Схема и описание парового двигателя

Как работает локомотив

ПаровозСтроение паровоза

1. Топка
2. Дверь Топки
3. Колосники / Колосниковая Решетка
4. Поддувало – место для поддува воздуха
5. Уголь
6. Вода
7. Жаровые трубы
8. Регулятор
9. Коллектор для другого парового оборудования (т. е. свисток, перерывы, воздуходувка и т. д)
10. Паровой купол
11. Главная Паровая Труба
12. Выхлопная труба
13. Взрывная Труба
14. Цилиндр
15. Поршень
16. Задвижка
17. Дымоход
18. Шатун
19. Рукоятка
20. Ведущее колесо
21. Паропровод для тормозов поезда
22. Боковые резервуары для воды
23. Песочница, для тяги по мокрым рельсам
24. Дымосборник 
25. Предохранительный клапан

Паровой двигатель использует угольный огонь (хотя есть и некоторые исключения) в качестве источника энергии для кипячения воды и получения пара.

Горячие газы от горящего угля в топке проходят через котел в «огненных трубах» (144 штуки в случае Локомотива «Барклай»), прежде чем покинуть двигатель через дымовую трубу и дымоход.

По мере того как вода в котле закипает, горячий “мокрый” пар поднимается вверх и собирается из парового купола на верхней части котла через регулирующий клапан, который машинист использует для управления скоростью движения локомотивов.

Из регулятора пар подается по трубопроводу в цилиндры и поочередно поступает через клапаны-золотники (расположенные сбоку корпуса цилиндра), толкая поршень в цилиндре вперед и назад.

Поршень соединен с ведущими колесами через «шатун» и «кривошип» (или «клапанный механизм», как его обычно называют), и движение поршня туда-сюда вращает ведущие колеса. Каждый раз, когда поршень цилиндра движется вперед и назад, ведущее колесо совершает полный оборот.

Рычаг «кривошипа» на каждой стороне локомотива смещен на 90 градусов, чтобы предотвратить его заклинивание, если паровоз остановится с ними в горизонтальном положении.

После выхода из цилиндра отработанный пар выходит из двигателя через дутьевую трубу и поднимается в дымоход в коптильне. Действие пара в дутьевой трубе создает более низкое давление в дымовой трубе, а также помогает вытягивать горячие газы из огня через трубы котла и в свою очередь производить больше пара.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

• повышение КПД мотора за счет более полного использования энергии, содержащейся в рабочем теле (паре или газах);
• уменьшение температуры и давления отработавшего рабочего тела. Что позволяет уменьшить конденсатор на паровой машине или упростить глушитель на ДВС, а, следовательно, сделать эти элементы конструкции дешевле.

Минусы:

• существенное усложнение конструкции;
• возможное уменьшение удельной мощности (зависит от конкретной конструкции) из-за внедрения дополнительных цилиндров в сравнении с двигателем однократного расширения.

Комментарии

Все материалы, представленные на данном сайте, защищены законодательством в области авторского права.
Смотрите публикация Ваших материалов, условия перепечатки материалов, соблюдение авторских прав.Дизайн и поддержка – Владимир Егоров, icarbio.ru 2010-2014 .

Основной элемент

Из медной трубки делаем спираль. Необходимо взять около 6 метров мягкой медной трубки диаметром 1/4-дюйма (0,64 см). От одного конца отмеряем 30 см. Начиная с этой точки, необходимо сделать пять витков спирали диаметром 12 см каждая. Остальную часть трубы изгибают в 15 колец диаметром по 8 см. Таким образом, на другом конце должно остаться 20 см свободной трубки.

Оба вывода пропускают через вентиляционные отверстия в крышке банки. Если окажется, что длины прямого участка недостаточно для этого, то можно разогнуть один виток спирали. На установленную заранее платформу кладут уголь. При этом спираль должна размещаться как раз над этой площадкой. Уголь аккуратно раскладывают между ее витками. Теперь банку можно закрыть. В итоге мы получили топку, которая приведет в действие двигатель. Своими руками паровой двигатель почти сделан. Осталось немного.

Изобретение и развитие

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии — это так называемая «баня Герона», или «эолипил». Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Предполагается, что преобразование пара в механическое движение было известно в Египте в период римского владычества и использовалось в несложных приспособлениях.

Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Дином . Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т.Сейвери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом . В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной.

Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таги-аль-Дина и Сейвери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

Эолипил — паровая турбина

 1Gai.Ru / STAFF

В работах Герона много потрясающих вещей, но что действительно изменило мир, так это эолипил (Геронов шар).

Слово, обозначающее «ветряной шар» (в буквальном переводе «шар бога ветров Эола»), стало названием особого устройства – первого в мире зарегистрированного образца парового двигателя, или реактивной паровой турбины. «С современной точки зрения устройство Герона является демонстрацией принципа ракеты, то есть реактивной силы – сфера вращается в ответ на эмиссию (выброс) пара», – объясняет Пол Кейзер, специалист по древней технике.

Механизм состоял из полой сферы, установленной так, чтобы иметь возможность вращаться, когда пар выходил из двух выпускных отверстий, расположенных на экваторе котла. Наполовину заполненная водой сфера приходила в движение, как только под ней зажигался огонь: крутящий момент создавался непосредственно за счет образующегося пара.

Youtube

Практическое применение эолипила Герона неизвестно, но большинство экспертов считают, что наряду с другими игрушками и изобретениями, описанными в «Pneumatica», он использовался для развлечения и вызывания ощущения чуда у зрителей. В его трудах нет четкого описания возможного использования прибора – Герон просто рассказывает, как его построить и как он работает.

Гарри Китсикопулус из Нью-Йоркского университета в своей книге «Инновации и распространение технологий: экономическая история ранней паровой энергии» рассуждает о том, что модифицированную версию эолипила могли использовать для создания храмовых чудес.

Немало дебатов впоследствии велось вокруг «шара». Даже высказывались сомнения в том, действительно ли Герон был первым, кто изобрел эолипил. И небезосновательно. К примеру, кумир Герона, Ктесибий (285 г. до н. э. – 222 г. до н. э.) написал несколько трактатов о природе сжатого воздуха и его использовании в насосах.

Позже Витрувий (около 80 г. до н. э. – 15 г. до н. э.) описал устройство, тоже называемое эолипилом, которое состояло из металлического шара, частично заполненного водой и помещенного над огнем для производства пара, вытесняемого из отверстия наверху.

Но он не описывает никаких движущихся частей, что является ключевым отличием от видения Герона, к тому же определяет свой эолипил в «De Architectura» как «научное изобретение для открытия божественной истины, кроющейся в законах небес». Эксперты уверены, что прибор, скорее всего, использовался для понимания погодных явлений и образования облаков.

Хотя эолипил Герона основывался на фундаментальной науке, лежащей в основе паровой энергии, он был довольно далек от двигателей, о которых европейцы мечтали в 17 веке. В качестве двигателя эолипил производил крайне незначительный крутящий момент, и метод его работы был неэффективным.

«Отсутствие надлежащей материальной базы надолго задержало использование пара для выполнения тяжелой работы, и никто не мог построить котел, способный выдерживать большое давление, примерно до середины 1700-х годов», – пишет Грегори Янг, который во время своего пребывания в должности инструктора и техника в Smith College помогал с созданием действующего эолипила.

Изобретение, опередившее свое время, не вписалось в римское общество. Имея в изобилии рабскую силу, император не видел необходимости в разработке машин, способных заменить бесплатно эксплуатируемых людей.

То же самое относилось к остальной Европе на протяжении веков, пока промышленная революция не вытолкнула мировой спрос за пределы средств производства. Только тогда пригодились паровые машины, способные компенсировать слабину.

Самый совершенный паровой автомобиль — «Doble Model E»

Если интересно почитать про начало производства машин братьями Добль и ранние модели «А» и «В», то это прямо сюда >>>>> . А сегодня мы поговорим о самом известном авто Абнера Добля – «Добль Модель Е». Разработана она в 1922 году и, можно сказать, что это тот самый «классический» Doble.

После неудачи с моделью «Doble Detroit» и концом Первой мировой войны Абнер с братом переехал в Калифорнию, в Эмеривилль, недалеко от Сан-Франциско. Они создали в 1920 году новую компанию по производству автомобилей под названием «The Doble Steam Motors Corporation» и начали разработку нового автомобиля.

Несмотря на то, что его брат умер через год после начала разработок, Абнер не бросил дело и произвел то, что считается одним из лучших когда-либо созданных паромобилей. Большой, дорогой и сложный автомобиль с множеством новых функций, которые делали его очень похожим на автомобиль с бензиновым двигателем. Главный «недостаток пара» — долгое ожидание, чтобы котел нагрелся — Абнер решил. «Doble E» был готов ехать через полторы минуты после запуска.

Автомобиль был оснащен бойлером, работающим на горизонтальном 4-цилиндровом двигателе мощностью 75 л.с. Пар восстанавливался с помощью эффективного конденсатора, который давал возможность проезжать до 2400 км на 24 галлонах воды (без долива воды). От машины не было никаких следов дыма и почти не было шума. Колесная база «Модели E» была 3600 мм.

Первоначальная конструкция однотрубного котла была сделана по «американскому» типу. Он производил пар с давлением 52 бара, при температуре 400 ° С. Котел испытывали холодной водой до давления 480 бар. Два двухцилиндровых составных блока цилиндров были основой для 4-цилиндрового составного блока Вульфа с цилиндрами высокого давления.

Поршневой клапан, включающий порты переноса, был установлен между каждым цилиндром высокого и низкого давления в расположении, подобном сбалансированной системе соединений Vauclain, используемой на ряде железнодорожных локомотивов 1900-х годов. Редуктор Стивенсона заменил предыдущую модель от Джой.

Автомобиль не обладал и не нуждался в сцеплении или трансмиссии, и из-за того, что двигатель был встроен непосредственно в заднюю ось, ему также не требовался приводной вал. Как и все паровые машины, он мог сжигать различные виды жидкого топлива. А оттого, что топливо сжигалось при высоких температурах и низких давлениях, обеспечивались совсем небольшие загрязнения окружающей среды.

Цена машины колебалась от 8 800 до 11 200 долларов в 1923 году. Двадцать четыре «Модели E» были произведены между 1922 и 1925 с различными типами кузовов: от родстеров до лимузинов. Самому Абнеру Доблю принадлежал последний выпущенный экземпляр с номером 24.

В настоящее время «Моделей E» сохранилось 12 штук: 9 (в музее Форда), 10, 11, (в Австралии), 13 (в Новой Зеландии), 14, 17, 18, 19, 20, 22, 23 и 24.

Если вам понравился материал, пожалуйста, ставьте лайки и подписывайтесь на канал

Это не сложно и бесплатно, но очень важно для развития «НМ». А еще нам нужны репосты в соцсети!

Попытки рекорда наземной скорости

Рекорд наземной скорости для автомобилей с паровым двигателем был установлен в 1906 году, когда паровоз Stanley, управляемый Фредом Марриоттом, разогнался до 127 миль в час (204 км / ч) в Ормонд-Бич, Флорида . Несмотря на несколько попыток побить рекорд, он продержался до 25 августа 2009 года, когда команда Inspiration of the British Steam Car Challenge установила новый рекорд скорости в 139,843 миль / ч (225,055 км / ч). Вторая попытка Дона Уэльса 26 августа позволила достичь средней скорости 238,679 км / ч (148,308 миль / ч). Паровоз Stanley четыре года удерживал рекорд наземной скорости для всех транспортных средств, прежде чем был побит наземным транспортным средством с двигателем внутреннего сгорания. Рекорд 2009 года был установлен автомобилем с паровой турбиной по сравнению с поршневым двигателем с возвратно-поступательным движением, использовавшимся FE и FO Stanley в 1906 году.

Испаритель Autocoast

Эрнест Канцлер, владелец Autocoast, обратился к Россу (Скип). Хедрик начал работу осенью 1968 года с идеи установки парового двигателя на автомобиль Indy 1964 года Хедрика для попытки установления рекорда паровых автомобилей 1906 года. Хедрик и Ричард Дж. Смит присоединились к Autocoast для разработки двигателя. Автомобиль был подготовлен к гонке на Бонневильской неделе скорости 1969 года, но не смог ехать, потому что из-за неожиданного ливня солончаки стали слишком мокрыми.

Барбер-Николс Инжиниринг

В 1985 году компания Barber-Nichols Engineering из Денвера использовала паровую турбину, которую они разработали для Лира и городской автобусной программы Лос-Анджелеса, чтобы попытаться установить рекорд наземной скорости с паровой тягой. Автомобиль управлялся на Неделе скорости на солончаках Бонневиль в течение нескольких лет, в конечном итоге достигнув измеренной скорости 145,607 миль в час за один проход. Возгорание помешало выполнить обратный пробег, и скорость не была признана FIA . Рекорды наземной скорости FIA основаны на среднем двух пробегах (называемых «проходами») в противоположных направлениях, выполненных с интервалом в один час.

Британский вызов паровой машине

25 августа 2009 года Team Inspiration of the British Steam Car Challenge побила давний рекорд паровой машины, установленный Stanley Steamer в 1906 году, установив новый рекорд скорости 139,843 миль в час (225,055 км / ч) в ВВС Эдвардса. База в пустыне Мохаве в Калифорнии. Это был самый продолжительный автомобильный рекорд в мире. Он проводится более 100 лет. Автомобиль управлялся Чарльзом Бернеттом III и достиг максимальной скорости 136,103 миль в час (219,037 км / ч) на первом заезде и 151,085 миль в час (243,148 км / час) на втором.

26 августа 2009 года та же машина, на этот раз за рулем Дона Уэльса , внука сэра Малкольма Кэмпбелла , побила второй рекорд, достигнув средней скорости 238,679 км / ч (148,308 миль / ч) за два последовательных пробега на расстояние отмеренного километра. Это также было зарегистрировано и с тех пор ратифицировано FIA.

Steam Speed ​​America

6 сентября 2014 года Чук Уильямс из Steam Speed ​​America попытался побить текущий мировой рекорд на своем паровом лайнере . Автомобиль разогнался до 147 миль в час (236,57 км / ч) при первом пробеге, но перевернулся и разбился, когда его тормозные парашюты не открылись; В результате ДТП Уильямс получил травму, а машина сильно пострадала.

Паровые двигатели современности

В начале 20-го века актуальность паровых машин начала падать. Одной из немногих компаний, которые продолжили выпуск декоративных мини-двигателей, стала британская фирма Mamod, которая позволяет приобрести образец подобной техники даже сегодня. Но стоимость таких паровых двигателей легко переваливает за две сотни фунтов стерлингов, что не так и мало для безделушки на пару вечеров. Тем более для тех, кто любит собирать всяческие механизмы самостоятельно, гораздо интереснее создать простой паровой двигатель своими руками.

Устройство двигателя очень простое. Огонь нагревает котел с водой. Под действием температуры вода превращается в пар, который толкает поршень. Пока в емкости есть вода, соединенный с поршнем маховик будет вращаться. Это стандартная схема строения парового двигателя. Но можно собрать модель и совершенно другой комплектации.

Что же, перейдем от теоретической части к более увлекательным вещам. Если вам интересно делать что-то своими руками, и вас удивляют столь экзотичные машины, то эта статья именно для вас, в ней мы с радостью расскажем о различных способах того, как собрать двигатель своими руками паровой. При этом сам процесс создания механизма дарит радость не меньшую, чем его запуск.

Преимущества парового двигателя

Использование любого горючего топлива. Ключевым преимуществом таких машин, как двигателей наружного сгорания топлива, в том, что по причине изолирования котла от узлов паровой машины появляется возможность использовать произвольное топливо – от дров до урана. Самый яркий пример этого преимущества использование энергии атомного ядра, ибо реактор не способен вырабатывать механическую энергию, а генерирует тепло, которое и применяется для испарения жидкости, повергающего в ход паровые машины (обычно это турбины).
Использование возобновляемых источников энергии. Вторым важным фактором является то, что есть и иные источники энергии, которые невозможно использовать в других двигателях работающих на горюче смазочных материалах, к примеру, солнечная или гидроэнергия. Также любопытным курсом разработок есть применение разности внутренней энергии Мирового океана на различных его глубинах.
Стабильность работы не зависит от значения атмосферного давления. Локомотивы с паровыми агрегатами хорошо рекомендуют себя на значительных высотах, связано это с тем, что их работоспособность не снижается в связи с понижением атмосферного давления. Паровозы по сей день применяются в горах Латинской Америки.
Меньше масса по сравнению с остальными видами двигателей

Также, паровые поезда существенно легче, чем их дизельные или электрические аналоги, что чрезвычайно важно для горных колей. Особенностью пародвигателей есть то, что им не нужна трансмиссия, усилие передается непосредственно колёсам

Посейчас безальтернативно используется на электрогенерирующих станциях. Паровые турбины, принципиально являющиеся вариацией паровой машины, достаточно широко применяются в качестве силовых агрегатов электрогенераторов. Ориентировочно 86 % электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится с применением турбин на пару.

Правила эксплуатации автомобилей с паровым двигателем

Паровая установка может напрямую соединяться с приводным устройством трансмиссии машины, и с началом ее работы машина приходит в движение. Но с целью повышения кпд специалисты рекомендуют использовать механику сцепления. Это удобно при буксировочных работах и разных проверочных действиях.

В процессе движения механик, учитывая обстановку, может изменить скорость, манипулируя мощностью парового поршня. Это можно выполнить, дросселируя пар клапаном, или изменять подачу пара кулисным устройством. На практике лучше использовать первый вариант, так как действия напоминают работу педалью газа, но более экономичный способ – задействование кулисного механизма.

Для непродолжительных остановок водитель притормаживает и кулисой останавливает работу агрегата. Для длительной стоянки отключается электрическая схема, обесточивающая воздуходувку и топливный насос.

Как устроен колесный пароход. «Швейцария» 1910 года постройки до сих пор на ходу.

Что такое колесный пароход? Далекое прошлое, перевернутая страница истории, запечатленная на выцветших черно-белых пленках, фильм «Волга-Волга». «Я здесь все мели знаю…. Вот первая!» Но в Швейцарии все по-другому. Тут настоящие пароходы по-прежнему бороздят воды Женевского озера — как и сто лет назад.

Похоже, эти швейцарцы втихаря изобрели машину времени! Иначе, как объяснить, что в этой стране сохраняются в первозданном виде не только памятники архитектуры, но и транспортные средства? Например, пароходы. С конца 19 века, эти суда стали завоевывать водные просторы всего мира, и окруженное высокими горами Женевское озеро, конечно же, не осталось в стороне. Уже в начале 20 века многочисленные туристы любовались Монбланом и виноградниками Лаво с бортов многочисленных белоснежных лайнеров.

Шли годы, и даже с учетом регулярного технического обслуживания, пароходы ветшали. Устаревшие паровые двигатели заменялись на дизель-электрические. Какие-то суда списывались вовсе… Но второй виток туристического интереса во второй половине 20 века поставил все акценты в привычное им место: пароходы в Швейцарии начали возвращать в первоначальное состояние. Пароходы получили свое второе рождение.

В итоге сегодня воды Женевского озера бороздит флотилия из восьми колесных судов, построенных в период с 1904 по 1927 годы. Пять из них имеют классические паровые двигатели, а три переоборудованы на дизель-электрические моторы, вращающие колеса. Всего на озерах Швейцарии сейчас эксплуатируется 19 пароходов — примерно четверть от всего мирового количества подобных судов. В России в эксплуатации находится всего один пароход.

Пароходы на Женевском озере выполняют не только экскурсионные рейсы, но и играют роль общественного транспорта, соединяя такие города, как Женева, Веве, Монтре, Эвиан и Лозанна. То есть, на пароходе можно сплавать во Францию и обратно. Дневной билет обойдется в 64 франка, то есть в 4500 рублей. Предусмотрены скидки для семей. А если у вас есть «единый» билет швейцарской системы путешествий, так называемый Swiss Pass, то платить ничего не нужно — вас встретят на борту с распростертыми объятьями.

Пароход «La Suisse» (в переводе с французского — «Швейцария») — флагман флотилии Женевского Генерального пароходства. Длина — 78 метров, масса брутто 518 тонн, вместимость — 850 пассажиров.

Корабль был построен в 1910 году на верфи швейцарской компании «Зульцер» в г. Винтертур. Надо сказать, что эта основанная в 1834 компания существует и по сей день, являясь видным игроком на рынке промышленных машин.

Первоначально, как и все пароходы, «Швейцария» работала на угле. К счастью, корабль избежал замены паровой машины на дизель в шестидесятых годах, и дошел до наших дней практически в первозданном виде. Несколько раз корабль реставрировали, последний раз – в 2009 году, поэтому можно сказать что «Швейцария» — в отличной форме. До следующего капремонта ей еще плавать не менее тридцати лет.

Обеденный салон первого класса во всей своей красе. Много дерева и красные ковры — настоящая традиционная роскошь. Сколько богатых и знаменитых людей сидело за этими столами?

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.

Дени Папен