Как работает паровой двигатель - АВТОМОБИЛЬНЫЙ ПОРТАЛ

Как работает паровой двигатель

Паровой двигатель с КПД дизеля!

Да да, вы не ослышались! Не успел дизель пошатнуться на своих позициях (наверное все помнят, дизельный скандал прокатившийся по Европе и даже добравшийся до США) как у него появились конкуренты.

Известная компания Cyclone Power Technologies завершила процесс создания нового типа двигателя внешнего сгорания. После окончательной проверки работоспособности устройства начался активный процесс коммерческого продвижения и сертификации созданного мотора. Новое устройство теплового двигателя получило название Waste Heat Engine (WHE). Механизм его функционирования схож с принципом двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Однако есть одно главное отличие — WHE относится к классу двигателей внешнего сгорания. Во время работы двигателя WHE происходит нагревание воды, не содержащей ионов примесей, оказывающее воздействие на поршни и турбину. Хоть коэффициент полезного действия нового типа двигателя и аналогичен коэффициенту дизельного устройства, WHE обладает рядом особых преимуществ. Новый двигатель предназначен для использования горючих материалов любой формы. В WHE можно заливать бензин, использовать уголь и другие виды топлива. При тестировании нового устройства использовалось даже топливо, созданное из отходов апельсина и растительных масел.

WHE может функционировать при низких температурных условиях и потреблять всевозможные источники тепла. Главный плюс созданного типа двигателя – несложное устройство мотора и использование в конструкции небольшого количества деталей. За счет принципа внешнего сгорания WHE не нуждается в сложной конструкции ГРМ. Вес нового двигателя меньше его старых аналогов. Блок цилиндров WHE из алюминиевого сплава весит всего лишь 35 кг, что в три раза почти меньше веса блока ДВС. Себестоимость двигателя WHE не выше затрат на производство ДВС. WHE предназначен для функционирования при различных мощностях. Устройства WHE, мощность которых ниже 10 кВт, могут применяться источник подачи энергии при сбоях в электросетях. Кроме того, такие двигатели небольшого размера могут найти применение в мелкогабаритной технике, промышленности и т.д. Устройства WHE, мощность которых колеблется в диапазоне от 100 до 400 л.с., предназначены для использования в машинах и лодках. Если мощность нового мотора больше 400, но меньше 1000 л.с., его можно использовать на кораблях. Экологичность двигателя WHE, низкий уровень шума и отсутствие механических колебаний создают все предпосылки для использования нового устройства в качестве источника обеспечения энергией любой общественный транспорт города.

Паровой двигатель. Одно название вызывает ассоциации с огромным дымяще-коптящим паровозом. И, казалось бы, что может сейчас вернуть это громоздкое устройство в жизнь. Ведь весь мир ожидает экологичный, прогрессивный (на первый взгляд) электрический автомобиль. Но, оказывается, что еще в шестидесятые мир мечтал об электромобилях, называя их автомобилями будущего. Тогда не хватало емкости аккумуляторов для поездок на дальние расстояния. Спустя сорок лет мы называем электрокар автомобилем будущего и боремся с проблемой дальности «пробега» на одной зарядке авто…

Оказывается, есть приверженцы парового двигателя, заявляющие о его огромных преимуществах перед двигателем внутреннего сгорания, и огромных перспективах в будущем. Вникнув в их доводы трудно не согласиться. К примеру, паровой двигатель более прост в конструкции, поэтому дешевле в обслуживании и ремонте. Он генерирует высокий крутящий момент, а поэтому не требует коробки передач и сцепления. Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых ДВС зависит от степени сгорания топлива. А в паровом двигателе можно иметь 100% сгорания. В нем также не требуется выхлопная система, т. к. топливо сгорает при атмосферном давлении. Ну, и последнее, для сжигания в паровом двигателе не требуется высококачественное топливо — здесь подойдет все: бензин, керосин, газ, мазут, биотопливо и прочее.

Итак, вернемся к нашим фанатам паровых двигателей. Оказалось, что у них есть свои соревнования и рекорды. Официальный рекорд скорости, развитый автомобилем с паровым двигателем, составляет в настоящее время 238 км/ч, был установлен в 2009 году британской командой Inspiration. Были, конечно и другие попытки побить этот рекорд, предпринятые, опять же британской, командой British Steam Car Challenge, но их рекорд так и не получил статус официального рекорда. Не так давно в эту «паровую» гонку включился новый игрок, американская команда Chuk Williams’ U.S. Land Steam Record (USLSR), которая сейчас занимается изготовлением собственного парового автомобиля LSR Streamliner, который, возможно, станет новым официальным мировым рекордсменом.

Aвтомобиль LSR Streamliner оборудуется высокоэффективным регенеративным высокотемпературным паровым двигателем Cyclone, который способен работать практически на любом виде топлива, включая и биотопливо, производя гораздо меньше выбросов в окружающую среду, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. Более подробное описание работы двигателя можно найти на веб-сайте команды, но в основном процесс работы двигателя Cyclone выглядит таким образом: топливо-воздушная смесь сжигается в камере сгорания, нагревая спиральные теплообменники, в которых вода превращается в перегретый пар. Давление пара, проходя через распределительную систему, приводит в движение поршни двигателя, что заставляет вращаться коленчатый вал. Использованный пар превращается снова в жидкую воду, которая снова подается в теплообменники, ведь Cyclone — двигатель с замкнутым циклом, а горячий воздух, охлаждающий пар и подогретый выхлопными газами, подается в другой теплообменник, где происходит нагрев воздуха, подаваемого в камеру сгорания.

И бонусом, газонокосилка на паровом ходу, оснащённая двигателем Cyclone Power

Как работает паровой двигатель

Главное меню

  • Главная
  • Паровые машины
  • Двигатели внутреннего сгорания
  • Электродвигатели
  • Автоматическое регулирование двигателей
  • Восстановление и ремонт двигателей СМД
  • Топливо для двигателей
  • Карта сайта

Судовые двигатели

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания
  • Судовые паровые турбины
  • Судовые газовые турбины
  • Судовые дизельные установки

Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором по­тенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в меха­ническую энергию, отдаваемую потребителю.

С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.

Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может пере­мещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верх­них пароподводящих канала 1 и 3 соединены трубопроводом с паро­вым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и 11 закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу 1 поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы 1 и 9 закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы 1 и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

Для преобразования этого движения во вращательное приме­няется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу Р , направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие: К , направленную вдоль шатуна, и N , перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила К передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу Z , направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу Т , перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то

Т = К sin (? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K= P/ cos ?

T= Psin ( ? + ?) / cos ? ,

При работе машины за один оборот вала углы ? и ? и сила Р непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциаль­ной) силы Т также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоян­ная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила Т возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой Т , становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою ско­рость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.

При крайних положениях поршня углы ? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее уси­лие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.

При мертвых положениях поршень не доводится до соприкоснове­ния с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного прост­ранства включается также объем паровых каналов от органов парорас­пределения до цилиндра.

Ходом поршня S называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа — радиус кривошипа — обозначить через R, то S = 2R.

Рабочим объемом цилиндра V h называется объем, описываемый поршнем.

Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины односторон­него действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких маши­нах остается открытой.

В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмо­сферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар исполь­зуется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр.)

Альтернативная и малая энергетика на паровом двигателе

NEW BUSINESS THEME

Свежие записи

Свежие комментарии

Архивы

Рубрики

  • Войти
  • Лента записей
  • Лента комментариев
  • WordPress.org

Паровой двигатель в малой энергетике

ПАРОВОЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ и ПАРОВОЙ АКСИАЛЬНО- ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Паровой роторный двигатель (паровая машина роторного типа) является уникальной силовой машиной, развитие производства которой до настоящего времени не получило должного развития.

С одной стороны- разнообразные конструкции роторных двигателей существовали ещё в последней трети 19-го века и даже неплохо работали, в том числе и для привода динамо-машин с целью выработки электрической энергии и электроснабжения всяких объектов. Но качество и точность изготовления таких паровых двигателей (паровых машин) было весьма примитивным, поэтому они имели малый КПД и невысокую мощность. С тех пор малые паровые машины ушли в прошлое, но вместе с действительно малоэффективными и бесперспективными поршневыми паровыми машинами в прошлое ушли и имеющие хорошую перспективу паровые роторные двигатели.

Главная причина- на уровне технологий конца 19-го века сделать действительно качественный, мощный и долговечный роторный двигатель не представлялось возможным.
Поэтому из всего многообразия паровых двигателей и паровых машин до нашего времени благополучно и активно дожили лишь паровые турбины огромной мощности (от 20 мВт и выше), на которых сегодня осуществляется около 75% выработки электроэнергии в нашей стране. Еще паровые турбины большой мощности дают энергию от атомных реакторов в боевых подводных лодках-ракетоносцах и на больших арктических ледоколах. Но это все огромные машины. Паровые турбины резко теряют всю свою эффективность при уменьшении их размеров.

…. Именно поэтому силовых паровых машин и паровых двигателей мощности ниже 2000 — 1500 кВт (2 — 1,5 мВт), которые бы эффективно работали на паре, получаемом от сжигания дешевого твердого топлива и различных бесплатных горючих отходов, сейчас в мире нет.
Вот в этой –то пустой сегодня области техники (и абсолютно голой, но очень нуждающейся в товарном предложении коммерческой нише), в этой рыночной нише силовых машин небольшой мощности, могут и должны занять своё очень достойное место паровые роторные двигатели. И потребность в них только в нашей стране — на десятки и десятки тысяч… Особенно такие малые и средние по мощности силовые машины для автономное электрогенерации и независимого электроснабжения нуждаются малые и средние предприятия в отдаленных от больших городов и крупных электростанций местностях: — на малых лесопилках, отдаленных приисках, на полевых станах и лесных делянках, и пр. и др.
…..

..
Давайте рассмотрим показатели, из-за которых паровые роторные двигатели оказываются лучше, чем их ближайшие сородичи — паровые машины в образе поршневых паровых двигателей и паровых турбин.
… — 1)
Роторные двигатели являются силовыми машинами объемного расширения – как поршневые двигатели. Т.е. они обладают небольшим потреблением пара на единицу мощности, потому что пар подается в их рабочие полости время от времени, и строго дозированными порциями, а не постоянным обильным потоком, как в паровых турбинах. Именно поэтому паровые роторные двигатели гораздо экономичнее паровых турбин на единицу выдаваемой мощности.
— 2) Роторные паровые двигатели имеют плечо приложения действующих газовых сил (плечо крутящего момента) значительно (в разы) больше, чем поршневые паровые двигатели. Поэтому развиваемая ими мощность гораздо выше, чем у паровых поршневых машин.
— 3) Паровые роторные двигатели имеют гораздо большее рабочий ход, чем поршневые паровые двигатели, т.е. имеют возможность переводить большую часть внутренней энергии пара в полезную работу.
— 4) Паровые роторные двигатели могут эффективно работать на насыщенном (влажном) паре, без затруднений допускать конденсацию значительной части пара с переходом её в воду прямо в рабочих секциях парового роторного двигателя. Это так же повышает КПД работы паросиловой установки с использованием парового роторного двигателя.
— 5 ) Паровые роторные двигатели работают на оборотах в 2-3 тыс. оборотов в минуту, что является оптимальной частотой вращения для выработки электричества, в отличие от слишком тихоходных поршневых двигателей (200-600 оборотов в минуту) традиционных паровых машин паровозного типа, или от слишком быстроходных турбин (10-20 тыс. оборотов в минуту).

При этом технологически паровые роторные двигатели относительно просты в изготовлении, что делает затраты на их изготовление относительно невысокими. В отличие от крайне дорогостоящих в производстве паровых турбин.

ИТАК, КРАТКИЙ ИТОГ ЭТОЙ СТАТЬИ — паровой роторный двигатель является весьма эффективной паровой силовой машиной для преобразования давления пара от тепла сгорающего твердого топлива и горючих отходов в механическую мощность и в электрическую энергию.

Автором настоящего сайта, уже получены более 5 патентов на изобретения по разным аспектам конструкций паровых роторных двигателей. А так же произведено некоторое количество небольших роторных двигателей мощностью от 3 до 7 кВт. Сейчас идет проектирование паровых роторных двигателей мощностью от 100 до 200 кВт.
Но у роторных двигателей есть «родовой недостаток» — сложная система уплотнений, которые для маленьких по размерам двигателей оказываются слишком сложными, миниатюрными и дорогими в изготовлении.

В 2016-18 гг я сделал и испытал несколько моделей поршневых опозитных и аксиально поршневых моторов.. Данные компоновки представлялись наиболее энерго — производительной по мощности вариацией из всех возможных схем применения поршневой системы. Внизу размещено видео использования маленького аксиально-поршневого оппозитного двигателя с встречным движением поршней.

Но по итогам работы сделан вывод- что общий итог работы с поршневыми двигателями- неудовлетворителен. Почему такой вывод-для этого нужно писать целую большую почти научную работу, с материалами на несколько кандидатский диссертаций…. Главное- что поршневые двигатели не могут работать без смазки. А настоящий паровой двигатель (как паровая турбина) должен работать без смазки. Ибо при температуре перегретого пара в 350-380 град- любая смазка тут же обуглится. И такой плохой результат был получен на материалах высокого качества — так пара трения «поршень- цилиндр» — подвергнута ионно -плазменному азотированию в вакуумной среде и твердость поверхностей трения составляет 62-64 ед по HRC. Подробно о процессе упрочения поверхности методом азотирования смотри ТУТ.

http://www.youtube.com/watch?v=W0wolj41ods
Вот анимация принципа работы похожего по компоновке такого аксиально- поршневого оппозитного двигателя с встречным движением поршней

Первые пуски малого парового роторного двигателя

….. Многие посетители моего сайта спрашивают — а каково потребление твердого топлива в таких малых паро-силовых установках а единицу мощности?
…. Отвечаю — на угле на 1 квт-час выработки электричества идет расход примерно 1,2 — 1,3 кг угля, или 1,6 — 2 кг дров, щепы, опила — в зависимости от их влажности.

. МАТЕРИАЛЫ — МАЙ 2020 г.

Видео ролик с работой парового роторного двигателя.
https://www.youtube.com/watch?v=bFi8CgLLfok

На моем небольшом предприятии в Краснодаре налажено штучное производство под заказ малых паро -силовых установок с роторным двигателем мощностью от 1 до 5 квт. В перспективе можно делать установки до 30 квт мощности.

Заказы присылайте на почту igg-iss@yandex.ru
либо связь по Скайп iggiss2

Вот пример такой малой установки

Кому интересны подробности работы малой паро-силовой техники — смотрите тут:
маневры котлом и работа двигателя в разных режимах:

БЛИЖАЙШАЯ ПЕРСПЕКТИВА

Так же- ближайшая перспектива: сейчас разрабатывается микро установка на 0,25 квт.
Для пеших туристов, геологов, охотников, военных и проч. Она будет переносится в 2-х рюкзаках за спиной. Кипятильник- котел будет раскладываться над костром. Вся система делается из дюрали с поверхностным керамическим покрытием. Вся установка весом примерно 15 -16 кг. Плюс вес небольшого аккумулятора — 2 кг.
Установка будет делиться на 2 части и переносится в 2-х рюкзаках. Время сборки до запуска примерно 7- 8 минут. Время запуска от установки над костром до пуска генератора- 2- 3 минуты. Стремлюсь получить по вес 5 —6.5 кг одно место. Мощность электрогенератора 0,25- 0.4 квт.

Первые испытания натурного макета такой установки показали реальность создания такого изделия.

Приходит много писем — сколько стоят такие малые паросиловые установки с электрогенераторами.

Отвечаю: самая дешевая мобильная походно- туристическая установка мощностью по электричеству 0,4 — 0,5квт стоит 80 тыс руб ( с выхлопом водяного пара в воздух).

Самая дорогая и мощная установка на 18 квт (двухконтурная на легкокипящей жидкости) — стоит от 470 до 650 тыс. рублей.

Срок изготовления больших установок- 3-4 месяца от предоплаты.
Малые установки могут быть в наличии.

Адрес электронной почты для связи: i gg-iss@yandex.ru
Ник в мессенджере Telegram: Igor Iss

Следующая страница — «Паровые Машины Прошлого».

Перейти страница о «Твердом Топливе»

Паровая машина Уатта

Главным двигателем в разных отраслях производства веками оставалось водяное колесо. Но этот двигатель требовал располагать предприятия у рек и для запуска нуждался в дорогостоящих подготовительных работах. Мощность водяных колёс, зависевшую от силы реки, было трудно контролировать: ведь как в засуху, так и при наводнении — двигатель мог встать. Нужда в мощном, дешёвом, легкоуправляемом двигателе, который можно установить в любом месте, привела к созданию паровых машин.

Вспомнить Герона

«Праотцами» паровой машины можно считать два творения Герона Александрийского — поршневый насос и эолипил, в котором сила пара использована как источник энергии. Идею эолипила развил итальянский инженер Джованни Бранка, создав в 1629 г. первую паровую турбину, схожую с водяным колесом, но вращаемую не потоком воды, а давлением струи пара.

Двигатель Бранка был слишком слаб для промышленного использования — мощи паровой струи, поступающей из кипящего котла с водой, не хватало для раскручивания большого колеса. Поршневые насосы в XVI-XVIII вв. широко использовались для откачки грунтовых вод из глубоких шахт и приводились в движение водяным колесом (гидравлическим двигателем). Английский изобретатель Эдвард Сомерсет объединил идею поршня и использование пара в качестве рабочего тела (источника энергии) и в 1655 г. построил паровой насос для подъёма воды на стену замка. Но в те годы его идея не нашла поддержки.

Модель Папена

Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.

«Друг рудокопа»

В 1698 г. английский инженер Томас Севери получил патент на «друга рудокопа» — паровой насос для откачки воды из шахт. Всю работу «друга» выполнял пар — там даже не было поршня. Севери, в отличие от Папена, стал производить пар в паровом котле, отделённом от рабочей части машины. Но для действия машины приходилось каждый раз охлаждать паровой котёл, и тепло, на создание которого тратился уголь в нагревательной печи, уходило в воздух.

Турбина — вращающийся (ротационный) двигатель, преобразующий энергию рабочего тела (воды, пара, газа) в механическую работу.Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. После конденсации пар становится водой.

Двигатель Ньюкомена

Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.

Читайте также  Crdi двигатель что это такое

Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.

Паровая революция

Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.

Машина широкого спроса

В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.

Двойной пар

В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.

Давление пара мощнее атмосферного и поддаётся регулированию: чем выше температура нагревания парового котла, тем больше пара вырабатывается, тем сильнее будет давление. Мощные двигатели Уатта пригодились не только для насосов, но и для паровых молотов, прессов, молотилок, кузнечных мехов и прочих машин, где нужно было механизировать , вертикальное перемещение груза.

Поршень крутит колесо

Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.

Полная автоматизация

Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.

Развитие идеи

Успех первой пароатмосферной машины принёс Уатту и славу, и деньги на продолжение работы. Он поставил перед собой несколько задач по усовершенствованию своей машины: повысить мощность, использовать для выполнения полезной работы не только опускание поршня, но и его подъём, а также полностью автоматизировать управление машиной.

Как я собирал паровой двигатель своими руками

Отправим материал на почту

Купил недавно участок загородом, обустраиваю там дачу. Уже всё закончил, приезжаю, отдыхаю и уезжаю, частенько на выходных там бываю. На днях пришла гениальная идея сконструировать самодельный паровой двигатель, чтобы не было так скучно там, ведь можно будет сделать макет поезда или как использовать его для хозяйственных нужд, однако скорее всего буду использовать его просто для развлечения. Уже сделал и дальше хочу рассказать вам, как сделать паровой двигатель своими руками.

Немного про паровой двигатель и принцип его действия

Паровой двигатель/паровая машина – тепловой двигатель внешнего сгорания, использует и преобразует энергию водяного пара во вращательно-поступательную механическую работу поршня и вала.

Паровым двигателем можно считать любой двигатель внешнего сгорания, что преобразует энергию пара в механическую работу.

Принцип работы парового двигателя весьма прост: путём сгорания топлива нагревается вода и превращается в водяной пар, который различными способами приводят поршень в движения, поршень же вращает вал, и на выходе мы имеем механическую работу от вала.

Зачем собирать паровой двигатель в 21-ом веке

Итак, сейчас 21-ое столетие, цифровая эпоха, век высоких компьютерных технологий, можно задаться вопросом «Зачем вообще кому-то собирать паровой двигатель сейчас?».

Есть люди, которые говорят, что хотят сделать модель паровоза, паровой генератор для дома и использовать его для своих нужд – всё это чушь.

Если бы эти нужды были реально важны для них, они бы использовали скорее более эффективный двигатель внутреннего сгорания.

На самом деле в нынешнее время паровые двигатели строят для удовольствия от инженерного дела, удовольствия от моделирования и удовольствия от полученного опыта – того самого опыта, который был у великих изобретателей древности.

Изготовление парового двигателя своими руками

Вот чертёж парового двигателя, с которым вам необходимо ознакомиться прежде, чем приступать к работе:

Первым делом необходимо подготовить инструменты и материалы для изготовления.

Из материалов для изготовления парового двигателя из жестяной банки мне для этого понадобилось:

  • Свинец;
  • Спицы для колёс от велосипеда;
  • Маленькая и обычная трубка;
  • Болты, гайки, шурупы;
  • Медная проволока диаметром 1,5 мм;
  • Куски досок;
  • Сама жестяная банка (подойдёт банка из-под оливок);
  • Деревянные бруски;
  • Телескопическая антенна диаметром не менее 8 мм;
  • Подставка (можно использовать фанеру);
  • Суперклей и эпоксидная смола;

А из инструментов:

  • Паяльник;
  • Ножовка;
  • Дрель;
  • Наждак;

А теперь приступим непосредственно к самой сборке.

Для начала необходимо изготовить цилиндр и золотниковую трубку.

Для этого отрежьте от вашей телескопической антенны 3 куска: один кусок должен быть длиной 38 мм и 8 мм в диаметре (трубка 1), второй диаметром 4 мм и длиной 30 мм (трубка 2), ну и третий должен быть диаметром также 4 мм, а длиной 6 мм (трубка 3).

Далее возьмите трубку 2, что вы вырезали ранее, и сделайте в ней отверстие посередине, которое должно быть диаметром 4 мм.

Приклейте трубку 3 перпендикулярно к трубке 2 с помощью суперклея.

После высыхания можете использовать холодную сварку для более качественного соединения.

Последним шагам вам нужно будет прикрепить шайбу с отверстием к трубке 3. Для более качественного соединения используйте холодную сварку после высыхания.

Для лучшей герметичности покройте все швы цилиндра эпоксидной смолой.

Следующим этапом будет изготовление поршня с шатуном.

Возьмите болт с диаметром около 7 миллиметров, зажмите его шляпкой в тисках. После чего намотайте на него шесть витков медной проволоки.

Каждый виток необходимо промазать суперклеем.

В конце просто спилите лишние концы бота.

Вторым шагом вам нужно будет покрыть проволоку на болте эпоксидной смолой и подождать пока она высохнет. Далее подогнать ваш поршень под уже изготовленный цилиндр.

Подогнать нужно так, чтобы поршень двигался свободно, но не пропускал воздух.

После возьмите лист алюминия и вырежьте из него полоску шириной 4 миллиметра, а длиной 19.

Придайте полоске П-образную форму.

Стороны этой детали должны быть 7 на 5 на 7 миллиметров.

Просверлите на обоих концах полоски отверстия диаметром по 2 миллиметра. В получившееся отверстие должен поместиться кусочек спицы. После чего приклейте её к поршню стороной 5 мм.

Далее сделайте шатун из спицы от велосипеда.

Для этого приклейте к концам спицы два маленьких кусочков антенных трубок длиной и диаметром примерно по 3 миллиметра.

Расстояние от одного центра шатуна до другого должно составлять 5 см.

Вставьте только что изготовленный шатун в П-образную деталь и шарнирно зафиксируйте спицей.

Спицу необходимо подклеить с двух сторон, чтобы она не выпала при работе.

Следующим этапом будет изготовление шатуна треугольника.

Похожим образом, как и обычный шатун, делается шатун треугольника, только с одной стороны должен быть кусок велосипедной спицы, а с другого трубка.

Для шатуна треугольника должна составлять 7,5 сантиметров.

После – изготовление треугольника и золотника.

Возьмите лист металла и вырежьте из него треугольник.

В этом треугольнике просверлите 3 отверстия. Расстояние между отверстием 1 и отверстием 2 должно быть 1,9 см, между отверстием 2 и отверстием 3 – 2,3 см.

Теперь займитесь изготовлением золотника.

Длина золотника должна составлять 3,5 см, толщина должна быть такой, чтобы он свободно перемещался по трубке золотника.

Выбирайте длину штока в зависимости от вашего маховика.

Предпоследним этапом будет изготовление подпорок и кривошипов

Подпорки сделайте из брусков, выбирая размеры по вашему усмотрению.

Длина кривошипа поршневой тяги должна составлять 0,8 см, длина же кривошипа золотника в два раза меньше – 0,4 см.

Последний этап – изготовление парового котла

Паровым котлом выступит банка из-под оливок, которой необходимо запаять крышку.

В крышке необходимо просверлить два отверстия – под трубку и гайку.

Гайка нужна для того, чтобы через неё заливать воду в котёл, закрывая отверстие, закручивая болт в неё.

Далее необходимо собрать все детали воедино и разместить каждый элемент на подпорке, что находится на деревянной платформе.

В конце проведите испытания.

Если они успешны, то можно сказать, что самодельный паровой двигатель готов.

Фото двигателя в сборке:

Рекомендую следующее видео, в котором автор собирает своими руками паровой двигатель:

Как итог

Такое интересное развлекательное изделие как паровой двигатель можно легко сделать своими руками. Для этого нужно будет лишь лист металла, несколько деревянных брусков, досок, банка из-под оливок, спица, болты гайки, трубки и другие мелочи, а также необходимые инструменты. Качество вашего парового двигателя зависит от вас, если вы сделаете всё правильно, то он будет служить вам долгие годы.

напишите в комментариях, как считаете разумно ли делать паровой двигатель в 21-ом веке

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector