Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Паровые автомобили — что и как это было

Паровые автомобили — что и как это было

Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк. Статья о паровых автомобилях: история создания, интересные модели и их описание, характеристики, фото. В конце статьи — видео про парковой трайк.

Эра бензиновых автомобилей, таких привычных и надежных, еще длится. Но автоконцерны с мировыми именами уже начинают производить экономичные и экологичные электромобили, которые рано или поздно вытеснят с рынка машины с ДВС.

Однако человечество за свою историю знало и иные источники энергии — например, паровые двигатели, которые применялись в некоторых типах машин.

Пар как двигатель прогресса

Вехи создания паровых машин:

    Первый паровой двигатель в истории был придуман и реализован инженером Героном Александрийским, жившим две тысячи лет назад в Греции. Он и сам не понял, зачем изобрел игрушку-шар, вращавшуюся вокруг своей оси, приводимую в движение поднимающимся снизу паром. Технология, не найдя применения, канула в небытие на полторы тысячи лет.

Иезуит Фердинанд Вербст построил и подарил китайскому императору (1672) игрушку — крошечный самодвижущийся автомобиль, работающий на пару.

Исаак Ньютон нарисовал чертежи паровой телеги, где за счет котла с соплом и ручного стравливания пара конструкция могла бы перемещаться.

Томас Ньюкмен создал паровой двигатель наподобие современных, только с очень большим котлом, который приспособил в качестве машины по откачиванию грунтовых вод.

Джеймс Уатт довел до ума конструкцию Ньюксмена, приладив к ней конденсатор и зациклил процесс преобразования пара в воду и наоборот. Полученный агрегат он умудрился поставить на раму и опробовать движение, инициируемое паром. Получив патент на изобретение, он сильно умерил пыл других разработчиков сходной идеи.

Николай Жозеф Кюньо, артиллерийский французский инженер, придумал самодвижущуюся повозку на пару для перевозки пушек. Внутри конструкции весом под тонну находился медный цилиндр, который заполнялся паром, после чего происходил впрыск воды, а образующийся вакуум втягивал поршень.

Перемещаться паровая телега могла лишь километр, после чего требовалась «дозаправка» кипящей водой. Зато перевозить на этот километр она могла до двух тонн груза.

Идея командованию понравилась, конструктору дали «добро» и 20 000 франков на доработку идеи. В итоге телега научилась двигаться со скоростью 7 км/ч довольно долго за счет установленной топки под котлом. Этой скорости хватило, чтобы паровая телега совершила первое ДТП, протаранив стену дома из-за поймавшего «клина» колеса. Французская «бабушка» парового автомобиля нынче хранится в музее.

Сильвестр Роупер создал первый прообраз мотоцикла – паровой велосипед. Соседи пытались воззвать к стражам порядка, такой шум производил созданный изобретателем велосипед – но увы, законов, запрещающих кататься на двух колесах, еще не было!

Ричард Тревитик, а позже доработавший идею Вальтер Хэнкок, стали создателями парового омнибуса — коммерческого транспорта, способного проезжать до 32 километров.

  • Казимир Янкевич из России тоже пытался создать машину на пару и даже придумал «быстрокат», который мог функционировать как на угле, так и на воде. Увы, проект не был реализован.
  • Первые паромобили

    В самом начале 1906 года водитель Фред Мариотт, управляя паромобилем, построенном на производстве, принадлежащем «Братьям Стенлей» и пророчески названом «Ракета», впервые в истории сумел разогнаться до 205 км/ч.

    Это звучало триумфально! Ведь машина, движимая паром, обгоняла все транспортные средства, включая самолеты. Зафиксировав очередной скоростной рекорд в 240 км/ч гонщик разбился насмерть.

    Уже начало ХХ века ознаменовано было тем, что на дорогах уверенно ездили паровые автомобили, преимущественно грузовые. Они от первых автомобилей на бензине отличались рядом факторов:

  • всеядностью (работать могли на любом горючем топливе от угля до соломы).
  • Паровые машины отличались малым скоростным режимом (не более 50 км/ч) — им надо было постоянно иметь в запасе большой объем воды, а отработанный пар постоянно уходил в атмосферу. Паровые автомобили широко использовались в Европе до начала 1940-х годов, а в Бразилии их выпуск велся серийно даже спустя десятилетие.

    У паровичков были существенные минусы:

      твердое топливо на выходе превращалось в большую кучу золы;

    выхлопы и дым содержал в высоких концентрациях серу и копоть;

  • растопка твердотопливного котла была длительной, занимая не менее пары часов. Кому-то в голову пришла мысль отапливать дома, оставляя паровые машины подключенными на ночь к системе отопления. Если он работал ночь напролет, то паромобиль не надо было раскочегаривать по новой — ему хватало 15 минут для возможности вновь продолжить движение.
  • «Спиртомобиль»

    Инженерам казалось, что двигатель внутреннего сгорания непригоден для транспорта. Он глохнет, если его притормозить, и его нельзя запустить после размыкания трансмиссии.

    Двигатель внутреннего сгорания также не способен был развить тягу в различном скоростном диапазоне, он не запускался без «костыля» в виде трансмиссии.

    Машина, запускаемая паром, казалось, сама мимикрирует под любое изменение дорожной ситуации. Растущее сопротивление приводило к тому, что двигатель замедлял вращение, увеличивая параллельно крутящий момент. Когда сопротивление уменьшалось, вращение – увеличивалось. Поэтому создатели паромобилей всячески боролись за создание компактного парогенератора, способного двигать машину без участия дополнительных приспособлений в виде сцепления и коробки передач.

    Люди выяснили, что сгорающее топливо в цилиндре ДВС выбрасывает в атмосферу много токсичного вещества. Небольшой автомобиль с бензиновым двигателем способен в течение часа работы выработать столько вредных субстанций, что если бы небольшое пространство вокруг него было бы замкнуто, это привело бы к смерти находящихся рядом людей.

    Парогенераторная горелка менее токсична на выходе — топливо сгорает при неизменяемых показателях, способствуя полноценному завершению реакций.

    Важный фактор экономичности машины заключается в количестве потребляемого топлива. Так, американская «звезда» на паровой тяге «Добль-Беслер», собранная в середине 1920-х годов, имела массу в 2 с хвостиком тонны. При этом расход топлива составлял 18 литров на сотню километров. Для своего времени это был очень хороший показатель — более того, он оставался эталонным почти сорок лет.

    Парогенераторная горелка перерабатывала жидкость в любом виде. Паромобиль продолжал движение на керосине и спирте, работал на бензине, мазуте, даже на растительном масле. И это было вовсе не попыткой удешевить процесс заправки — просто машины типа «Добль» были всеядны, но доступны лишь миллионерам.

    От самогонного аппарата – к четырехколесному агрегату

    Парогенератор являлся самым главным элементом машины на пару. Разработку удалось воплотить детройтским инженерам, братьями Добль. Они последовательно соединили десять плоских змеевиков, помещенных в корпус из стали, охлаждаемый водой.

    Прохладная жидкость накачивалась в расположенные вокруг выдерживающего высокие температуры корпуса охлаждающие трубы, где происходил ее подогрев. Это сводило к минимуму теплопотерю. После чего жидкость наполняла змеевики, чтобы, закипев, стать паром с температурой 4,5 тысячи градусов по Цельсию и давлением в 120 атмосфер.

    Братья Добль стремились к увеличению температуры, а также давления, что в совокупности повышало КПД. Инженерам удалось сделать парогенератор довольно легким и незатратным.

    Сдвоенные цилиндры перерабатывали пар. Сначала он нагнетался в верхушку меньшего диаметра, где, расширившись, вырабатывал энергию. Затем он «переходил» в больший цилиндр, в его нижнюю часть, осуществляя дополнительную работу.

    Два этапа расширения оказывались крайне полезными, когда машина ездила по улицам. Во время начала движения и при разгоне поступали значительные объемы пара, но, когда необходимости в максимальной энергоотдаче не было, они расширялись единожды.

    Отработавшие пары передавали охлажденной жидкости, стремящейся в парогенератор, тепло. В жидкое состояние пар возвращался лишь в конденсаторе. Влага в парогенератор поступала порционно, ровно столько, чтобы паровая машина могла сделать один-два движения поршня. Поэтому по факту парогенератор вмещал в себя небольшое количество воды, что делало его безопасным для взрыва.

    Если трубка рвалась, пар попадал в топку, отключая горелку. И даже такой случай произошел всего единожды, когда машина вдруг перестала заводиться после двух сотен километров пробега. Ремонт и замена вышедшего из строя змеевика заняли ровно один час.

    «Добль» миллионеров

    Незадолго до развязывания Германией войны в Европе на нынешнем ЗИЛе, носившем тогда название Московского автозавода имени Сталина, решили выпускать эксклюзивную модель автомобиля.

    Кузов красавца украшало красное дерево. Он стоял на хромоникелевых стальных шасси, произведенных фирмой «Паккард». За образец советские конструкторы взяли паромобиль «Добль», собранный в 1924 году американской компанией «Беслер».

    Управлять скоростью можно было при помощи педали, подающей пар. Время от времени требовалось лишь сменять фазу прекращения впуска в цилиндр пара. После включения зажигания автомобилю требовалось 45 секунд, чтобы начать движение. Еще пара минут, и машину можно было ускорить до 150 км/ч.

    Паромобиль двигался ровно и тихо. Он пришелся ко двору советской элиты, его испытания продолжились уже после заключения мира с Германией. Один из принимающих участие в разработке советской версии «Добля», А.Н.Малинин, отвечал за испытания образца.

    Для определенных тестов используются в автопромышленности стенды для испытаний с беговыми барабанами. Автомобиль загоняется на стенд так, чтобы ведущие колеса оказывались строго на барабанах. В итоге они крутятся, заставляя вертеться колеса и имитируя езду по дороге. При этом машина стоит с работающим двигателем.

    Когда инженер-испытатель Малинин и огромный авторитет в теоретической автомобилестроительной области профессор Чудаков сели в машину, последний нажал кнопки и затих. Минут через пять Малинин не выдержал: «Не пора ли заводиться?». На что профессор ответил: «Мы уже давно едем, на спидометре 20 километров». Скорость была вполне приличная, но, чтобы ухо уловило хоть какой-то звук работы парогенератора, надо было вплотную прижиматься в выхлопной трубе.

    Семидесяти литров воды с избытком хватало на полтысячи километров пробега, а проблемы, требующие выпуска пара, случались крайне редко. Поэтому в автомобиле, в котором все детали были четко и точно подогнаны друг к другу, ничего не шумело.

    Участь паровых машин

    Если паромобили были столь удобны и хороши, почему же именно автомобили с ДВС сумели занять нишу в автомобильной среде?

    Дело в том, что двигатель на пару имел весьма сложную автоматику и множество всяческих дополняющих друг друга агрегатов. При этом его изготовление выходило дороже, а КПД он выдавал меньший.

    Еще одним минусом стал его большой размер, в частности – бак с запасом воды. Про экологичность тогда еще никто не задумывался, в итоге паровая машина оказалась постепенно вытеснена с рынка более дешевыми автомобилями с ДВС.

    День сегодняшний

    Вытесненные с рынка, паромобили нет-нет да и будоражат умы инженеров. В 2009 году на треке болид на пару Inspiration, хищный и обтекаемый, сумел установить новый рекорд машин на паровой тяге – 225 км/ч.

    Мощность болида составляла 360 л.с., а движение запускалось двумя турбинами с давлением в 40 бар, которые нагнетали 12 современных бойлеров.

    Остается открытым вопрос – на чем бы мы колесили сегодня, озаботься человечество проблемой сохранения окружающей среды на полсотни лет раньше?

    Видео про парковой трайк:

    Паровой автотранспорт

    Захотелось показать вам немного фотографий старых паровых машин. Но перед этим немного предыстории. Первый паровой транспорт появился в 18 веке. А первые попытки использования энергии пара начались еще раньше. Британец Томас Ньюкомен сконструировал машину с цилиндром и поршнем внутри, который двигался под паровым давлением. А сам пар создавался в отдельном котле. Было в этой конструкции Ньюкомена только два небольших минуса: внушительные размеры и большое потребление угля, поэтому использовать его как транспортное средство не было возможности. Это устройство применялось только для откачивания грунтовых вод.

    Читать еще:  Что такое sidi двигатель

    Первый личный паровой автотранспорт.

    Создателем первого личного парового автотранспорта считается французский инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году он создал трехколесную повозку — “малую телегу Кюньо”. Недостатком телеги Кюньо был низкий запас хода. Так как повозка была оснащена не вечным двигателем и без дозаправки могла проехать всего лишь около километра, затем экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения костра под котлом для увеличения давления. Весь этот процесс занимал столько же времени сколько и сама поездка. А максимальная скорость, которую набирала паровая телега была 4-4,5 километра в час. Но несмотря на такой черепаший ход высшим военным чинам Франции того времени телега понравилась. Наверное из-за огромной грузоподъемности: телега могла перевезти около двух тонн груза. Кюньо получил 20 тысяч франков на разработку и усовершенствование модели.

    Телега Кюньо в разрезе

    Благодаря этим инвестициям в 1770 году Кюньо представляет “телегу второго поколения”. Конструкция остается той же, но скорость уже в разы больше, около 5-7 км в час. Но главное усовершенствование заключалось в новой топке, которую не надо было разжигать каждые 15 минут.

    Телега Кюньо

    Во время первой презентации перед военными чинами произошел инцидент: у телеги заклинило переднее колесо и она протаранила стену ближайшего дома. По результатам аварии были сделаны выводы, что конструкция телеги обладает приличным запасом прочности, так как из-за удара пострадал только котел.

    Но после этой демонстрации работа над машиной была прекращена, так как покровительствующие инженеру военные начальники попали в немилость властей и финансовая поддержка прекратилась. Как ни странно, хоть телега и не вышла в тираж, но до наших дней она сохранилась.

    Первый личный паровой автотранспорт — телега Кюньо в музее

    Паровой велосипед.

    Сильвестр Говард Роупер в 1867 первый использовал двигатель внешнего сгорания на двухколесном транспорте. Так появился первый паровой велосипед Роупера, по сути первый мотоцикл. Двухцилиндровый паровой двигатель был размещен под сиденьем велосипеда весь механизм крепился к раме с помощью двух пружин. Пар выходил из трубы прямо за седлом, а вода поступала в котел из резервуара который являлся частью сиденья. Как ни странно, но управление ускорением осуществлялось так же как и на современных мотоциклах — с помощью ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. Ну а при повороте ручки на себя активировались тормоза.

    Велосипед Роупера

    Паровой велосипед восхищал и заинтересовывал людей на различных выставках, тогда как в обычной жизни пешеходы пугались изобретения Сильвестра. В дальнейшем Роупер изобрел и модифицировал еще несколько вариантов паровых велосипедов. На одном из таких велосипедов талантливый инженер и погиб, катаясь по велотреку в американском Кембридже, получил не совместимую с жизнью травму головы.

    Паровой велосипед

    Паровой общественный транспорт.

    В 1833 году Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину не только для себя, но и приносящую пользу людям. Его омнибус под названием Enterprise, принадлежащий компании London and Paddington Steam Carriage Co, курсировал от Лондонской стены до района Паддингтон. Паровое устройство омнибуса состояло из большого двухцилиндрового парового двигателя, который раскручивался до ста оборотов в минуту. В двигатель подавался пар из бойлера под давлением в 6,1 бар.

    Омнибус Хэнкока

    Максимальную скорость омнибус мог развить до 32 км в час. Запаса хода у него хватало от 16 до 32 километров. Добиться преодоления такого огромного, по тем временам, расстояния позволяли дополнительные резервуары с водой расположенные под пассажирскими сиденьями. Для управления омнибусом нужно было три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй за наличие воды в бройлере, а третий за поддержание в этих самих бройлерах нужной температуры и за включение ручного тормоза для контролирования скорости при спусках с холмов.

    Омнибус Enterprise

    За рулем омнибуса был сам изобретатель Хэнкок. Из-за плохих дорог у инженера от ударов об руль ужасно болели руки. И для того, что бы не держаться постоянно за руль изобретатель придумал специальное устройство: на полу находилась педалька, при нажатии на которую руль фиксировался в одном положении. К такому метод Хэнкок прибегал на прямых участках дороги. Омнибус прекратил ездить по маршруту в 1840 году из-за все тех же плохих дорог и большой конкуренции со стороны извозчиков, которые использовали для перевозки людей лошадиную тягу.

    Паровой омнибус доживший до наших дней

    Паровые автомобили братьев Доблов.

    Талантливые инженеры американского происхождения начали разрабатывать свои паровые автомашины еще в студенческие годы в собственной мастерской в 1910 году.

    Братья Абнер и Джон Доблы

    Сначала они создали Model A, а затем Modal B. Modal B была усовершенствована уникальным конденсатором для отработанного пара, выполненного в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды увеличился до1500 км, тогда как прежде на этом количестве жидкости можно было проехать всего лишь 150 км. Такая машина заинтересовала инвесторов и благодаря им братья Доблы учредили компанию General Engineering.

    Model A Model B.

    В рамках этой компании им удалось усовершенствовать систему зажигания, что бы владельцу автомобиля не пришлось вручную разводить огонь под бройлером. Этим занимался Джон Добл, он хорошо разбирался в электронике. Он придумал систему электрического зажигания: керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой. После этого был установлен компрессор, который подавал горящую смесь в камеру сгорания, нагревающую воду в котле. И все это происходило от одного нажатия кнопки на приборной панели. До достижения нужно температуры уходило 90 секунд, после чего можно было отправляться в путь. Для сравнения: у аналогичных машин до изобретения Доблов на осуществление аналогичного процесса уходило от 10 до 30 минут. Машина со всеми новшествами и инновациями была представлена в 1917 году на автосалоне в Нью-Йорке.

    Усовершенствованная модель Model B.

    Автомобиль с такими большими преимуществами заинтересовал многих и за три месяца после премьеры братья собрали пять с половиной тысяч предварительных заказов. Но Первая мировая война оставила братьев без железа и выпуск машин был отложен. Да и между братьями на тот момент возник конфликт. Джон считал, что получает меньше внимания, чем его брат, потому что во всех публикациях в прессе главным конструктором написан был Абнер, а о Джоне практически ничего не упоминалось. Братья разругались, а в феврале 1921 года Джон умер в возрасте 28 лет от рака лимфатических узлов.

    После смерти Джона к Абнеру присоединились двое других братьев — Билл и Уорен. Была учреждена фирма Doble Steam Motors где появился новый автомобиль Model E. Эта модель была доработана парогенератором и новым четырехцилиндровым мотором: два цилиндра высокого давления получали пар первыми, а два цилиндра низкого давления забирали из пара оставшуюся энергию и отправляли ее в конденсатор.

    Model E-20

    Зимой 1924 года братья Доблы привезли свое изобретение в Нью-Йорк. И устроили испытания на глазах у специалистов. Всю ночь перед испытаниями машина провела в холодном гараже, после чего еще час на морозе на улице. Но не смотря на это после активации двигатель сразу же завелся и через 23 секунды можно было ехать. Максимальную скорость, которую мог развить автомобиль Model E составляла 160 км в час, а до 120 км в час он разгонялся за 10 секунд. Но к сожалению сложные технические решения, лучшие составляющие (например электрика от Bosch), роскошная отделка салона (кожа, дерево, слоновая кость) подняли стоимость машины до огромных по тем временам 18 тысяч долларов. Такие машины могли позволить себе только очень богатые люди, поэтому один из самых величайших паровых автомобилей в истории человечества был выпущен тиражом всего лишь 50 экземпляров, после чего в 1931 году компания Doble Steam Motors перестала существовать.

    Model E

    Запредельная скорость на пару.

    Задолго до разработок братьев Доблов, создали свой гоночный болид братья Стенли. К 1906 году они создали болид под названием Stanley Rocket. Для поездки на этом гоночном автомобиле был выбран гонщик Фред Марриотт, а местом на котором было решено набирать рекордную скорость был флоридский пляж, расположенный недалеко от Дайтон-бич. С первой же попытки Марриотт набрал на “Ракете” братьев Стенли рекордную скорость- 205,4 км в час, на тот момент быстрее не ездил еще никто!

    Stanley Rocket

    Спустя год братья конструкторы и их бесстрашный пилот решили преодолеть на паровом автомобиле рубеж в 300 км в час. Для такой запредельной скорости давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар. “Ракета” с Марриоттом на борту набрала скорость более 240 км в час, когда подскочила на кочке и развалилась на части. Фред получил серьезные травмы, но тем не менее пообещал снова гоняться. Но братья Стенли и-за аварии отказались от экспериментов со скоростью, а Марриотта так больше ни в какие гонки никто не взял. Из- за того, что развитие паровых двигателей прекратилось и им на смену пришли бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, рекорд братьев Стенли и гонщика Марриотта продержался более ста лет.

    “Ракета” с Марриоттом на борту

    Только 26 августа 2009 года на паровом автомобиле Inspiration под управлением Чарльза Барнетта Третьего был побит рекорд. Современный гоночный болид был похож на истребитель и приводился в движение двумя турбинами, которые вращались за счет пара, подаваемого под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров. Мощность парового автомобиля составляла 360 лошадиных сил — этого хватило, что бы развить скорость 225,6 км в час на американской базе “Эдвардс” в Калифорнии.

    Inspiration и Чарльз Барнетт Третий

    Про российские и советские разработки паровых машин я расскажу вам в отдельной статье, а сейчас вернемся к тому из-за чего это статья была написана. В самом начале я написала, что хочу показать вам немного современных фотографий паровых машин которые дожили до наших дней. В Европе паровые машины продержались до начала Второй мировой войны, затем их вытеснили бензиновые и дизельные собратья.

    Многие энтузиасты в Англии сохранили и поддерживают в хорошем состоянии паровые ретро машины и даже устраивают фестивали, где все эти машины выставляются на всеобщее обозрение. Все эти экземпляры до сих пор работают, а некоторые из них даже используются в качестве туристических автобусов.

    Туристический паровой автобус

    Sentinel Typhoo

    Автобус «Sentinel» 1931 года

    Этот «Old Glory»сделана из другого старого парового грузовичка «Sentinel DG-6»

    Паровая машина

    Парова́я маши́на — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

    Читать еще:  402 двигатель тюнинг трамблера

    Содержание

    • 1 Принцип действия паровой машины
    • 2 Классификация паровых машин
    • 3 История изобретения
    • 4 Области применения

    Принцип действия паровой машины [ править | править код ]

    Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения, что показано на рис. 1 кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей. Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p1 и p2, а также объёмами V1 и V2.

    Моменты начала и конца процессов расширения и сжатия пара дают четыре основные точки реального цикла паровой машины: объём Ve, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца расширения Va, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия Vc, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы фиксируются парораспределительными органами. Принцип действия паровой машины показан на рис. 2 и 3.

    Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик, сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются центробежным регулятором 9, автоматически изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное регулирование, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное регулирование).

    Классификация паровых машин [ править | править код ]

    Паровые машины разделяются:

    • по назначению
      • стационарные
      • нестационарные (передвижные и транспортные)
    • по используемому пару
      • низкого давления (до 12 кг/см²)
      • среднего давления (до 60 кг/см²)
      • высокого давления (свыше 60 кг/см²)
    • по числу оборотов вала
      • тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных пароходах)
      • быстроходные
    • по давлению выпускаемого пара
      • на конденсационные (давление в конденсаторе 0,1—0,2 ата)
      • выхлопные (с давлением 1,1—1,2 ата)
      • теплофикационные с отбором пара на нагревательные цели или для паровых турбин давлением от 1,2 ата до 60 ата в зависимости от назначения отбора (отопление, регенерация, технологические процессы, срабатывание высоких перепадов в предвключённых паровых турбинах).
    • По расположению цилиндров
      • горизонтальные
      • наклонные
      • вертикальные
    • по числу цилиндров
      • одноцилиндровые
      • многоцилиндровые
        • сдвоенные, строенные и т. д., в которых каждый цилиндр питается свежим паром
        • паровые машины многократного расширения, в которых пар последовательно расширяется в 2, 3, 4 цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр через т. н. ресиверы (коллекторы).

    По типу передаточного механизма паровые машины многократного расширения делятся на тандем-машины (рис. 4) и компаунд-машины (рис. 5). Особую группу составляют прямоточные паровые машины, в которых выпуск пара из полости цилиндра осуществляется кромкой поршня.

    История изобретения [ править | править код ]

    Паровая машина была изобретена в XVIII веке, когда основной недостаток гидросиловых установок (зависимость от местных условий), мало сказывавшийся при вращении жерновов зерновых мельниц, стал сильно препятствовать развитию металлургических предприятий, главным образом из-за невозможности применить водяные колёса для откачивания воды из рудников, удалённых от источников водной энергии. Возможность перевозки топлива сделала тепловой двигатель независимым от месторасположения источника энергии и позволила решать задачу рудничного водоотлива, в результате чего на рудниках появились теплосиловые установки.

    Решая задачу водоподъёма, изобретатели (Д. Папен во Франции, Т. Ньюкомен и Т. Севери в Англии и др.) постепенно нашли конструктивные формы для осуществления непрерывного рабочего процесса паровой машины: отдельный паровой котёл, цилиндр, топочное устройство, краны и др. Однако это всё ещё были насосные установки, которые могли направлять работу цикла только на подъём воды и были не в состоянии удовлетворить потребности в двигателях для заводских машин (воздуходувных мехов, рудодробильных пестов, кузнечных молотов, лесопильных рам и др.). Так возник переходный период (1700—1780) в энергетике, когда водяное колесо стало ограничивать развитие техники вследствие зависимости от местонахождения источника водной энергии; паровой двигатель, хотя и был свободен от местных условий, был освоен только для подъёма воды.

    Потребности заводов привели к созданию комбинированных установок, в которых паровой насос поднимал воду на водяное колесо, приводившее в движение заводские машины. Такие установки не решали задачи о заводском двигателе, так как теряли в своей гидравлической части свыше 2/3 работы, получаемой от парового цикла. Задача могла быть решена только путём замены гидравлической передачи работы механической, изысканием передаточного механизма, способного периодически отдаваемую паровым циклом работу передавать потребителю непрерывно, в любой необходимой форме движения. Простейший передаточный механизм в форме балансира просуществовал целое столетие, так как позволил при низком давлении пара поднимать воду на большую высоту за счёт разности площадей сечения парового и водяных цилиндров, но не решал главной задачи заводского двигателя — способности отдавать работу непрерывно.

    Применение двух цилиндров с последовательной отдачей работы их полостей на общий вал было впервые предложено И. И. Ползуновым в 1763, однако из-за смерти изобретателя проект не был завершён, и машина была разобрана после нескольких пробных пусков.

    В 80-х гг. XVIII века потребность в универсальном двигателе стала исключительно острой в связи с развитием первого этапа промышленного переворота — внедрением в производство прядильных и ткацких машин. Эти новые машины, дававшие возможность одновременного действия многих орудий, определили в последней четверти 18 в. период завершения первого этапа в развитии паровых машин. Задача приняла конкретную форму: необходимо было превратить паровую насосную установку в двигатель с вращательным движением вала. Решение этой задачи нашло своё отражение в патентах разных стран на паровые машины в 80-х гг. XVIII в. Наибольшее распространение получила паровая машина Джеймса Уатта, (Англия), как наиболее экономичная вследствие отделения конденсатора от цилиндра. С 1800 развитие паровой машины и её внедрение в промышленности и на транспорте идёт возрастающими темпами. К середине XIX века суммарная мощность паровозов превосходит мощность фабричных установок. Во 2-й половине XIX века мощность судовых установок также становится выше мощности стационарных, а к концу века становится наибольшей составляющей в общем балансе установленной мощности, достигшей 120 млн. л. с.

    Промышленный переворот — переход от мануфактурного ручного производства к машинному — получил своё завершение с созданием универсального двигателя. В течение почти всего 19 в. паровая машина определяла уровень энергетики машинного производства и транспорта, темпы и направление их развития. Паровая машина увеличивала потребность в каменном угле и удовлетворяла эту потребность, поскольку она поднимала уголь из шахт, вентилировала их, откачивала из них воду. Паровая машина увеличивала потребность в металле и удовлетворяла её, поскольку она нагнетала воздух в доменные печи, проковывала детали машин, вращая валы прокатных станов. Паровая машина предъявила новые требования к технологии металлообработки и удовлетворяла их, приводя в движение металлообрабатывающие станки, способствуя становлению и развитию машиностроения — производства машин, делающих машины.

    В своём развитии паровая машина способствовала появлению новых областей знания. Созданная на основе производственного опыта, паровая машина поставила перед учёными ряд вопросов, разрешение которых создало новую науку — техническую термодинамику.

    К началу XX в. паровая машина достигла высокой степени совершенства. За сто лет развития мощность паровой машины повысилась от 5—10 л. с. до 20000 л. с., экономичность — от 0,3 % до 20 %, давление впускаемого пара — от 0,1 ата до 120 ата, температура пара — от 100° до 400°, число оборотов в минуту — от 20—30 до 1000 об/мин; удельный вес снизился от сотен до 1—2 кг/л. с.; занимаемая площадь уменьшилась от нескольких квадратных метров до их сотых долей на 1 л. с. Расход пара для паровой машины высокого давления с многократным расширением составляет 2,62 кг/л. с.-час. КПД достиг 20-25 %.

    На основе опыта, приобретённого в производстве паровых машин, был создан новый поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором сгорание происходит непосредственно в цилиндре двигателя, то есть по сравнению с собственно паровой машиной устранено одно промежуточное звено (пар, как промежуточное рабочее тело, и парокотёльный агрегат, как генератор пара). Благодаря малому удельному весу (то есть отношению веса к мощности) двигатель внутреннего сгорания получил широкое распространение на транспорте. Развитие паровых машин привело и к созданию другого парового двигателя — паровой турбины, в которой видоизменён характер использования пара, вырабатываемого котёльным агрегатом, и вместо пульсирующего движения поршня и кривошипно-шатунного механизма используется непрерывное течение пара через проточную часть двигателя, то есть по сравнению с собственно паровой машиной устранено звено поршень—кривошипно-шатунный механизм, что позволило сконцентрировать большие мощности в одном агрегате. Паровая турбина оказалась наиболее целесообразной формой привода для мощных электрогенераторов, требующих равномерного вращения.

    Области применения [ править | править код ]

    Вплоть до середины XX в. паровые машины широко применялись в тех областях, где их положительные качества (большая надёжность, возможность работы с большими колебаниями нагрузки, возможность длительных перегрузок, долговечность, невысокие эксплуатационные расходы, простота обслуживания и лёгкость реверсирования) делали применение паровой машины более целесообразным, чем применение других двигателей, несмотря на её недостатки, вытекающие главным образом из наличия кривошипно-шатунного механизма. К таким областям относятся: железнодорожный транспорт (см. паровоз); водный транспорт (см. пароход), где паровая машина делила своё применение с двигателями внутреннего сгорания и паровыми турбинами; промышленные предприятия с силовым и тепловым потреблением: сахарные заводы, спичечные, текстильные, бумажные фабрики, отдельные пищевые предприятия. Характер теплового потребления этих предприятий определял тепловую схему установки и соответствующий ей тип теплофикационной паровой машины: с концевым или промежуточным отбором пара. Теплофикационные установки дают возможность уменьшать на 5—20 % расход топлива по сравнению с раздельными установками, состоящими из конденсационных паровых машин и отдельных котёльных, производящих пар на технологические процессы и отопление. Проведённые в СССР исследования показали целесообразность перевода раздельных установок на теплофикационные путём введения регулируемого отбора пара из ресивера паровой машины двойного расширения. Возможность работы на любых видах топлива делала целесообразным применение паровых машин для работы на отходах производства и сельского хозяйства: на лесозаводах, в локомобильных установках и т. п., особенно при наличии теплового потребления, как, например, на деревообрабатывающих предприятиях, имеющих горючие отходы и потребляющих низкопотенциальное тепло для целей сушки лесоматериалов. Паровая машина удобна для применения в безрельсовом транспорте, так как не требует коробки скоростей, однако она не получила здесь распространения из-за некоторых не разрешённых конструктивных трудностей.

    Что такое атмосферный паровой двигатель

    В те годы, когда автомобиль только зарождался двигатель внутреннего сгорания лежал лишь на одном из направленний конструкторской мысли. С автомобилем, где использовались двигатели такого рода, успешно конкурировали паровые и электрические. Паровой автомобиль француза Луи Сорполле даже установил в 1902 году рекорд скорости. И в последующие годы — безраздельного господства бензиновых двигателем находились oтдельные энтузиасты пара, которые никак не могли примириться с тем, что этот вид энергии вытеснен с шоссейных дорог. Американцы братья Стенлей строили паровые автомобили с 1897 до 1927 года. Их машины были вполне совершенны, но несколько громоздки. Другая родственная пара, тоже американская — братья Добл, — продержалась несколько дольше. Неравную борьбу они закончили в 1932 году, создав несколько десятков паровых автомобилей. Одна из таких машин эксплуатируется до сих пор, не подвергаясь почти никаким изменениям. Установлен лишь новый котел и форсунка, работающая на дизельном топливе. Давление пара достигает 91,4 атм. при температуре 400° С. Максимальная скорость автомобиля весьма высока — около 200 км/ч. Но самое замечательное — возможность при трогании с места развить огромный крутящий момент. Этим свойством паровой машины двигатели внутреннего сгорания не обладают, и потому и своё время так трудно было внедрить дизель на локомотивы. Автомобиль братьев Добл прямо с места переезжал через положенный под колеса брусок размером 30 на 30 см. Ёще одно любопытное свойство: задним ходом он взбирается на холм быстрее, чем обычные машины передним. Отработанный пар используется лишь для вращения вентилятора и генератора, заряжающего аккумуляторную батарею. Но эта машина так и осталась бы курьезом, претендентом на место в музее истории техники, если бы взоры конструкторов в наши дни не обратились вновь к старым идеям — электромобилю и пару — под влиянием опасности, которую представляет загрязнение атмосферы.

    Читать еще:  Что такое dru в двигателе

    Что с этой точки зрения привлекает в паровом автомобиле? Исключительно важное свойство — очень малое выделение с продуктами сгорания вредных веществ. Происходит это потому, что топливо сгорает не вспышками, как в бензиновом двигателе, а непрерывно, процесс горения идет стабильно, время сгорания гораздо больше.

    Открытия в этом как будто бы вовсе нет — различие между паровым двигателем и двигателем внутреннего сгорания лежит в самом принципе их работы. Почему же паровые автомобили не выдержали конкуренции с бензиновыми? Потому что у двигателей их есть ряд серьезных недостатков.

    Первое — известный факт: шоферов-любителей сколько угодно, машинистов же любителей пока нет ни одного. В этой области человеческой деятельности заняты исключительно профессионалы. Самое главное заключается в том, что шофер-любитель, садясь за руль, рискует только жизнью своей и тех, кто ему добровольно доверился; машинист же — тысячами других. Но важно еще и другое: для обслуживания парового двигателя требуется более высокая квалификация, нежели для обслуживания бензинового. Ошибка приводит к серьезным поломкам и даже взрыву котла.

    Второе. Кто не видал паровоза, мчащегося в белом облаке по рельсам? Облако — это пар, выпускаемый в атмосферу. Паровоз — могучая машина, на ней хватит места и для большого котла с водой. А на автомобиле не хватает. И это одна из причин отказа от паровых двигателей.

    Третье же и самое главное — это низкий к. п. д. паровой машины. Недаром в индустриально развитых странах все паровозы на магистралях стараются заменить теперь тепло- и электровозами, недаром неэкономичность паровоза вошла даже в поговорку. 8% — ну что это за к. п. д.

    Для повышения его нужно увеличить температуру и давление пара. Чтобы к. п. д. парового двигателя мощностью от 150л. с. и выше равнялся 30% должно поддерживаться рабочее давление в 210 кг/см2, для чего требуется температура в 370°. Технически это осуществимо, но вообще-то крайне опасно, потому что даже небольшая утечка пара в двигателе или котле может привести в катастрофе. А от высокого давления до взрыва — дистанция совсем небольшая.

    Это — главные трудности. Есть и более мелкие (хотя надо оговориться, что в технике мелочей не бывает). Сложно смазывать цилиндры, ибо масло образует эмульсию с горячей водой, попадает в трубы котла, где откладывается на стенках. Это ухудшает теплопроводность и вызывает сильный местный перегрев. Другая «мелочь» — затрудненный по сравнению с обычным пуск парового двигателя.

    И тем не менее конструкторы взялись за очень старое и абсолютно новое для них дело. Две удивительные по своему устройству машины вышли на улицы американских городов. Внешне они не отличались от обычных машин, одна даже обтекаемостью форм напоминала спортивную. Это были паровые автомобили. Оба они трогались с места менее чем через 30 сек. после включения двигателя и развивали скорость до 160 км/ч, работали на любом горючем, в том числе и керосине, и на 800 километров пробега расходовали 10 галлонов воды.

    В 1966 году фирма «Форд» испытала четырехтактный высокооборотный паровой двигатель для автомобиля рабочим объемом 600 см3. Испытания показали, что в выхлопных газах содержится всего лишь 20 частиц углеводорода на 1 млн. (предписаниями сенатской комиссии по борьбе с загрязнениями воздуха допускается 27 частиц), окиси углерода содержалось 0,05 % общей массы выхлопных газов, что в 30 раз меньше допустимого количества.

    Экспериментальный паровой автомобиль, сделанный фирмой «Дженерал моторс», под индексом Е-101 демонстрировался на выставке автомобилей с необычными двигателями. Внешне он не отличался от той машины, на базе которой был создан — «понтиак», — но двигатель вместе с котлом, конденсатором и прочими агрегатами паровой системы весил на 204 кг больше. Водитель садился на свое место, поворачивал ключ и ждал 30—45 сек, пока не загорится лампочка. Это означало, что давление пара достигло нужной величины и можно ехать. Столь короткий промежуток времени можно расчленить на такие этапы.

    Котел заполнился — включается топливный насос, топливо поступает в камеру сгорания, смешивается с воздухом.

    Температура и давление пара достигли нужного уровня, пар идет в цилиндры. Двигатель работает на холостом ходу.

    Водитель нажимает на педаль; количество пара, идущего в двигатель, увеличивается, машина трогается с места. Топливо любое — дизельное, керосин, бензин.

    Все эти опыты дали возможность Роберту Айресу из Вашингтонского центра перспективных разработокок заявить, что недостатки парового автомобиля преодолены. Высокая себестоимость при серийном производстве безусловно понизится. Котел, состоящий из труб, исключает опасность взрыва, так как в любой момент в работе участвует лишь небольшое количество воды. Если трубы расположить теснее, размеры двигателя уменьшатся. Антифриз избавит от опасности замерзания. Паровой двигатель не нуждается в коробке передач, трансмиссии, стартере, карбюраторе, глушителе, системах охлаждения, газораспределения и зажигания. В этом его огромное преимущество. Режим работы машины можно регулировать, подавая большее или меньшее количество пара в цилиндры. Если вместо воды использовать фреон, который замерзает при очень низких температурах да еще и обладает смазочным свойством, то преимущества возрастут еще более. Паровые двигатели соперничают с обычными по приемистости, расходу горючего, показателю мощности на единицу веса.

    Пока о широком использовании паровых автомобилей речи нет. До промышленного образца не доведена ни одна машина, а перестраивать автомобильную индустрию никто не собирается. Но самодеятельные конструкторы никакого отношения к промышленной технологии не имеют. И они один за другим создают оригинальные образцы автомобилей с паровыми двигателями.

    Два изобретателя, Петерсон и Смит, переделали подвесной лодочный мотор. Они подавали пар в цилиндры через отверстия для свечей. Двигатель весом 12 кг развил мощность в 220 л. с. при 5600 об/мин. Их примеру последовали инженер-механик Петер Баррет и его сын Филипп. Использовав старое шасси, они построили паровой автомобиль. Смит поделился с ними опытом. Отец и сын использовали четырехцилиндровый подвесной мотор, совместив его с паровой турбиной конструкции Смита.

    Пар производился в специально сконструированном котле, который содержит около 400 футов медных и стальных трубок, соединенных в спиралевидные связки, проходящие друг над другом. Так увеличивается циркуляция. Вода накачивается в котел из бака. Горючее смешивается с воздухом в камере сгорания, и раскаленные языки пламени вступают в соприкосновение с трубами. Через 10—15 сек. вода превращается в сжатый пар температурой примерно 350°С и давлением 44 кг/см. Он выбрасывается из противоположного конца парогенератора и направляется во впускной канал двигателя.

    Пар поступает в цилиндр через вращающиеся лопасти, вдоль которых проходят каналы постоянного сечения.
    Наружная муфта коленчатого вала жестко связана с цепной передачей на ведущие колеса.

    Наконец перегретый пар выполнил свою полезную работу, и он должен теперь превратиться в воду, чтобы быть готовым начать цикл снова. Это делает конденсатор, внешне похожий на обычный радиатор автомобильного типа. Он и размещен спереди — для лучшего охлаждения встречными потоками воздуха.

    Наибольшие трудности инженеров заключаются в том, что часто, чтобы добиться хотя бы относительной простоты конструкции, приходится уменьшать И без того невысокий к. п. д. автомобиля. Двум самодеятельным конструкторам очень помогли советы Смита и Петерсона. Именно в результате совместной работы удалось внести в конструкцию много ценных новинок. Начать хотя бы с воздуха для горения. Перед непосредственным поступлением В горелку его подогревают, проводя между раскаленными стенками котла. Это обеспечивает более полное сгорание топлива, сокращает время выпуска, а также делает более высокой температуру сгорания смеси и, стало быть, к. п. д.

    Для зажигания горючей смеси в обычном паровом котле используется простая свечка. Петер Баррет сконструировал более эффективную систему — электронного зажигания. В качестве горючей смеси использован спирт-ректификат, поскольку он дешев и имеет высокое октановое число. Конечно, керосин, дизельное топливо и другие жидкие сорта тоже будут работать.

    Но самое интересное здесь — конденсатор. Конденсация больших количеств пара считается главным затруднением современных паросиловых установок. Смит сконструировал радиатор с таким расчетом, чтобы использовалась водяная пыль. Конструкция работает отлично, система конденсирует влагу на 99%. Вода почти не расходуется — кроме того небольшого количества, которое все же просачивается через уплотнения.

    Другая интересная новинка — система смазки. Цилиндры паровой машины обычно смазываются с помощью сложного и громоздкого устройства, распыляющего тяжелую масляную пыль в паре. Масло оседает на стенках цилиндров и затем выбрасывается с отработанным паром. Позже масло необходимо отделить от водяного конденсата и возвратить в систему смазки.

    Барреты использовали химический эмульсигатор, который вбирает оба элемента — воду и масло и затем разделяет их, устраняя, таким образом, необходимость в громоздком инжекторе или механическом сепараторе. Испытания показывают, что при работе химического эмульсигатора не образуется осадков ни в паровом котле, ни в конденсаторе.

    Интересен также механизм типа сцепления, который напрямую соединяет двигатель с ведущим валом и карданной передачей. Машина не имеет коробки перемены передач, скорость контролируется изменением впуска пара в цилиндры. Использование системы «впуск-выпуск» позволяет без затруднений поставить двигатель в нейтральное положение. Пар может направляться в двигатель, нагревать его и в то же самое время приводить паровой котел в положение готовности к активной работе, сохраняя в нем постоянное близкое к рабочему давление. Паровой двигатель развивает мощность 30— 50 л. с, а галлона топлива хватает на передвижение машины на расстояние 15—20 миль, что вполне сравнимо с расходом топлива у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Контрольная система довольно сложна, но полностью автоматизирована; приходится следить только за рулевым механизмом и выбирать требуемую скорость. При испытаниях автомобиль достиг скорости около 50 миль в час, но это предел, поскольку шасси машины не соответствовало мощности двигателя.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector