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

В каком году появился первый паровой двигатель

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ИВАНА ПОЛЗУНОВА, часть 1

Два источника, первый очень коротко, второй подробно.
Универсальный тепловой поршневой двигатель создал русский изобретатель Ползунов. Машина эта могла быть использована для любых работ. Ползунов начал постройку огромной, высотой
с трёхэтажный дом, рабочий машины для обслуживания воздуходувки на десять плавильных печей

Сохранившиеся рабочие чертежи и документы говорят об устройстве и работе этой паровой машины. Двигатель Ползунова — двухцилиндровый, непрерывного действия, мог подавать дутье в печи, откачивать воду. Непрерывность действия достигалась тем, что в машине как бы по очереди работали два цилиндра. Когда один находился на холостом ходу, у другого был ход рабочий. Вода разогревалась
в котле, склёпанном из медных листов. Пар поступал через специальные распределительные устройства в два вертикальных трёхметровых цилиндра, поршни которых действовали на коромысла.
Эти коромысла были связаны с мехами для поддува рудоплавильных печей, а так же с водяными насосами — распределителями и другим дополнительным оборудованием, необходимом для питания котла и для поддержания непрерывного действия машины.
Проект паровой машины был представлен в царскую Канцелярию в Петербург, о нем было доложено императрице Екатерине Второй. Она распорядилась произвести И.И.Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями и, по возможности, направить на учебу в Петербург. К маю 1766 года строительство в основном было закончено. Но 27 мая, за пару месяцев до пуска машины, изобретатель умер, надорванный непосильным трудом и нуждою. Машина начала работать уже без него. В течении 43 дней она исправно работала. Однако, возникавшие при испытаниях недочеты некому было исправлять, и машина, наконец-таки, встала из-за течи котла. Равнодушное начальство не позаботилось о починке машины. Её забросили. В дальнейшем по предписанию управителей алтайских заводов ползуновская машина была разломана, а фабрика, где работала машина, разломана. Оставшиеся развалины сохранили народное название «Ползуновское пепелище».
Русский крепостной механик Ивана Иванович Ползунов создал паровую машину, причем,
в отличие от Ватта, делая ее с нуля и не имея перед глазами работающих образцов.

Оригинал здесь

Другой источник
В апреле 1763 г. он положил на стол начальника завода неожиданный и дерзкий проект «огненной» машины. И.И.Ползунов предназначал ее для приведения в действие воздуходувных мехов; а в дальнейшем мечтал приспособить «по воле нашей, что будет потребно исправлять», но сделать это не успел.В то время в России и мире ни одного парового двигателя еще не было. Единственным источником, из которого ему стало известно, что есть такой на свете, было книга И.В.Шлаттера «Обстоятельное наставление рудокопному делу», изданная в Петербурге в 1760 году. Но в книге были только схема да принцип действия одноцилиндровой машины Ньюкомена, о технологии же ее изготовления — ни слова.


И.И. Ползунов

Ползунов позаимствовал у И.В.Шлаттера лишь идею пароатмосферного двигателя, до всего остального додумался сам. Необходимые познания о природе теплоты, свойствах воды, воздуха, пара он почерпнул из трудов М.В.Ломоносова. Трезво оценивая трудности осуществления совершенно нового в России дела, Ползунов предлагал построить вначале в порядке эксперимента одну небольшую машину разработанной им конструкции для обслуживания воздуходувной установки (состоявшей из двух клинчатых мехов) при одной плавильной печи.


Фрагмент паровой машины — котел и цилиндры

На чертеже, приложенном к записке, в объяснительном тексте установка, согласно первому проекту Ползунова, включала: котел — в общем той же конструкции, которая применялась в ньюкоменовских машинах; пароатмосферную машину, состоявшую из двух цилиндров с поочередным движением в них поршней («эмволов») в противоположных направлениях, снабженных парораспределительной и водораспределительной системами; резервуары, насосы и трубы для снабжения установки водой; передаточный механизм в виде системы шкивов с цепями (от балансира Ползунов отказался), приводящей в движение воздуходувные меха. Водяной пар из котла поступал на поршень одного из рабочих цилиндров. Этим выравнивалось давление атмосферного воздуха. Давление пара лишь незначительно превышало давление атмосферного воздуха. Поршни в цилиндре были соединены цепями, и при подъеме одного из поршня второй опускался. Когда поршень достигал верхнего положения, доступ пара автоматически прекращался, и внутрь цилиндра вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум (разреженное пространство). Силою атмосферного давления поршень опускался в нижнее положение и тянул за собою поршень во втором рабочем цилиндре, куда для уравнивания давления впускался пар из того же котла автоматом, действующим от передаточного механизма двигателя. Тот факт, что поршни с системой передачи движения были связаны цепями, показывает, что при подъеме поршней по цепи нельзя было передавать движения (цепь при этом не натянута). Работали все части двигателя за счет энергии опускающегося поршня. т.е. того поршня, который двигался под действием атмосферного давления. Пар не производил полезной работы в двигателе. Величина этой работы зависела от затраты тепловой энергии на протяжении всего цикла. Количество затраченной тепловой энергии выражало собою величину потенциальной энергии каждого из поршней. Это — сдвоенный пароатмосферный цикл. Ползунов отчетливо представлял принцип работы теплового двигателя. Это видно на примерах, которыми он характеризовал условия наилучшей работы изобретенного им двигателя. Зависимость работы двигателя от величины температуры воды, конденсирующей пар, он определял следующими словами: «действие эмволов и их подъемы и спуски тем сделаются выше, чем в фанталах будет вода холоднее, а паче от такой, которая близ пункта замерзания доходит, а еще не сгустеет и от того во всем движении многую подаст способность».


Поперечный разрез первой паровой заводской машины, изобретенной И. И. Ползуновым в 1763 году и построенной в 1764 — 1765 годах — Центральный исторический госмузей в Ленинграде

Это положение, известное ныне в термодинамике в качестве частного случая одного из основных ее законов, до Ползунова еще не было сформулировано. Сегодня это означает, что работа теплового двигателя будет тем больше, чем ниже будет температура воды, конденсирующей пар, а особенно при достижении ею точки затвердевания воды — 0 градусов по Цельсию.

Двигатель Ползунова в его проекте 1763 года предназначался для подачи воздуха в плавильные печи воздуходувными мехами. При желании двигатель легко мог совершать вращательные движения с помощью широко известного в России кривошипного механизма. Проект Ползунова был рассмотрен канцелярией Колывано-Воскресенских заводов и получил высокую оценку со стороны начальника заводов А.И.Порошина. Порошин указывал, что если Ползунов возьмется сделать машину, годную для обслуживания нескольких печей сразу, если он построит машину, пригодную для выливки воды из рудников, то Канцелярия охотно поддержит его замыслы. Окончательное решение этого вопроса оставалось за Кабинетом и хозяйкой заводов — Екатериной II. Проект был направлен в Петербург, но ответ Кабинета был получен в Барнауле только через год.

Указом Кабинета от 19 ноября 1763 г. императрица пожаловала изобретателя в «механикусы» с чином и званием инженерного капитан-поручика. Это означало, что Ползунову теперь было обеспечено жалование в 240 рублей годовых, с добавлением на двух денщиков и содержание лошадей он получал 314 рублей. Ему было обещана награда в 400 рублей. Все это — немалая милость. Она еще раз свидетельствует о том, что императрица Екатерина II любила поддерживать свою славу покровительницы наук и искусств. Но размеры поощрения подтверждают, что значение изобретения Ползунова не поняли в Петербурге.

Памятник И.И. Ползунову

Конец жизни

Пока Кабинет рассматривал проект двигателя, Ползунов, не теряя времени, работал над проектом второй очереди. Он конструировал мощный тепловой двигатель на 15 плавильных печей. Это была уже настоящая теплосиловая станция. Ползунов не просто увеличивал масштабы двигателя, а вносил в него ряд существенных изменений. Уже после того, как проект мощного двигателя был закончен, Ползунову стало известно, что Кабинет, ознакомившись с его первым проектом, присвоил ему звание механика и постановил выдать 400 рублей в награду, но никакого решения по существу вопроса не принял.

Читать еще:  Генератор холодного тумана на двигателе

Несмотря на такую позицию Кабинета, начальник Колывано-Воскресенских заводов А.И.Порошин разрешил Ползунову приступить к исполнению первой очереди проекта. В марте 1764 года И.И.Ползунов предложил начать строительство большого теплового двигателя. Порошин согласился с этим предложением. Так на Барнаульском заводе началось строительство первой в мире универсальной теплосиловой установки.

Это было серьезное решение, хотя бы потому, что обойдется машина ничуть не дешевле, чем постройка нового завода. От Ползунова потребовали заявку на рабочую силу и материалы. Еще не приступив к строительству машины, изобретатель столкнулся с трудностью: отсутствие способных воплотить его замыслы людей и потребных для строительства инструментов, механизмов. Предстояло построить первый в России паровой двигатель, но не было ни специалистов, способных возглавить строительство, ни квалифицированных рабочих, знакомых с устройством подобных двигателей. Сам Ползунов, принявший на себя обязанности общего руководителя работ, в какой-то мере решил проблему технического руководства, но именно, «в какой- то мере», потому что руководить одному человеку столь новым и сложным техническим предприятием было не под силу.

Не менее трудной оказалась и проблема подбора рабочих. Требовались опытные модельщики, литейщики, кузнецы, слесари, столяры, обжигальщики, специалисты по медному и паяльному делу. По подсчетам Ползунова в сооружении двигателя должны были принять непосредственное участие 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных мастеров. Заполучить таких специалистов на месте представлялось невозможным. Оставался единственный выход; вызвать специалистов с Урала — кузницы технических кадров.

Трудности в приобретении строительных инструментов и механизмов оказались еще более непреодолимыми. По замыслу изобретателя «вся машина должна быть сделана из металла», что неизбежно требовало наличия специального металлообрабатывающего оборудования, которым Россия почти не располагала. Дело усугублялось тем, что строили двигатель на Алтае, а это был район с развитым меде- и сереброплавильным производством, но отсталой литейной, кузнечной и металлообрабатывающей техникой. Предчувствия не обманули изобретателя. Канцелярия полностью утвердила лишь соображения о потребном количестве материалов. Не желая тратить деньги на вызов опытных мастеров с далекого Урала, заводское начальство выделило Ползунову четверых учеников, которых он знал и просил определить к нему, двух отставных мастеровых да четверых солдат для охраны места строительства. Остальных мастеровых (свыше 60 человек)Канцелярия постановила назначать в распоряжение Ползунова по мере надобности, «сколько, когда у него, Ползунова, работы случиться»…

Альтернативная и малая энергетика на паровом двигателе

NEW BUSINESS THEME

Свежие записи

  • Привет, мир!

Свежие комментарии

Архивы

  • Февраль 2016

Рубрики

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

Паровые машины прошлого

Паровые поршневые двигатели были основными энергетическими установками, которые составляли основу техники более 100 лет.

Примерно с 20-30-х годов 19 го века, когда появились первые паровозы и пароходы, до середины 20-го века, когда подобные транспортные средства в развитых странах были вытеснены установками на основе двигателей внутреннего сгорания, поршневые паровые машины были сами распространенными силовыми установками в мире.

Да и сегодня, около 70% мировой электроэнергии вырабатывается на электростанциях с паросиловыми установками, где пар высокого давления из котлов вращает лопатки паровых турбин. Но вот беда- паровые турбины при масштабировании в сторону уменьшения своих размеров резко теряют эффективность и КПД, оставаясь при этом очень дорогими силовыми машинами. Поэтому в размерах менее 2-1,5 мВт паровые турбины не производит почти никто.

Тогда давайте рассмотрим небольшие паровые машины- паросиловые установки с поршневыми двигателями, которые были очень распространены в начале 19-го и первой половине 20-го века, и разберемся – почему они сошли с исторической сцены и давно не используются

ПЕРВАЯ ПРИЧИНА:: у таких паросиловых установок с малыми паровыми поршневыми двигателями весьма мал КПД. Особенно это касалось паровых машин, которые работали «на выхлоп» отработавшего пара из цилиндров двигателя в атмосферу. Именно так работали все паровозы и поэтому имели КПД в 6-8%. Конечно – можно было замкнуть контур и пускать отработавший пар в конденсатор и затем опять пускать получившуюся воду через насос в котел. Но это заметно усложняло конструкцию, и проще было мириться с предельно низким КПД, но зато иметь простую и надежную конструкцию паровоза. Так же низкий КПД обусловлен слабыми характеристиками воды и водяного пара – как рабочего тела. В большой электроэнергетике для повышения КПД (до 30%) пар подвергают очень высокой степени перегрева – до 550 град и добиваются огромного давления пара- до 250 атм. Но это возможно лишь в крупных установках, а в малых паросиловых установках столетней давности это устроить было невозможно, отсюда и низкий КПД на малых давлениях и невысоких температурах.

