Доповідь про парові двигуни

Інтерес до водяної пари, як доступному джерела енергії, з’явився разом з першими науковими знаннями древніх. Приручити цю енергію люди намагалися протягом трьох тисячоліть. Які основні етапи цього шляху? Чиї роздуми і проекти навчили людство витягати з нього максимальну користь?

Причини виникнення парових двигунів

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

Історія винаходу і вдосконалення парових двигунів

Створення парового двигуна – результат довгих роздумів, удач і катастроф надій безлічі вчених.

Початок шляху

Перші, поодинокі проекти були лише цікавими диковинками. Наприклад, Архімед сконструював паровий гармату, Герон Олександрійський використовував енергію пара для відкривання дверей античних храмів. А замітки про практичне застосування енергії пара для приведення в дію інших механізмів дослідники знаходять в працях Леонардо да Вінчі.

Розглянемо найбільш значні проекти з цієї тематики.

У XVI столітті арабський інженер Таги аль Дін розробив проект примітивної парової турбіни. Однак практичного застосування вона не отримала через сильний розсіювання струменя пара, яка подається на лопаті колеса турбіни.

Перенесемося в середньовічну Францію. Фізик і талановитий винахідник Дені Папен після багатьох невдалих проектів зупиняється на наступній конструкції: вертикальний циліндр заповнювали водою, над якою встановлювали поршень.

Перша парова машина Папена.

Циліндр нагрівали, вода закипала і випаровувалася. Розширюється пар піднімав поршень. Його закріплювали у верхній точці підйому і очікували охолодження циліндра і конденсації пари. Після конденсації пари в циліндрі утворювалася вакуум. Звільнений від кріплення поршень під дією атмосферного тиску спрямовувався в вакуум. Саме це падіння поршня передбачалося використовувати як робочий хід.

Отже, корисний хід поршня був викликаний освітою вакууму через конденсації пари і зовнішнім (атмосферним) тиском.
Тому паровий двигун Папена як і більшість наступних проектів отримали назву пароатмосферного машин.

Ця конструкція мала досить суттєвий недолік – не була передбачена повторюваність циклу. Дені приходить до ідеї одержувати пар не в циліндрі, а окремо в паровому котлі.

В історію створення парових двигунів Дені Папен увійшов як винахідник вельми важливу деталь – парового котла.

Французький учений Дені Папен.

А оскільки пар стали отримувати поза циліндра, сам двигун перейшов в розряд двигунів зовнішнього згоряння. Але через відсутність розподільного механізму, що забезпечує безперебійну роботу, ці проекти майже не знайшли практичного застосування.

Новий етап в розробці парових двигунів

Близько 50 років для відкачування води в вугільних шахтах використовувався паровий насос Томаса Ньюкомена. Він багато в чому повторював попередні конструкції, але містив вельми важливі новинки – трубу для виведення сконденсованого пара і запобіжний клапан для випуску зайвої пари.

Його істотним мінусом було те, що циліндр доводилося то нагрівати перед впорскуванням пара, то охолоджувати перед його конденсацією. Але потреба в таких двигунах була настільки висока, що, незважаючи на їх очевидну неекономічність, останні екземпляри цих машин прослужили аж до 1930 року.

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

Англієць Джеймс Уатт.

З’явилася можливість циліндр тримати постійно нагрітою. ККД машини відразу виріс. У наступні роки Уатт значно вдосконалить свою модель, оснастивши її пристроєм для подачі пари то з одного, то з іншого боку.

Принципова схема роботи машини Уатта.

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

До початку XIX століття в Англії працювало понад 320 парових машин Уатта. Їх стали закуповувати і інші європейські країни. Це сприяло значному зростанню промислового виробництва в багатьох галузях як самій Англії, так сусідніх держав.

 

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

Заводське начальство запропонувало йому побудувати агрегат, що впровадить в дію повітродувку плавильної печі.

 

російський винахідник Іван Ползунов.

 

Побудована ним машина була двоциліндрової і забезпечувала безперервне дію приєднаного до неї пристрої.

 

Успішно пропрацювавши більше півтора місяців, котел дав текти. Самого Ползунова до цього часу вже не було в живих. Ремонтувати машину не стали. І чудове творіння російського винахідника-одинака було забуто.

 

 

 

В силу відсталості Росії того часу світ дізнався про винахід І. І. Ползунова з великим запізненням ….

 

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

 

Застосування парових машин на транспорті

 

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

 

у Франції з’являється автомобіль з паровим двигуном;

в США починає курсувати пароплав між містами Філадельфія і Берлінгтон;

в Англії продемонстрований залізничний локомотив на паровій тязі;

російський селянин з Саратовської губернії запатентував побудований ним гусеничний трактор потужністю 20 л. с .;

неодноразово робилися спроби побудувати літак з паровим двигуном, але, на жаль, мала потужність цих агрегатів при великій вазі літака робила ці спроби невдалими.

Автомобіль на паровому двигуні.

Уже до кінця XIX століття парові двигуни, зігравши свою роль в технічному прогресі суспільства, поступаються місцем двигунів внутрішнього згоряння і електродвигунів.

Парові пристрої в XXI столітті

З появою нових джерел енергії в XX і XXI столітті знову з’являється потреба у використанні енергії пара. Парові турбіни стають невід’ємною частиною АЕС. Пар, що приводить їх в дію, отримують за рахунок ядерного палива.

Парова турбіна на АЕС.

Широко використовуються ці турбіни і на конденсаційних теплових електростанціях.

У ряді країн проводяться експерименти з отримання пара за рахунок сонячної енергії.

Не забуті і поршневі парові двигуни. У гірських місцевостях як локомотива до сих пір використовують паровози.

Сучасний паровоз.

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

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

����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������°����¯�¿�½������³����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½���¯���¿���½����¯�¿�½������·����¯�¿�½������º����¯�¿�½������°...
ПОДІЛИТИСЯ: