Сучасний варіант парового двигуна. Паровий двигун своїми руками Новий паровий двигун

Складність виготовлення: ★★★★☆

Час виготовлення: Один день

Підручні матеріали: ████████░░ 80%

У цій статті я розповім вам про те, як зробити паровий двигун своїми руками. Двигун буде невеликий, однопоршневий із золотником. Потужності цілком вистачить, щоб крутити ротор невеликого генератора і використовувати цей двигун як автономне джерело електрики в походах.

Телескопічна антена (можна зняти зі старого телевізора або радіоприймача), діаметр самої товстої трубки повинен становити не менше 8 мм
Маленька трубка для поршневої пари (магазин сантехніки).
Мідний дріт діаметром близько 1,5 мм (можна знайти в котушці трансформатора або радіомагазині).
Болти, гайки, шурупи
Свинець (у рибальському магазині або знайти у старому автомобільний акумулятор). Він потрібний, щоб відлити маховик у формі. Я знайшов готовий маховик, але вам цей пункт може стати в нагоді.
Дерев'яні бруски.
Спиці для велосипедних коліс
Підставка (у моєму випадку з аркуша текстоліту завтовшки 5 мм, але підійде і фанера).
Дерев'яні бруски (шматки дощок)
Банку з-під оливок
Трубка

Суперклей, холодне зварювання, епоксидна смола (будринок).
Наждак
Дриль
Паяльник
Ножівка

Як зробити паровий двигун

Схема двигуна

Циліндр та золотникова трубка.

Відрізаємо від антени 3 шматки:
? Перший шматок 38 мм довжиною та 8 мм діаметром (сам циліндр).
? Другий шматок довжиною 30 мм та 4 мм діаметром.
? Третій довжиною 6 мм та 4 мм діаметром.

Візьмемо трубку №2 і зробимо отвір діаметром 4 мм посередині. Візьмемо трубку №3 і приклеїмо перпендикулярно трубці №2, після висихання суперклею, замажемо все холодним зварюванням (наприклад POXIPOL).

Кріпимо круглу залізну шайбу з отвором посередині до шматка №3 (діаметр - трохи більше трубки №1), після висихання зміцнюємо холодним зварюванням.

Додатково покриваємо усі шви епоксидною смолою для кращої герметичності.

Як зробити поршень із шатуном

Беремо болт (1) діаметром 7 мм і затискаємо його в лещатах. Починаємо намотувати на нього мідний дріт (2) приблизно на 6 витків. Кожен виток промазуємо суперклеєм. Зайві кінці болта спилюємо.

Дріт покриваємо епоксидкою. Після висихання підганяємо поршень шкіркою під циліндр так, щоб він вільно там рухався, не пропускаючи повітря.

З листа алюмінію робимо смужку довжиною 4 мм та довжиною 19 мм. Надаємо їй форму літери П(3).

Свердлимо на обох кінцях отвору (4) 2 мм діаметром, щоб можна було засунути шматочок спиці. Сторони П-подібної деталі мають бути 7х5х7 мм. Клеєм її до поршня стороною, яка 5 мм.

Шатун (5) робимо із велосипедної спиці. До обох кінців спиці приклеюємо на два маленькі шматочки трубок (6) від антени діаметром і завдовжки по 3 мм. Відстань між центрами шатуну становить 50 мм. Далі шатун одним кінцем вставляємо в П-подібну деталь і фіксуємо шарнірно спицею.

Спицю з двох кінців підклеюємо, щоби не випала.

Шатун трикутника

Шатун трикутника робиться схожим способом, тільки з одного боку буде шматок спиці, з другого трубка. Довжина шатуну 75 мм.

Трикутник та золотник

Паровий котел

Паровим котлом служитиме банку з-під оливок із запаяною кришкою. Також я впаяв гайку, щоб через неї можна було заливати воду та герметично закручувати болтом. Також припаяв трубку до кришки.
Ось фото:

Фото двигуна у зборі

Збираємо двигун на дерев'яній платформі, розміщуючи кожен елемент на підпорці

Відео роботи парового двигуна
Версія 2.0

Косметична доробка двигуна. Бак тепер має свій власний дерев'яний майданчик та блюдце для таблетки сухого пального. Всі деталі пофарбовані у гарні кольори. До речі як джерело тепла найкраще використовувати саморобну

Винахід парових машин став переломним моментом історії людства. Десь на рубежі XVII-XVIII століть почалася заміна малоефективної ручної праці, водяних коліс і на абсолютно нові та унікальні механізми – парові двигуни. Саме завдяки їм стали можливі технічна та промислова революції та й увесь прогрес людства.

Але хто винайшов парову машину? Кому людство цим має? І коли це було? На всі ці запитання і намагатимемося знайти відповіді.

Ще до нашої ери

Історія створення паровий машинипочинається ще перших століттях до нашої ери. Герон Олександрійський описав механізм, який починав працювати лише тоді, коли на нього вплинула пара. Пристрій був куля, на якій були закріплені сопла. З сопел по дотичній виходила пара, тим самим змушуючи двигун обертатися. Це був перший пристрій, який працював на парі.

Автор парової машини (а точніше, турбіни) - Тагі-аль-Діноме (арабський філософ, інженер і астроном). Його винахід став широко відомим в Єгипті в XVI столітті. Механізм був влаштований наступним чином: потоки пари спрямовували прямо на механізм із лопатями, і коли дим валив – лопаті оберталися. Щось подібне у 1629 році пропонував і італійський інженер Джованні Бранка. Головним недоліком всіх цих винаходів був занадто велика витратапара, що своєю чергою вимагало величезних витрат енергії і був доцільно. Розробки було припинено, оскільки тодішніх наукових та технічних знань людства було недостатньо. Крім того, потреба в таких винаходах була відсутня.

Розробки

До XVII століття створення парової машини було неможливим. Але тільки-но планка рівня розвитку людства злетіла, тут же з'явилися і перші екземпляри та винаходи. Хоча серйозно їх ніхто на той момент не сприйняв. Так, наприклад, в 1663 англійський вчений опублікував у пресі проект свого винаходу, який він встановив у замку Реглан. Його пристрій служив у тому, щоб піднімати воду на стіни веж. Однак, як і все нове та незвідане, цей проект був прийнятий із сумнівом, і спонсорів для його подальших розробок не знайшлося.

Історія створення парової машини починається з винаходу пароатмосферної машини. У 1681 році вчений із Франції винайшов пристрій, який відкачував воду з шахт. В якості рушійної сили спочатку застосовувався порох, а потім його замінили на водяну пару. Так виникла пароатмосферна машина. Величезний внесок у її вдосконалення зробили вчені з Англії Томас Ньюкомен та Томас Северен. Неоціненну допомогу також надав російський винахідник-самоук Іван Ползунов.

Невдала спроба Папена

Пароатмосферна машина, далека на той час від досконалості, залучила особливу увагуу суднобудівній галузі. Д. Папен свої останні заощадження витратив на придбання невеликого судна, де зайнявся установкою водопідйомної пароатмосферної машини власного виробництва. Механізм дії у тому, щоб, падаючи з висоти, вода починала обертати колеса.

Свої випробування винахідник проводив у 1707 році на річці Фульді. Багато народу зібралося, щоб подивитися на диво: судно, що рухається річкою, без вітрил і весел. Однак під час випробувань сталася катастрофа: вибухнув двигун та загинули кілька людей. Влада розлютилася на невдачливого винахідника і заборонила йому будь-які роботи та проекти. Судно конфіскували та зруйнували, а за кілька років помер і сам Папен.

Помилка

Пароплав Папен мав наступний принцип роботи. На дно циліндра потрібно було залити невелику кількість води. Під самим циліндром була жаровня, яка служила для нагрівання рідини. Коли вода починала кипіти, пар, що утворився, розширюючись, піднімав поршень. З простору над поршнем через спеціально обладнаний клапан виштовхувалося повітря. Після того як вода закипала і починала валити пару, необхідно було прибрати жаровню, закрити клапан, щоб видалити повітря, і за допомогою прохолодної води охолодити стінки циліндра. Завдяки таким діям пара, що знаходилася в циліндрі, конденсувалася, під поршнем утворювалося розрідження, і завдяки силі атмосферного тиску поршень знову повертався на своє початкове місце. Під час його руху вниз і робилася корисна робота. Проте ККД парової машини Папена був негативним. Двигун пароплава був украй неекономічний. А головне, він був надто складним та незручним в експлуатації. Тому винахід Папена не мав майбутнього вже з самого початку.

Послідовники

Проте історія створення парової машини на цьому не закінчилась. Наступним, набагато більш щасливим, ніж Папен, виявився англійський вчений Томас Ньюкомен. Він довго вивчав роботи своїх попередників, спираючись на слабкі місця. І взявши найкраще з їхніх робіт, створив у 1712 свій апарат. Нова парова машина (фото представлено) була сконструйована таким чином: використовувалися циліндр, що знаходився у вертикальному положенні, а також поршень. Це Ньюкомен взяв із робіт Папена. Однак пара утворювалася вже в іншому казані. Навколо поршня закріплювалася цільна шкіра, що значно підвищувало герметичність усередині. парового циліндра. Дана машинатакож була пароатмосферною (вода піднімалася із шахти за допомогою атмосферного тиску). Головними мінусами винаходу були його громіздкість та неекономічність: машина «з'їдала» величезну кількість вугілля. Однак користі вона приносила значно більше ніж винахід Папена. Тому її майже п'ятдесят років застосовували у підземеллях та шахтах. Її використовували для відкачування ґрунтових вод, а також для осушення кораблів. намагався перетворити свою машину так, щоб була можливість застосовувати її для руху транспорту. Однак усі його спроби не мали успіху.

Наступним ученим, який заявив себе, став Д. Хулл з Англії. У 1736 році він представив світові свій винахід: пароатмосферну машину, у якої як рушій були лопатеві колеса. Його розробка виявилася більш вдалою, ніж у Папена. Відразу було випущено кілька таких суден. В основному вони використовувалися для того, щоб буксирувати баржі, кораблі та інші судна. Однак надійність пароатмосферної машини не викликала довіри, і судна обладнали вітрилами як основним рушієм.

І хоча Хуллу пощастило більше, ніж Папену, його винаходи поступово втратили актуальність і від них відмовилися. Все-таки пароатмосферні машини того часу мали безліч специфічних недоліків.

Історія створення парової машини у Росії

Наступний прорив стався у Російській Імперії. У 1766 році на металургійному заводі в Барнаулі була створена перша парова машина, яка подавала в плавильні печі повітря за допомогою спеціальних повітродувних хутр. Творцем її став Іван Іванович Ползунов, котрому за заслуги перед батьківщиною навіть надали офіцерське звання. Винахідник представив своєму начальству креслення та плани «вогняної машини», здатної приводити в дію повітродувне хутро.

Однак доля зіграла з Ползуновим злий жарт: через сім років після того, як його проект було прийнято, а машина зібрана, він захворів і помер від сухот - всього за тиждень до того, як почалися випробування його двигуна. Однак його інструкцій виявилося достатньо, щоби завести двигун.

7 серпня 1766 року парова машина Ползунова була запущена і поставлена під навантаження. Проте вже у листопаді того ж року вона зламалася. Причиною виявились занадто тонкі стінки котла, не призначеного для навантаження. Причому винахідник у своїх інструкціях писав, що цей казан можна використовувати лише під час випробувань. Виготовлення нового котла легко окупилося б, адже ККД парової машини Ползунова був позитивний. За 1023 години роботи з її допомогою виплавили срібла 14 з гаком пудів!

Але попри це ніхто ремонтувати механізм не став. Парова машина Ползунова припадала пилом більше 15 років на складі, поки світ промисловості не стояв на місці і розвивався. А потім взагалі була розібрана на запчастини. Мабуть, тоді Росія ще не доросла до парових двигунів.

Вимоги часу

Тим часом життя на місці не стояло. І людство постійно замислювалося над тим, щоб створити механізм, що дозволяє не залежати від примхливої природи, а самим керувати долею. Від вітрила всі хотіли відмовитися якнайшвидше. Тому питання створення парового механізму постійно висів у повітрі. У 1753 році в Парижі було висунуто конкурс серед майстрів, учених та винахідників. Академія наук оголосила нагороду тому, хто зможе створити механізм, здатний замінити силу вітру. Але незважаючи на те, що в конкурсі брали участь такі уми, як Л. Ейлер, Д. Бернуллі, Кантон де Лакруа та інші, слушної пропозиції не виніс ніхто.

Роки минали. І промислова революція накривала дедалі більше країн. Першість і лідерство серед інших держав діставалося незмінно Англії. До кінця вісімнадцятого століття саме Великобританія стала творцем великої промисловості, завдяки чому завоювала титул всесвітньої монополістки у цій галузі. Питання про механічному двигуніз кожним днем ставав дедалі актуальнішим. І такий двигун було створено.

Перша парова машина у світі

1784 став для Англії і для всього світу переломним моментом в промисловій революції. І людиною, відповідальною за це, став англійський механік Джеймс Уатт. Парова машина, яку він створив, стала найгучнішим відкриттям віку.

Протягом кількох років вивчав креслення, будову та принципи роботи пароатмосферних машин. І на підставі всього цього він зробив висновок, що для ефективності роботи двигуна необхідно зрівняти температури води в циліндрі та парі, що потрапляє в механізм. Головний мінус пароатмосферних машин полягав у постійній необхідності охолодження циліндра водою. Це було витратно та незручно.

Нова парова машина була сконструйована іншим чином. Так, циліндр полягав у спеціальну сорочку з пари. Таким чином Уатт досяг його постійного нагрітого стану. Винахідник створив спеціальну посудину, занурену в холодну воду (конденсатор). До нього трубою приєднувався циліндр. Коли пара відпрацьовувалась у циліндрі, то через трубу потрапляла у конденсатор і там перетворювалася назад у воду. Працюючи над удосконаленням своєї машини, Уат створив розрідження в конденсаторі. Таким чином, вся пара, що попадала з циліндра, конденсувалася в ньому. Завдяки цьому нововведенню дуже сильно збільшувався процес розширення пари, що у свою чергу дозволяло витягувати з тієї ж кількості пари набагато більше енергії. Це був вінець успіху.

Автор парової машини також змінив і принцип подачі повітря. Тепер пара попадала спочатку під поршень, тим самим піднімаючи його, а потім збиралася над поршнем, опускаючи. Таким чином, обидва ходи поршня в механізмі стали робітниками, що раніше навіть не було можливим. А витрата вугілля на одну кінську силу була вчетверо меншою, ніж, відповідно, у пароатмосферних машин, чого й домагався Джеймс Уатт. Парова машина дуже швидко завоювала спочатку Великобританію, а потім і цілий світ.

"Шарлотта Дандас"

Після того, як увесь світ був уражений винаходом Джеймса Уатта, почалося широке застосування парових машин. Так було в 1802 року у Англії з'явився перший корабель пару - катер «Шарлотта Дандас». Його творцем вважається Вільям Саймінгтон. Катер застосовувався як буксирування барж каналом. Роль рушія на судні грало гребне колесо, встановлене на кормі. Катер з першого разу успішно пройшов випробування: відбуксував дві величезні баржі на 18 миль за шість годин. При цьому йому заважав зустрічний вітер. Але він упорався.

І все-таки його поставили на прикол, бо побоювалися, що через сильні хвилі, що створювалися під гребним колесом, береги каналу будуть розмиті. До речі, на випробуваннях «Шарлотти» була присутня людина, яку весь світ сьогодні вважає творцем першого пароплава.

в світі

Англійський суднобудівник із юнацьких років мріяв про судно з паровим двигуном. І ось його мрія стала здійсненною. Адже винахід парових машин став новим поштовхом у суднобудуванні. Разом із посланцем з Америки Р. Лівінгстоном, який взяв на себе матеріальний бік питання, Фултон зайнявся проектом корабля з паровою машиною. Це був складний винахід, заснований на ідеї веселого двигуна. По бортах судна тяглися в ряд плиці, що імітують безліч весел. При цьому плиці постійно заважали одна одній і ламалися. Сьогодні можна легко сказати, що той же ефект міг бути досягнутий всього при трьох-чотирьох плицах. Але з позиції науки і техніки на той час це побачити було неможливо. Тому суднобудівникам доводилося набагато складніше.

У 1803 році винахід Фултона був представлений усьому світу. Пароплав повільно і рівно йшов Сеною, вражаючи уми і уяву багатьох вчених і діячів Парижа. Проте уряд Наполеона відкинув проект, і роздратовані суднобудівники змушені були шукати щастя в Америці.

І ось у серпні 1807 року перший у світі пароплав під назвою «Клермонт», в якому була задіяна найпотужніша парова машина (фото представлено), пішов Гудзонською затокою. Багато хто тоді просто не вірив у успіх.

У свій перший рейс «Клермонт» вирушив без вантажів та без пасажирів. Ніхто не хотів вирушати у подорож на борту вогнедишного судна. Але вже по дорозі назад з'явився перший пасажир - місцевий фермер, який заплатив шість доларів за квиток. Він став першим пасажиром історії пароплавства. Фултон був так сильно зворушений, що надав сміливцю довічний безкоштовний проїзд на всіх своїх винаходах.

Інтерес до водяної пари, як доступного джерела енергії, з'явився разом із першими науковими знаннями стародавніх. Приручити цю енергію люди намагалися упродовж трьох тисячоліть. Які основні етапи цього шляху? Чиї роздуми та проекти навчили людство отримувати з нього максимальну користь?

Передумови появи парових двигунів

Потреба механізмах, здатних полегшити трудомісткі процеси, існувала завжди. Приблизно до середини XVIII століття для цієї мети використовувалися вітряки та водяні колеса. Можливість використання енергії вітру безпосередньо залежить від примх погоди. А для використання водяних коліс фабрики доводилося будувати на берегах річок, що не завжди зручно і доцільно. Та й ефективність тих та інших була надзвичайно мала. Потрібен був принципово новий двигун, легко керований та позбавлений цих недоліків.

Історія винаходу та вдосконалення парових двигунів

Створення парового двигуна - результат довгих роздумів, успіхів і катастроф надій безлічі вчених.

Початок шляху

Перші, поодинокі проекти були лише цікавими дивовижками. Наприклад, Архімедсконструював парову гармату, Герон Олександрійськийвикористовував енергію пари для відкриття дверей античних храмів. А нотатки про практичне застосування енергії пари для приведення в дію інших механізмів дослідники знаходять у працях Леонардо Да Вінчі.

Розглянемо найбільші проекти з цієї тематики.

У XVI столітті арабський інженер Таґі аль Дін розробив проект примітивної парової турбіни. Однак практичного застосування вона не отримала через сильне розсіювання струменя пари, що подається на лопаті колеса турбіни.

Перенесемося до середньовічної Франції. Фізик та талановитий винахідник Дені Папен після багатьох невдалих проектів зупиняється на наступній конструкції: вертикальний циліндр заповнювали водою, над якою встановлювали поршень.

Циліндр нагрівали, вода закипала та випаровувалась. Пара, що розширюється, піднімала поршень. Його закріплювали у верхній точці підйому і очікували остигання циліндра та конденсації пари. Після конденсації пари в циліндрі утворювався вакуум. Звільнений від кріплення поршень під впливом атмосферного тиску прямував у вакуум. Саме це падіння поршня передбачалося використати як робочий хід.

Отже, корисний хід поршня був викликаний утворенням вакууму через конденсацію пари та зовнішнім (атмосферним) тиском.

Тому паровий двигун Папенаяк і більшість наступних проектів, отримали назву пароатмосферних машин.

Ця конструкція мала дуже істотний недолік - була передбачена повторюваність циклу.Дені приходить до ідеї отримувати пару не в циліндрі, а окремо в паровому казані.

В історію створення парових двигунів Дені Папен увійшов як винахідник важливої деталі- парового казана.

А оскільки пара стали отримувати поза циліндром, сам двигун перейшов у розряд двигунів зовнішнього згоряння. Але через відсутність розподільчого механізму, який би безперебійну роботу, ці проекти майже знайшли практичного застосування.

Новий етап у розробці парових двигунів

Близько 50 років для відкачування води у вугільних шахтах використовувався паровий насос Томаса Ньюкомена.Він багато в чому повторював попередні конструкції, але містив дуже важливі новинки - трубу для виведення сконденсованої пари запобіжний клапандля випуску зайвої пари.

Його суттєвим мінусом було те, що циліндр доводилося то нагрівати перед упорскуванням пари, то охолоджувати перед його конденсацією. Але потреба в таких двигунах була настільки високою, що, незважаючи на їхню очевидну неекономічність, останні екземпляри цих машин прослужили аж до 1930 року.

У 1765 році англійський механік Джеймс Уатт,зайнявшись удосконаленням машини Ньюкомена, відокремив конденсатор від парового циліндра.

З'явилася можливість тримати циліндр постійно нагрітим. ККД машини одразу виріс. У наступні роки Уатт значно удосконалить свою модель, оснастивши її пристроєм для подачі пари то з одного, то з іншого боку.

Стало можливим використовувати цю машину не тільки як насос, а й для приведення в дію різних верстатів. Уатт отримав патент на свій винахід - паровий двигун безперервної дії. Починається масовий випуск цих машин.

На початку ХІХ століття Англії працювало понад 320 парових машин Уатта. Їх почали закуповувати та інші європейські країни. Це сприяло значному зростанню промислового виробництва у багатьох галузях як самої Англії, і сусідніх держав.

Двадцятьма роками раніше Уатта, у Росії над проектом парової машини працював алтайський механік Іван Іванович Ползунов.

Заводське начальство запропонувало йому побудувати агрегат, який би приводив у дію повітродувку плавильної печі.

Побудована ним машина була двоциліндровою і забезпечувала безперервну дію приєднаного до неї пристрою.

Успішно пропрацювавши понад півтора місяці, котел дав текти. Самого Ползунова до цього часу вже не було живим. Ремонтувати машину не стали. І чудове творіння російського винахідника-одинака було забуте.

Через відсталість Росії того часу світ дізнався про винахід І. І. Ползунова з великим запізненням.

Отже, для приведення в дію парової машини необхідно, щоб пара, що виробляється паровим котлом, розширюючись, тиснув на поршень або лопаті турбіни. А потім їхній рух передавався іншим механічним частинам.

Застосування парових машин на транспорті

Незважаючи на те, що ККД парових двигунів того часу не перевищував 5%, до кінця XVIII століття їх почали активно використовувати в сільському господарстві та на транспорті:

у Франції з'являється автомобіль із паровим двигуном;
у США починає курсувати пароплав між містами Філадельфія та Берлінгтон;
в Англії продемонстровано залізничний локомотив на паровій тязі;
Російський селянин із Саратовської губернії запатентував побудований ним гусеничний трактор потужністю 20 л. с.;
неодноразово робилися спроби побудувати літак із паровим двигуном, але, на жаль, мала потужність цих агрегатів при великій вазі літака робила ці спроби невдалими.

Вже до кінця XIX століття парові двигуни, зігравши свою роль у технічному прогресі суспільства, поступаються місцем і електродвигунам.

Парові пристрої у XXI столітті

З появою нових джерел енергії у XX та XXI столітті знову з'являється потреба у використанні енергії пари. Парові турбіни стають невід'ємною частиною АЕС.Пар, що приводить їх у дію, одержують за рахунок ядерного палива.

Широко використовуються ці турбіни на конденсаційних теплових електростанціях.

У ряді країн проводяться експерименти щодо отримання пари за рахунок сонячної енергії.

Не забуто й поршневі парові двигуни. У гірських місцевостях як локомотив досі використовують паровози.

Ці надійні трудівники і безпечніші, і дешевші. Лінії електропередач їм не потрібні, а паливо – деревина та дешеві сорти вугілля завжди під рукою.

Сучасні технології дозволяють уловлювати до 95% викидів в атмосферу і підвищити ККД до 21%, так що люди вирішили поки що з ними не розлучатися і працюють над паровими локомотивами нового покоління.

Якщо це повідомлення тобі стало в нагоді, буду рада бачити тебе

Процес винаходу парового двигуна, як це часто буває в техніці, розтягнувся чи не на сторіччя, тому вибір дати для цієї події є досить умовним. Втім, ніким не заперечується, що прорив, який призвів до технологічної революції, був здійснений шотландцем Джеймсом Уаттом.

Над використанням пари в якості робочого тіла люди замислювалися ще в давнину. Однак лише на рубежі XVII–XVIII ст. вдалося знайти спосіб робити корисну роботу за допомогою пари. Одна з перших спроб поставити пару на службу людині була зроблена в Англії в 1698: машина винахідника Сейвері призначалася для осушення шахт і перекачування води. Щоправда, винахід Сейвері ще був двигуном у сенсі цього терміну, оскільки, крім кількох клапанів, відкривалися і закривалися вручну, у ньому був рухливих частин. Машина Сейвері працювала наступним чином: спочатку герметичний резервуар наповнювався парою, потім зовнішня поверхня резервуара охолоджувалася холодною водою, через що пара конденсувалася, і в резервуарі створювався частковий вакуум. Після цього вода - наприклад, з дна шахти - засмоктувала в резервуар через забірну трубу і після впуску чергової порції пара викидалася назовні.

Перша парова машина з поршнем була побудована французом Дені Папеном в 1698 р. Вода нагрівалася всередині вертикального циліндра з поршнем, і пара, що утворилася, штовхала поршень вгору. Коли пара охолоджувалась і конденсувалася, поршень опускався вниз під впливом атмосферного тиску. За допомогою системи блоків парова машина Папена могла приводити в дію різні механізми, наприклад, насоси.

Більш досконалу машину 1712 р. побудував англійський коваль Томас Ньюкомен. Як і в машині Папена, поршень переміщався у вертикальному циліндрі. Пара з котла надходила в основу циліндра і піднімала поршень вгору. При впорскуванні в циліндр холодної води пара конденсувалася, в циліндрі утворювався вакуум і під впливом атмосферного тиску поршень опускався вниз. Цей зворотний хід видаляв воду з циліндра і за допомогою ланцюга, з'єднаного з коромислом, що рухався як гойдалка, піднімав вгору шток насоса. Коли поршень знаходився в нижній точці свого ходу, в циліндр знову надходила пара, і за допомогою противаги, закріпленої на штоку насоса або на коромислі, поршень піднімався у вихідне положення. Після цього цикл повторювався.

Машина Ньюкомена широко використовувалася у Європі понад 50 років. У 1740-х роках машина з циліндром довжиною 2,74 м та діаметром 76 см за один день виконувала роботу, яку бригада з 25 осіб та 10 коней, працюючи позмінно, виконувала за тиждень. І все-таки її ККД був надзвичайно низький.

Найбільш яскраво промислова революція виявилася в Англії, насамперед у текстильній промисловості. Невідповідність пропозиції тканин і попиту, що стрімко зростає, залучило кращі конструкторські уми до розробки прядильних і ткацьких машин. До історії англійської техніки назавжди увійшли імена Картрайта, Кея, Кромптона, Харгрівса. Але створені ними прядильні та ткацькі верстати потребували якісно нового, універсального двигуна, який би безперервно і рівномірно (саме цього не могло забезпечити водяне колесо) приводив верстати в односпрямований обертальний рух. Ось тут у всьому своєму блиску з'явився талант знаменитого інженера, «чарівника з Гринока» Джеймса Уатта.

Уатт народився у шотландському містечку Гринок у сім'ї кораблебудівника. Працюючи учнем у майстернях у Глазго, за перші два роки Джеймс набув кваліфікації гравірувальника, майстра з виготовлення математичних, геодезичних, оптичних приладів, різноманітних навігаційних інструментів. За порадою дядька-професора Джеймс вступив до місцевого університету на посаду механіка. Саме тут Уатт почав працювати над паровими машинами.

Джеймс Уатт намагався вдосконалити пароатмосферну машину Ньюкомена, яка, загалом, годилася тільки для перекачування води. Йому було ясно, що основний недолік машини Ньюкомена полягав у поперемінному нагріванні та охолодженні циліндра. У 1765 р. Уатт дійшов думки, що циліндр може залишатися гарячим, якщо до конденсації відводити пару окремий резервуар через трубопровід із клапаном. Крім того, Уатт зробив ще кілька удосконалень, що остаточно перетворили пароатмосферну машину на парову. Наприклад, він винайшов шарнірний механізм – «паралелограм Уатта» (називається так тому, що частина ланок – важелів, що входять до його складу, утворює паралелограм), який перетворював зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух головного валу. Тепер ткацькі верстати могли працювати безперервно.

У 1776 р. машина Уатта пройшла випробування. Її ККД виявився вдвічі більшим, ніж у машини Ньюкомена. У 1782 р. Уатт створив першу універсальну парову машину подвійного впливу. Пара надходила в циліндр поперемінно то з одного боку поршня, то з іншого. Тому поршень робив і робітник, і зворотний хід за допомогою пари, чого не було в колишніх машинах. Оскільки в паровій машині подвійної дії шток поршня здійснював тягнучу і штовхаючу дію, колишню приводну систему з ланцюгів і коромисла, яка реагувала лише на тягу, довелося переробити. Уатт розробив систему зв'язаних тяг і застосував планетарний механізм для перетворення поворотно-поступального руху штока поршня у обертальний рух, використовував важкий маховик, відцентровий регулятор швидкості, дисковий клапан та манометр для вимірювання тиску пари. Запатентована Уаттом ротативна парова машина спочатку широко застосовувалася на прядильних і ткацьких фабриках, а пізніше і на інших промислових підприємствах. Двигун Уатта годився для будь-якої машини, і цим негайно скористалися винахідники механізмів, що саморухаються.

Парова машина Уатта воістину стала винаходом століття, який започаткував промислову революцію. Але винахідник не обмежився. Сусіди неодноразово з подивом спостерігали за тим, як Уатт ганяє по лузі коней, які тягнуть спеціально підібрані тяжкості. Так з'явилася одиниця потужності – кінська сила, що згодом отримала загальне визнання.

На жаль, фінансові труднощі змусили Уатта вже в зрілому віці проводити геодезичні пошуки, працювати на будівництві каналів, споруджувати порти і пристані, піти нарешті на економічно кабальний союз із підприємцем Джоном Ребеком, який незабаром зазнав повного фінансового краху.

Принцип дії парового двигуна

Зміст

Анотація

1. Теоретична частина

1.1 Тимчасовий ланцюжок

1.2 Паровий двигун

1.2.1 Паровий котел

1.2.2 Парові турбіни

1.3 Парові машини

1.3.1 Перші пароплави

1.3.2 Зародження двоколісного транспорту

1.4 Застосування парових двигунів

1.4.1 Перевага парових машин

1.4.2 Коефіцієнт корисної дії

2. Практична частина

2.1 Побудова механізму

2.2 Способи покращення машини та її ККД

2.3 Анкетування

Висновок

Список використаної літератури

додаток

паровий двигункорисна дія

Анотація

Дана наукова роботаскладається з 32листів.Вона включає теоретичну частину, практичну частину, додаток і висновок. У теоретичній частині ви дізнаєтеся про принцип роботи парових двигунів та механізмів, про їхню історію та про роль їх застосування в житті. Практичній частині докладно розказано про процес конструювання та випробування парового механізму в домашніх умовах. Дана наукова робота може бути наочним прикладом роботи та використання енергії пара.

Вступ

Світ покірних будь-яким капризам природи, де машини приводяться в дію м'язовою силою або силою водяних коліс і вітряків - таким був світ техніки до створення парового двигуна. на вогонь, здатна змістити перешкоду (наприклад, аркуш паперу), що виявилося на її шляху. Це змусило людину задуматися над тим, як можна використовувати як робоче тіло пар. В результаті цього після безлічі дослідів з'явився паровий двигун. універсальним двигуномі зіграла величезну роль у розвитку людства. Винахід парової машини послужило поштовхом для подальшого розвитку засобів пересування. Протягом ста років вона була єдиним промисловим двигуном, універсальність якого дозволяла використовувати її на підприємствах. залізницяхі на флоте. Винахід парового двигуна є величезним ривком, що стояли на рубежі двох епох. І через століття ще гостріше відчувається вся значимість цього винаходу.

Гіпотеза:

Чи можливо побудувати своїми руками найпростіший механізм, який працював на парі.

Мета роботи: сконструювати механізм, здатний рухатися на пару.

Завдання дослідження:

1. Вивчити наукову литературу.

2. Сконструювати та побудувати найпростіший механізм, який працював на парі.

3. Розглянути можливості збільшення ККД надалі.

Дана наукова робота буде посібником на уроках фізики для старших класів і для тих, кого цікавить ця тема.

1. Теоретична частина

Паровий двигун - тепловий поршневий двигун, в якому потенційна енергія водяної пари, що надходить з парового котла, перетворюється на механічну роботузворотно-поступального руху поршня або обертального руху валу.

Пар є одним з поширених теплоносіїв у теплових системах з рідким або газоподібним робочим тілом, що нагрівається, поряд з водою і термомаслами. Водяна пара має ряд переваг, серед яких простота та гнучкість використання, низька токсичність, можливість підведення до технологічного процесузначної кількості енергії. Він може використовуватися в різноманітних системах, які мають на увазі безпосередній контакт теплоносія з різними елементами обладнання, ефективно сприяючи зниженню витрат на енергоресурси, скорочення викидів, швидкої окупності.

Закон збереження енергії- фундаментальний закон природи, встановлений емпірично і полягає в тому, що енергія ізольованої (замкнутої) фізичної системи зберігається з часом. Іншими словами, енергія не може виникнути з нічого і не може зникнути в нікуди, вона може лише переходити з однієї форми до іншої. З фундаментальної точки зору, згідно з теоремою Нетер, закон збереження енергії є наслідком однорідності часу і в цьому сенсі є універсальним, тобто властивим системам різної фізичної природи.

1.1 Часовий ланцюжок

4000 років до зв. е.. - людина винайшла колесо.

3000 років до зв. е.. - у Стародавньому Римі з'явилися перші дороги.

2000 до н. е.. - колесо набуло більш звичного для нас вигляду. У нього з'явилися маточина, обід і спиці, що з'єднують їх.

1700 до н. е.. - з'явилися перші дороги, бруковані дерев'яними брусками.

312 р. до н. е.. - у Стародавньому Римі збудовані перші дороги з кам'яним покриттям. Товщина кам'яної кладки сягала одного метра.

1405 - з'явилися перші ресорні кінні екіпажі.

1510 р. - кінний екіпаж придбав кузов зі стінами та дахом. Пасажири отримали можливість захиститись від негоди під час поїздки.

1526 р. - німецький вчений і художник Альбрехт Дюрер розробив цікавий проект «безкіньного візка», що приводиться в дію м'язовою силою людей. Люди, що йдуть збоку екіпажу, обертали спеціальні ручки. Це обертання за допомогою черв'ячного механізму передавалося колесам екіпажу. На жаль, віз не був виготовлений.

1600 - Симон Стевін побудував яхту на колесах, що рухається під дією сили вітру. Вона стала першою конструкцією безкіньного візка.

1610 р. - карети зазнали двох суттєвих удосконалень. По-перше, ненадійні та надто м'які ремені, що заколисують пасажирів під час поїздки, були замінені сталевими ресорами. По-друге, було вдосконалено кінну упряж. Тепер кінь тягнув карету не шиєю, а грудьми.

1649 - пройшли перші випробування з використання в якості рушійної сили пружини, попередньо закрученої людиною. Карету з приводом від пружини збудував Йоханн Хауч у Нюрнберзі. Однак історики ці відомості ставлять під сумнів, оскільки існує версія, що замість великої пружини всередині карети сиділа людина, яка й приводила механізм у рух.

1680 - у великих містах з'явилися перші зразки кінного громадського транспорту.

1690 - Стефан Фарффлер з Нюрнберга створив триколісний візок, що пересувається за допомогою двох ручок, що обертаються руками. Завдяки цьому приводу конструктор віз міг переміщатися з місця на місце без допомоги ніг.

1698 - англієць Томас Севері побудував перший паровий котел.

1741 - російський механік-самоучка Леонтій Лук'янович Шамшуренков послав до Нижегородської губернської канцелярії «доношення» з описом «самобіглої коляски».

1769 - французький винахідник Кюньо побудував перший у світі паровий автомобіль.

1784 - Джеймс Уатт створив першу парову машину.

1791 р. - Іван Кулібін сконструював триколісний самохідний візок, що вміщав двох пасажирів. Привід здійснювався з допомогою педального механізму.

1794 р. - парову машину Кюньо здали в «сховище машин, інструментів, моделей, малюнків та описів з усіх видів мистецтв і ремесел» як чергову механічну дивину.

1800 - існує думка, що саме цього року в Росії був побудований перший у світі велосипед. Його автором був кріпосний Юхим Артамонов.

1808 - на вулицях Парижа з'явився перший французький велосипед. Він був виготовлений з дерева і складався з перекладини, що з'єднує два колеса. На відміну від сучасного велосипеда, у нього не було керма та педалей.

1810 - в Америці та країнах Європи почала зароджуватися каретна промисловість. У великих містах з'явилися цілі вулиці та навіть квартали, заселені майстрами-каретниками.

1816 - німецький винахідник Карл Фрідріх Драйз побудував машину, що нагадує сучасний велосипед. Щойно з'явившись на вулицях міста, вона отримала назву «бігової машини», оскільки її господар, відштовхуючись ногами, фактично біг землею.

1834 - в Парижі проводилися випробування парусного екіпажу, сконструйованого М. Хакуетом. Цей екіпаж мав щоглу заввишки 12 м.

1868 - вважається, що в цей рік французом Ерне Мішо був створений прообраз сучасного мотоцикла.

1871 - французький винахідник Луї Перро розробив парову машину для велосипеда.

1874р. - у Росії побудований паровий колісний тягач. Як прототип був використаний англійський автомобіль «Евелін Портер».

1875р. - У Парижі пройшла демонстрація першої парової машини Амадея Бдллі.

1884 - американець Луїс Копленд побудував мотоцикл, на якому паровий мотор був встановлений над переднім колесом. Така конструкція могла розігнатися до 18 км/год.

1901р. - у Росії побудований легковий паромобіль московського велосипедного заводу «Дукс».

1902р. - Леон Серполле на одному зі своїх парових автомобілів встановив світовий рекорд швидкості – 120 км/год.

Роком пізніше він встановив ще один рекорд – 144 км/год.

1905 - американець Ф. Маріотт на паровому автомобілі перевищив швидкість 200 км

1.2 Паровийдвигун

Двигун, що приводиться в дію силою пари. Пар, що отримується шляхом нагрівання води, використовують для руху. У деяких двигунах сила пари змушує рухатися поршні, розташовані в циліндрах. Таким чином створюється зворотно-поступальний рух. Під'єднаний механізм зазвичай перетворює його на обертальний рух. У паровозах (локомотивах) використовуються Поршневі двигуни. Як двигуни використовують також парові турбіни, які дають безпосередньо обертальний рух, обертаючи ряд коліс з лопатками. Парові турбіни приводять у дію генератори електростанцій та гвинти кораблів. У будь-якому паровому двигуні відбувається перетворення тепла, що виробляється при нагріванні води в паровому казані (бойлері) на енергію руху. Тепло може подаватися від спалювання палива в печі або атомного реактора. Найперший в історії паровий двигунів був рід насоса, за допомогою якого відкачували воду, що заливає шахти. Його винайшов у 1689 р. Томас Сейвері. У цій машині, дуже проста за конструкцією, пара конденсувалася, перетворюючись на невелику кількість води, і за рахунок цього створювався частковий вакуум, завдяки чому відсмоктувалась вода з шахтного ствола. У 1712 р. Томас Ньюкомен винайшов поршневий насос, що приводиться в дію пором. У 1760-ті роки. Джеймс Ватт покращив конструкцію Ньюкомена і створив набагато ефективніші парові двигуни. Невдовзі їх почали використовувати на фабриках для приведення в дію верстатів. У 1884 р. англійський інженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) винайшов першу застосовну практично парову турбіну. Його конструкції були настільки ефективні, що незабаром ними стали замінювати парові двигуни зворотно-поступального впливу на електростанціях. Найбільш дивним досягненням у сфері парових двигунів було створення повністю замкненого, працюючого парового двигуна мікроскопічних розмірів. Японські вчені створили його, використовуючи методи, що служать виготовлення інтегральних схем. Невеликий струм, що проходить електронагрівальним елементом, перетворює краплю води на пару, яка рухає поршень. Тепер вченим належить відкрити, в яких сферах цей пристрій може знайти практичне застосування.