ВТОРАЯ ПРИЧИНА:: у таких паросиловых установок с малыми паровыми поршневыми двигателями очень невысок показатель скорости вращения выходного вала мощности. Т.е. поршневые паровые двигатели не могут развивать высокие обороты. Средний показатель скорости вращения поршневого парового двигателя – это 200-400 оборотов в минуту, иногда до 600. Такие характеристики вполне подходили для транспортных машин прошлого века – паровозов, пароходов и проч. Но вот для привода электрогенераторов это уже малые обороты. Поэтому для выработки электричества приходилось ставить дорогие и громоздкие повышающие редукторы, чтобы давать скорость вращения генераторам от 1500 до 3000 оборотов в минуту.

ТРЕТЬЯ ПРИЧИНА: Повышать обороты в поршневых машинах не было реальной возможности, ибо повышение оборотов требовало активной смазки пара трения «поршень-цилиндр», но смазывать такую поверхность при температуре пара и стенок цилиндра в 120-140 градусов- уже затруднительно, и кроме того смазка вместе с паром шла на выхлоп. А при закрытом контуре пара – когда возможен хоть какой-то приемлемый КПД, масло обязательно попадало в котел, где пригорало к кипятильным трубкам при сильно нагреве в процессе выработки пара.
Т.е. во избежание этого нужно делать устройства по отделению масла от конденсата, что еще более удорожало конструкцию паровой машины.

Но все эти недостатки можно устранить, если в паросиловом контуре вместо воды применить легкокипящие жидкости, а вместо архаического поршневого парового двигателя паровозного типа использовать роторный двигатель или маленький аксиально- поршневой с встречным движением поршней. Именно так старая добрая паровая машина может получить второе рождение и снова начать исправно трудится на благо человека, и прежде всего для приводов электрогенераторов в области автономного, малого (альтернативного-распределенного) электроснабжения .

Каким был первый в мире автомобиль

Огромное количество людей не представляют своей жизни без автомобиля. Разработано большое количество двигателей, разные виды подвесок. Для большинства автомобиль стал средством самовыражения: люди занимаются разнообразным тюнингом своих машин. Но редко кто задумывается об истории развития автомобилей, о том, какие цели преследовали изобретатели?

История создания автомобиля

Ответить на вопрос о том, кто же создал первый автомобиль, сложно. Было множество разработок и чертежей, некоторые из ученых не заявляли о своем изобретении. Первые прототипы машин появились в конце XVIII века и были совсем не похожи на те агрегаты, которые сейчас колесят по дорогам общего пользования. Это были несуразные аппараты с очень странным внешним видом.

Первые машины начали набирать популярность в конце XVIII века, в то время наблюдался рост развития паровых двигателей, их мощности хватало для перевозки людей. Затем в 1806 появились самоходные аппараты, работающие на двигателе внутреннего сгорания. Привычные нам машины, работающие на бензиновом ДВС, появились только к концу XIX века: в 1885 году первый автомобиль изобрел Карл Бенц . Электромобили хоть и были, но популярными не стали. Они исчезли из поля зрения вплоть до XX века. Сейчас, когда возникала потребность в транспорте, работающем на альтернативных видах топлива, электромобили снова набирают популярность.

Читать еще:  Что такое недогрев двигателя

Трехколесный агрегат, разработанный Карлом Бенцом

Автомобили с паровым двигателем

Паровой двигатель — первый агрегат, используемый в автомобилестроении. Автомобили с привычными нам моторами начали производить в конце ХIX века. В России самоходные установки, оснащенные паровыми агрегатами, были изобретены только в начале XIX века.

Первая машина, оснащенная паровым двигателем, была очень популярна. Ее изобрел француз Кюньо в 1769 году. Автомобиль получил название «малая телега Кюньо». Его максимальная скорость составляла всего 4,4 км/ч, а запас хода был всего 1км.

Позже были разработаны такие модели, как «Реверанс» и «Мансель». Их максимальная скорость перевалила за отметку в 30км/ч. Время работы на одном баке было увеличено. Такими автомобилями управляли двое: управляющий рулем назывался водителем, а того, кто топил котел, называли шофером.

После появления двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, инженеры пытались продвинуть паровые установки. Удалось уменьшить время запуска двигателя, а также поднять его мощность. До 1940 года автомобили, оснащенные паровым двигателем, выпускались заводами США и Европы. Это были микроавтобусы и грузовики, отличающиеся низким уровнем шума и высокой плавностью хода.

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания

В 1960 году Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Его изобретение дало сильнейший толчок автомобилестроению. ДВС обладали высокими мощностными характеристиками, а также их запас хода выгодно отличался от любых аналогов.

Официально создателем первого автомобиля, оснащенного бензиновым двигателем, является Карл Бенц. Агрегат получил название Motorwagen, он был создан в 1885 году. Запатентовали машину только к концу 1886. Это была трехколесная самоходная тележка. Она получила мотор объемом 0,9 литра, мощность мотора была всего 0,9 лошадиных сил. Агрегат весил около 100 килограммов.

Позже моторы подверглись доработке, и их мощность поднялась до 3 л.с. Финальной версией был двигатель объемом 1990 куб. см, его оснастили вертикальным цилиндром, а также реализовали двухклапанный механизм газораспределения. Шасси было очень простым — сварная конструкция из стальных труб. О подвеске говорить и не стоит: спереди простая вилка, сзади ось и два колеса. Сцепления также не было, коробка передач отсутствовала. Автомобиль оснащали ленточным тормозом, который взаимодействовал со шкивом ременной передачи.

Motorwagen — первый запатентованный автомобиль в мире. Назвать его машиной сложно, скорее, это самоходная повозка.

1889 год порадовал всех новым серийным автомобилем. Готлиб Даймлер и господин Майбах наладили производство первой 4-х экипажной повозки. Ее максимальная скорость составляла 16 км/ч. Она также имела внушительный запас хода. Автомобиль представили на Парижской выставке машиностроения.

Господа Даймлер и Бенц создали новую компанию по производству автомобилей, она была названа «Мерседес», в честь дочери Готлиба Даймлера. Первым автомобилем был Merсedes 35hp, его выпуск начался в 1901 году. Мощностные показатели заложены в названии. Планировалось, что машина станет гоночной, но вскоре было решено использовать ее как массовое транспортное средство. Всех поразила максимальная скорость — авто разгонялось до 75 километров в час, а расход топлива был 20 литров на 100 км. Силовая установка была довольно инновационной: 4-х цилиндровый агрегат объемом 5,9 литра. Двигатель имел 8 клапанов, расположенных с боку, их привод осуществлялся с помощью внешнего распредвала. Также автомобиль оснастили 4-х ступенчатой механической коробкой передач. Технические характеристики машины представлены ниже:

Двигатель Mercedes-Benz 35HP 5.9
Типбензиновый
Рабочий объем, куб.см5910
Число и расположение цилиндроврядный, 4-х цилиндровый
Мощность, л.с. при об/мин60 /
Трансмиссия Mercedes-Benz 35HP 5.9
ТипМКПП
Механическая4-ступенчатая
Кузов Mercedes-Benz 35HP 5.9
Количество дверей (мест)(2)
Подвеска Mercedes-Benz 35HP 5.9
Подвескана полуэллиптических рессорах
Тормоза Mercedes-Benz 35HP 5.9
Тормозабарабанные на задних колесах и на трансмиссии
Эксплуатационные показатели Mercedes-Benz 35HP 5.9
Максимальная скорость, км/ч90 (-)

Появление первого автомобиля в России

Первым автомобилем, появившимся в России, был агрегат иностранного производства. Машина была привезена Василием Навороцким в 1891 г. и называлась «Панар-Левассор». Французский аппарат пробудил огромный интерес к автомобилестроению в России.

Затем автомобиль марки Motorwagen появился в Санкт-Петербурге. Он был привезен для личного использования А.Жиргалевым. Являлся первым бензиновым авто в Питере. Данное событие произошло в 1885 году. Москвичи познакомились с самоходными агрегатами только в 1899.

Машину Фрезе и Яковлева принято считать первым российским автомобилем

Проектировка и постройка первого Российского автомобиля происходила на рубеже 80-х годов 19 века. В 1886 известная Санкт-Петербургская компания «Фрезе и Ко» показала свою машину. Это была двухместная повозка, оснащенная бензиновым ДВС.

Сначала было налажено производство кузовов, а затем завод Е.Яковлева запустил серийное производство силовых агрегатов, используемых в данном автомобиле.

Машина практически ничем не отличалась от зарубежных аналогов, однако стоит отметить инновационные решения русских изобретателей:

  • создание складной тканевой крыши;
  • установка резиновых ремней для передачи крутящего момента;
  • реализация передней подвески с помощью рессор.

Мощностные характеристики силовой установки довольно высокие — мощность двигателя составляла 2 лошадиные силы. Автомобиль мог разогнаться до 22 километров в час. Запас хода был огромен — автомобиль мог проехать на одном баке 150 километров.

Электромобили также набирали популярность. Ипполит Романов создал первый российский электрокар. Автомобиль имел максимальную скорость 37 километрам в час. Его вес составлял всего 750кг, к слову, половину весил только аккумулятор. К сожалению, автомобиль был одноразовым: запас хода составлял всего 65 километров. В серийное производство машина так и не поступила.

Самым популярным русским автомобилем начала XX века был «Руссо-Балт К12». Его производство началось в 1908 году. Серийное производство было налажено в Питере и Риге. Выпуск автомобилей был остановлен в 1926 г. Основные части двигателей отливались из алюминиевого сплава. Максимальная мощность силовой установки составляла 20 лошадиных сил, чего вполне хватало для передвижения 4-х человек. Мотор оборудован сифонной системой охлаждения. Коробка передач была установлена отдельно от движка, она соединялась с колесами с помощью кардана. Машина была очень тяжелой — ее вес составлял 1,2 тонны.

Руссо-Балт К12/20 оснащен двигателем, мощность которого составляет 20 лошадиных сил. Это полноценный автомобиль, он выгодно отличается наличием тканевой крыши

Технические характеристики автомобиля:

  • мотор – рядный, 4-х цилиндровый, 2,2-литровый, с нижним расположением клапанов;
  • мощность – 12 лошадиных сил на 1500 оборотах;
  • КПП – механическая, на три ступени;
  • рама – лонжеронная;
  • тормоза – барабанные, задние;
  • подвеска – рессорная, зависимая;
  • максимальная скорость – 50 км/ч;
  • кузов – открытый, 4-х местный.

Активное развитие автомобилестроения началось в 30-40х годах XX века. Тогда были созданы легендарные машины, которые и положили начало эпохи автомобильного транспорта. Стоит отметить заслуги изобретателей: если бы не их разработки, возможно, сейчас не было бы тех автомобилей, которые мы эксплуатируем каждый день.

Появление универсального парового двигателя

Революция в промышленности началась в середине XVIII в. в Англии с возникновением и внедрением в промышленное производство технологических машин. Промышленный переворот представлял собой замену ручного, ремесленного и мануфактурного производства, машинным фабрично-заводским.

Рост спроса на машины, строившиеся уже не для каждого конкретного промышленного объекта, а на рынок и ставшие товаром, привел к возникновению машиностроения, новой отрасли промышленного производства. Зарождалось производство средств производства.

Широкое распространение технологических машин сделало совершенно неизбежной вторую фазу промышленного переворота -внедрение в производство универсального двигателя.

Если старые машины (песты, молоты и т.д), получавшие движение от водяных колес, были тихоходными и обладали неравномерным ходом, то новые, особенно прядильные и ткацкие, требовали вращательного движения с большой скоростью. Таким образом, требования к техническим характеристикам двигателя приобрели новые черты: универсальный двигатель должен отдавать работу в виде однонаправленного, непрерывного и равномерного вращательного движения.

Читать еще:  Вакуумный усилитель тормозов влияет на обороты двигателя

В этих условиях появляются конструкции двигателей, пытающиеся удовлетворить назревшие требования производства. В Англии было выдано свыше десятка патентов на универсальные двигатели самых разнообразных систем и конструкций.

Однако первыми практически действующими универсальными паровыми машинами считаются машины, созданные русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым и англичанином Джеймсом Уаттом [1].

В машине Ползунова из котла по трубам пар с давлением, немного превышающим атмосферное, поступал поочередно в два цилиндра с поршнями. Для улучшения уплотнения поршни заливали водой. Посредством тяг с цепями движение поршней передавалось мехам трех медеплавильных печей.

Постройка машины Ползунова была закончена в августе 1765 года. Она имела высоту 11 метров, емкость котла 7 м , высоту цилиндров 2,8 метра, мощность 29 кВт.

Машина Ползунова создавала непрерывное усилие и была первой универсальной машиной, которую можно было применять для приведения в движение любых заводских механизмов.

Уатт начал свою работу в 1763 году почти одновременно с Ползуновым, но с иным подходом к проблеме двигателя и в другой обстановке. Ползунов начинал с общеэнергетической постановки задачи о полной замене зависящих от местных условий гидросиловых установок универсальным тепловым двигателем. Уатт начинал с частной задачи -повышения экономичности двигателя Ньюкомена в связи с порученной ему как механику университета в Глазго (Шотландия) работой по починке модели водоотливной паровой установки.

Окончательное промышленное завершение двигатель Уатта получил в 1784 году. В паровой машине Уатта два цилиндра были заменены одним закрытым. Пар поступал попеременно по обе стороны поршня, толкая его то в одну, то в другую сторону. В такой машине двойного действия отработавший пар конденсировался не в цилиндре, а в отдельном от него сосуде — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддерживалось центробежным регулятором скорости.

Главным недостатком первых паровых машин был низкий, не превышавший 9%, КПД [1].

Специализация паросиловых установок и дальнейшее развитие

Паровых машин

Расширение сферы применения парового двигателя требовало все более широкой универсальности. Началась специализация тепловых силовых установок. Продолжали совершенствоваться водоподъемные и шахтные паровые установки. Развитие металлургического производства стимулировало совершенствование воздуходувных установок. Появились центробежные воздуходувки с быстроходными паровыми машинами. В металлургии начали применять прокатные паросиловые установки и паровые молоты. Новое решение было найдено в 1840 году Дж. Несмитом, объединившим паровой двигатель с молотом.

Самостоятельное направление составили локомобили — передвижные паросиловые установки, история которых начинается в 1765 году, когда английский строитель Дж. Смитон разработал передвижную установку [1]. Однако заметное распространение локомобили получили только с середины XIX века.

После 1800 года, когда кончился десятилетний срок привилегий фирмы «Уатт и Болтон», доставивший компаньонам громадные капиталы, другие изобретатели получили наконец свободу действий. Почти сразу были реализованы не применявшиеся Уаттом прогрессивные методы: высокое давление и двойное расширение. Отказ от балансира и использование многократного расширения пара в нескольких цилиндрах привели к созданию новых конструктивных форм паровых двигателей. Двигатели двухкратного расширения стали оформляться в виде двух цилиндров: высокого давления и низкого давления, либо как компаунд-машины с углом заклинивания между кривошипами 90°, либо как тандем-машины, в которых оба поршня насажены на общий шток и работают на один кривошип [2].

Большое значение для повышения КПД паровых двигателей имело использование с середины XIX века перегретого пара, на эффект которого указал французский ученый Г.А. Гирн. Переход к использованию перегретого пара в цилиндрах паровых машин потребовал длительной работы по конструированию цилиндрических золотников и клапанных распределительных механизмов, освоению технологии получения минеральных смазочных масел, способных выдерживать высокую температуру, и по конструированию новых типов уплотнений, в частности с металлической набивкой, чтобы постепенно перейти от насыщенного пара к перегретому с температурой 200 — 300 градусов Цельсия.

Последний крупный шаг в развитии паровых поршневых двигателей -изобретение прямоточной паровой машины, сделанное немецким профессором Штумпфом в 1908 году.

Во второй половине XIX века в основном сложились все конструктивные формы паровых поршневых двигателей.

Новое направление в развитии паровых машин возникло при их использовании в качестве двигателей электрогенераторов электрических станций с 80 — 90 годов XIX века.

К первичному двигателю электрического генератора предъявлялось требование большой скорости, высокой равномерности вращательного движения и непрерывно возрастающей мощности.

Технические возможности поршневого парового двигателя — паровой машины — являвшегося универсальным двигателем промышленности и транспорта в течение всего XIX века уже не соответствовали потребностям, возникшим в конце XIX века в связи со строительством электростанций. Они могли быть удовлетворены только после создания нового теплового двигателя — паровой турбины.

Паровой котел

В первых паровых котлах применялся пар атмосферного давления. Прототипами паровых котлов послужила конструкция пищеварительных котлов, откуда и возник сохранившийся до наших дней термин «котел».

Рост мощности паровых двигателей вызвал к жизни и поныне существующую тенденцию котлостроения: увеличение

паропроизводительности — количества пара, производимого котлом в час.

Для достижения этой цели устанавливали по два-три котла для питания одного цилиндра. В частности, в 1778 году по проекту английского машиностроителя Д. Смитона была сооружена трехкотельная установка для откачивания воды из Кронштадских морских доков [1].

Однако если рост единичной мощности паросиловых установок требовал повышения паропроизводительности котлоагрегатов, то для увеличения КПД требовалось повышение давления пара, для чего были нужны более прочные котлы. Так возникла вторая и поныне действующая тенденция котлостроения: увеличение давления. Уже к концу XIX века давление в котлах достигало 13-15 атмосфер [2].

Требование повышения давления противоречило стремлениям увеличить паропроизводительность котлоагрегатов. Шар — наилучшая геометрическая форма сосуда, выдерживающая большое внутреннее давление, дает минимальную поверхность при данном объеме, а для увеличения паропроизводительности нужна большая поверхность. Наиболее приемлемым оказалось использование цилиндра — следующей за шаром геометрической формы в отношении прочности. Цилиндр позволяет сколь угодно увеличивать его поверхность за счет увеличения длины. В 1801 году О. ЭЬанс в США построил цилиндрический котел с цилиндрической внутренней топкой с чрезвычайно высоким для того времени давлением порядка 10 атмосфер. В 1824 году СВ. Литвинов в Барнауле разработал проект оригинальной паросиловой установки с прямоточным котлоагрегатом, состоящим из оребренных труб.

Для увеличения котельного давления и паропроизводительности потребовалось уменьшение диаметра цилиндра (прочность) и увеличение его длины (производительность): котел превращался в трубу. Существовали два способа дробления котлоагрегатов : дробились газовый тракт котла или водяное пространство. Так определились два типа котлов: жаротрубные и водотрубные.

Во второй половине XIX века были разработаны достаточно надежные парогенераторы, позволяющие иметь паропроизводительность до сотен тонн пара в час. Паровой котел представлял собой комбинацию стальных тонкостенных труб небольшого диаметра. Эти трубы при толщине стенки в 3-4 мм позволяют выдерживать очень высокое давление [2]. Высокая производительность достигается за счет суммарной длины труб. К середине XIX века сложился конструктивный тип парового котла с пучком прямых, слегка наклоненных труб, ввальцованных в плоские стенки двух камер — так называемый водотрубный котел. К концу XIX века появился вертикальный водотрубный котел, имеющий вид двух цилиндрических барабанов, соединенных вертикальным пучком труб. Эти котлы с их барабанами выдерживали более высокие давления.

В 1896 году на Всероссийской ярмарке в Нижнем Новгороде демонстрировался котел В.Г.Шухова. Оригинальный разборный котел Шухова был транспортабелен, имел невысокую стоимость и малую металлоемкость. Шухов впервые предложил топочный экран, применяющийся в наше время. т£Л №№0№lfo 9-1* #5^^^

К концу XIX века водотрубные паровые котлы позволяли получить поверхность нагрева свыше 500 м и производительность свыше 20 тонн пара в час, которая в середине XX века возросла в 10 раз.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector