паровій машині буде завжди дорівнює температурі пари. Однак справи невдахи винахідника йшли не так добре, як очікувалося. Він змушений був закласти патент за борги.

В 1772 він знайомиться з Метью Болтоном, який був багатим промисловцем. Той викупив та повернув Уатту його патенти. Винахідник повернувся до роботи, яку підтримував Болтон. У 1773 році парова машина Уатта пройшла випробування і показала, що споживає вугілля значно менше від своїх аналогів. Через рік в Англії розпочався випуск його машин.

У 1781 році винахіднику вдалося запатентувати свій наступний витвір - парову машину для приведення в рух промислових верстатів. Згодом усі ці технології дозволять рухати за допомогою пари поїзда та пароплави. Це повністю переверне життя людини.

Одним із людей, які змінили життя багатьох, став Джеймс Уатт, парова машина якого прискорила технічний прогрес.

Винахід Ползунова

Проект першої парової машини, яка могла наводити на дію різноманітні робочі механізми, було створено 1763 року. Розробив його російський механік І. Ползунов, який працював на гірничорудних заводах Алтаю.

Начальник заводів був ознайомлений з проектом і отримав добро створення пристрою з Петербурга. Парова машина Ползунова була визнана, і її створення було покладено на автора проекту. Останній хотів спочатку зібрати модель у мініатюрі, щоб виявити та усунути можливі недоліки, які не видно на папері. Однак йому наказали розпочати будівництво великої потужної машини.

Повзунову надали помічників, з яких двоє були схильні до механіки, а двоє мали виконувати підсобні роботи. На створення парової машини пішов один рік та дев'ять місяців. Коли парова машина Ползунова була майже готова, він захворів на сухоти. Помер автор за кілька днів до проведення перших випробувань.

Усі дії в машині проходили автоматично, вона могла працювати безперервно. Це було доведено 1766 року, коли учні Ползунова провели останні випробування. За місяць обладнання було здано в експлуатацію.

Машина не просто окупила витрачені кошти, а й дала прибуток своїм власникам. До осені дав котел тек, і роботи зупинилися. Агрегат можна було відремонтувати, але це не зацікавило заводське начальство. Машина була занедбана, а через десятиліття розібрана через непотрібність.

Принцип дії

Для роботи всієї системи потрібний паровий котел. Пар, що утворився, розширюється і тисне на поршень, в результаті чого відбувається рух механічних частин.

Принцип дії краще вивчити за допомогою ілюстрації, наведеної нижче.

Якщо не розписувати деталі, то робота парової машини полягає в перетворенні енергії пари на механічний рух поршня.

Коефіцієнт корисної дії

ККД парової машини визначається ставленням корисної механічної роботи по відношенню до витраченої кількості тепла, що міститься в паливі. У розрахунок не береться енергія, що виділяється в навколишнє середовищеяк тепло.

ККД парової машини вимірюється у відсотках. Практичний ККД складатиме 1-8%. За наявності конденсатора та розширення проточної частини показник може зрости до 25%.

Переваги

Головною перевагою парового обладнання є те, що котел як паливо може використовувати будь-яке джерело тепла, як вугілля, так і уран. Це суттєво відрізняє його від двигуна внутрішнього згоряння. Залежно від типу останнього потрібен певний вид палива.

Історія винаходу парових машин показала переваги, які помітні сьогодні, оскільки для парового аналога можна використовувати ядерну енергію. Сам по собі ядерний реактор не може перетворювати свою енергію на механічну роботуале він здатний виділяти велику кількість тепла. Воно те й використовується для утворення пари, яка приведе машину в рух. Так само може застосовуватися сонячна енергія.

Локомотиви, які працюють на пару, добре показують себе на великій висоті. Ефективність їхньої роботи не страждає від зниженого в горах атмосферного тиску. Паровози досі застосовують у горах Латинської Америки.

В Австрії та Швейцарії використовують нові версії паровозів, що працюють на сухій парі. Вони показують високу ефективність завдяки багатьом удосконаленням. Вони не вимогливі в обслуговуванні та споживають як паливо легкі нафтові фракції. За економічними показниками вони можна порівняти з сучасними електровозами. При цьому паровози значно легші за своїх дизельних та електричних побратимів. Це велика перевагаза умов гірської місцевості.

Недоліки

До недоліків належить, передусім, низький ККД. До цього варто додати громіздкість конструкції та тихохідність. Особливо це стало помітно після появи двигуна внутрішнього згоряння.

Застосування

Хто винайшов парову машину, вже відомо. Залишилось дізнатися, де їх застосовували. До середини ХХ століття парові машини застосовували у промисловості. Також їх використовували для залізничного та парового транспорту.

Заводи, які експлуатували парові двигуни:

• цукрові;
• сірникові;
• паперові заводи;
• текстильні;
• харчові підприємства (в окремих випадках).

Парові турбіни також належать до цього обладнання. З їхньою допомогою досі працюють генератори електроенергії. Близько 80% світової електроенергії виробляється із застосуванням парових турбін.

Свого часу були створені різні видитранспорту, що працюють на паровому двигуні. Дехто не прижився через невирішені проблеми, а інші продовжують працювати і в наші дні.

Транспорт із паровим двигуном:

• автомобіль;
• трактор;
• екскаватор;
• літак;
• локомотив;
• судно;
• тягач.

Такою є історія винаходу парових машин. Коротко можна розглянути вдалий приклад про гоночному автомобіліСерполь, створений у 1902 році. На ньому було встановлено світовий рекорд за швидкістю, який становив 120 км на годину на суші. Саме тому парові авто були конкурентоспроможними по відношенню до електричних та бензинових аналогів.

Так було в США 1900 року найбільше було випущено парових машин. Вони зустрічалися на дорогах до 30-х років ХХ століття.

Більшість подібного транспорту стала непопулярною після появи двигуна внутрішнього згоряння, чий ККД значно вищий. Такі машини були економічнішими, при цьому легкими та швидкісними.

Стімпанк як віяння епохи парових машин

Говорячи про парових машинах, хочеться згадати про популярний напрямок - стімпанку. Термін складається з двох англійських слів – «пар» та «протест». Стимпанк - це вид наукової фантастики, яка розповідає про другу половину ХІХ століття у вікторіанській Англії. Цей період історія часто згадується як Епоха пара.

Всі твори мають одну відмінну особливість - вони розповідають про життя другої половини XIX століття, стиль оповідання при цьому нагадує роман Герберта Уеллса "Машина часу". У сюжетах описуються міські краєвиди, громадські будівлі, техніка. Особливе місце приділяється дирижаблям, старовинним машинам, химерним винаходам Усі металеві деталі кріпилися за допомогою клепок, оскільки зварювання ще не застосовували.

Термін «стімпанк» виник 1987 року. Його популярність пов'язана з появою роману «Розносна машина». Написаний він був у 1990 році Вільямом Гібсоном та Брюсом Стерлінгом.

На початку XXI століття у цьому напрямі було випущено кілька відомих кінофільмів:

• "Машина часу";
• Ліга видатних джентльменів;
• "Ван хельсінг".

До предтеч стимпанка можна віднести твори Жюля Верна та Григорія Адамова. Інтерес до цього напряму іноді проявляється у всіх сферах життя - від кінематографа до повсякденного одягу.