- Історія винаходу парового двигуна
- Як влаштований паровий двигун. Принцип дії
- Переваги і недоліки
- Застосування в даний час
Так склалося, що навіть люди з технічною освітою мало що знають про цей пристрій. Сьогодні ми і заповнимо цю прогалину, згадаємо, як влаштований паровий двигун, його принцип дії. Його переваги, недоліки і застосування в сучасних умовах. І трохи про історію винаходу.
Парова машина кардинально змінила картину світу, зробила революцію в промисловості, на транспорті, дала імпульс для нових відкриттів. Вона служила універсальним двигуном протягом XIX століття, і навіть з появою механізмів, що вимагають високих швидкостей, що не канула в лету. Замість тихохідної парової машини вчені розробили швидкохідну турбіну з одним з найвищих ККД
Історія винаходу парового двигуна
Згадка про перші парових машинах датована першим століттям нашої ери. Пристрій, описано Героном Олександрійським - пар виходив з сопел, закріплених на кулі, і приводив в рух двигун.
Правда, справжня парова турбіна з'явилася в Єгипті в 16 столітті. Її винайшов араб Таги-аль-Діном.
Подібну машину побудував 1629 році італійський інженер Джованні Бранка. Тобто, як тільки в суспільстві настало економічне благополуччя і виникла необхідність в даному механізмі, його одразу ж винайшли.
В кінці 17 століття були створені ще дві моделі: в Іспанії двигун сконструював Аянс де Бомонт, а в Англії Едвард Сомерсет в 1663 році встановив парову установку для закачування води в Велику вежу замку Реглан. Але всі проекти швидко згорталися і забувалися. Тоді, як втім, і зараз все нове не сприймала більшість, і гроші на розробку ніхто давати не наважувався.
Паровий котел створив француз Дені Папен. Він же винайшов і запобіжний клапан для відведення надлишкового тиску. Справа в тому, що високий тиск, що створюється парою, призводило до частих вибухів.
До речі, в той же час з'явилося і розхожий вислів: «випустити пар», яке означало - заспокоїти нерви, Пошумівши на оточуючих, без знесення власного казанка і без жертв серед мирного населення.
Але на цьому історія парових двигунів не перервалася. Англієць Томас Ньюкомен в 1712 році зробив шахтний насос для подачі води на верх. Двигун Ньюкомена став користуватися попитом, з його масового випуску почалася англійська промислова революція.
У Росії першу парову машину в 1763 році спроектував И.И.Ползунов. З її допомогою приводилися в дію повітродувні хутра на заводах.
А француз Ніколас-Йозеф Куньо шість років по тому сконструював першу парову віз. Вона приводила в рух сільськогосподарські механізми.
А в 1788 році Джон Фітч побудував пароплав, який вміщував 30 осіб, і йшов зі швидкістю до 12 кілометрів на годину.
У 1804 році на металургійному заводі в Південному Уельсі був випробуваний перший залізничний парової поїзд, його побудував Річард Тревітік.
Як влаштований паровий двигун. Принцип дії
Для роботи парової машини потрібно паровий котел. Вступник з нього пар, розширюється і впливає на поршень або ж на лопатки паротурбінного, потім їх рух передається на інші механічні частини пристрою.
Як влаштований паровий двигун показано на ілюстрації
Рух поршня через шток, повзун, шатун і кривошип передається на головний вал, який несе маховик , Необхідний для зниження нерівномірності обертання.
Ексцентрик, що знаходиться на головному валу, через ексцентрикову тягу впливає на золотник, який управляє впуском пара в циліндрі. Пара з циліндра викидається в атмосферу або направляється в конденсатор.
Щоб підтримувати постійне число обертів вала, при зміні навантаження, на парових машинах встановлюють відцентровий регулятор, він автоматично змінює перетин проходу пара, що направляється в парову машину (при дросельному регулювання) або момент відсічення наповнення (при кількісному регулюванні).
Поршень створює в циліндрі парового двигуна одну (дві) порожнини змінного обсягу, в них і відбуваються процеси стиснення і розширення.
Переваги і недоліки
Основна перевага парової машини, як двигуна зовнішнього згоряння , Відділення котла від самої машини. Це дає можливість використовувати що завгодно в якості палива хоч хмиз, хоч уранове паливо, що вигідно відрізняє її від двигуна внутрішнього згоряння - там для кожного типу потрібно певний вид пального.
Найпомітніше це перевага у випадку з ядерним реактором, який не може виробляти механічну енергію, а виробляє лише тепло, яке використовують для отримання пари, що обертає парові турбіни.
У двигунах зовнішнього згоряння можна використовувати і інші джерела тепла, наприклад, енергію сонця або енергію різниці температур океану на різній глибині.
Цікавий факт, паровий локомотив добре працює на великих висотах, при чому ефективність двигуна не падає, а, навпаки, зростає завдяки низькому атмосферному тиску.
Паровози і сьогодні використовують в гірській місцевості Латинської Америки і Китаю, при тому, що в рівнинних районах вони давно замінені на більш сучасні типи локомотивів.
Навіть в Швейцарії і в Австрії в ходу вдосконалені тепловози, що працюють на сухому парі. Їх розробили на основі моделі SLM виробництва 1930 року. У конструкцію внесли ряд змін: використовували роликові підшипники, сучасну теплоізоляцію, нові види палива, спеціальні паропроводи і ряд інших нововведень.
Завдяки цьому споживання палива зменшилася на 60 відсотків, а вага стала нижче, ніж у дизельних і електричних аналогів, що актуально для залізниць, що проходять в гірській місцевості.
Серед інших позитивних якостей парового двигуна:
- висока надійність;
- можливість експлуатації при значних коливаннях навантаження;
- допустимість тривалих перевантажень;
- довговічність;
- низькі витрати на експлуатацію;
- простота в обслуговуванні.
До недоліків можна віднести:
Застосування в даний час
Сьогодні парові машини знайшли широке застосування в вигляді парових турбін, які працюють як приводи електрогенераторів.
Парова турбіна складається з обертових дисків, які закріплені на одній осі. Цей вузол називається ротором . Також є статор - його нерухомі диски чергуються з дисками ротора. На дисках ротора розміщені лопатки, при попаданні на них пара, механізм починає рухатися.
Аналогічні лопатки, тільки розташовані під протилежним кутом, є і на дисках статора. Вони служать для перенаправлення струмені пари на наступний диск ротора.
Турбіна перетворює енергію пара в обертальний рух без будь-яких додаткових механізмів. Тобто перетворення зворотно-поступального ходу в обертальний рух робити не потрібно.
Також у турбін менші розміри ніж у зворотно-поступальних машин, і вони відрізняються постійним зусиллям на вихідному валу. Ще один плюс - проста конструкція, а значить доведеться менше витрачати коштів на експлуатацію.
Сфера використання парових турбін - виробництво електроенергії. Більше 85 відсотків електричної енергії виробляють саме парові турбіни. Також їх використовують як суднові двигуни, зокрема на підводних човнах і атомоходах.
Тепер ви знаєте, як влаштований паровий двигун, що парова машина, винайдена ще в першому столітті нашої ери, зовсім не анахронізм, а сучасне високотехнологічне пристрій, завдяки якому життя багатьох людей стала комфортніше.
Перспективи застосування парових машин на автомобілях мають поки туманні обриси, але творча думка винахідника не має кордонів і я з повною упевненістю можу припустити, що скоро з'являться двигуни з елементами парового носія
Підписуйтесь на наш блог, щоб дізнатися багато нового і цікавого. Поділіться цією інформацією з друзями в соціальних мережах - нехай вони підвищать свій технічний рівень, ну і вам буде приємно мати розумних друзів.
