Поводом для постройки этого агрегата послужила дурацкая идея: "а можно ли построить паровой двигатель без станков и инструментов, используя только детали, которые можно купить в магазине" и сделать все своими руками. В результате появилась такая вот конструкция. Вся сборка и настройка заняла меньше часа. Хотя на конструирование и подбор деталей ушло полгода.
Большая часть конструкции состоит из водопроводной арматуры. Под конец эпопеи вопросы продавцов хозяйственных и прочих магазинов: "могу я вам помочь" и "а вам для чего", реально бесили.
И так собираем основание. Сперва основной поперечный элемент. Здесь используются тройники, бочата, уголки на пол дюйма. Все элементы я крепил с помощью герметика. Это для того, что бы было легче соединять и разъединять их руками. Но для финишной сборки лучше использовать сантехническую ленту.
Затем продольные элементы. К ним будут крепится паровой котел, золотник, паровой цилиндр и маховик. Здесь все элементы так же на 1/2".
Затем делаем стойки. На фото, с лева на право: стойка для парового котла, далее стойка для парораспределяющего механизма, затем стойка для маховика, и наконец держатель для парового цилиндра. Держатель маховика изготавливается из тройника на 3/4" (внешняя резьба). К нему идеально подходят подшипники из ремкомплекта для роликовых коньков. Подшипники удерживаются стяжной гайкой. Такие гайки можно найти отдельно или взять от тройника для металлопластиковых труб. Этот тройник на фото в нижнем правом углу (в конструкции не используется). В качестве держателя парового цилиндра тоже используется тройник на 3/4", только резьба вся внутренняя. Для крепления элементов 3/4" к 1/2" используются переходники.
Собираем котел. Для котла используется труба на 1". Нашел б/у на рынке. Забегая в перед, хочу сказать, что котел получился мелковат и не дает достаточного количества пара. С таким котлом двигатель работает слишком вяло. Но работает. Три детали с права это: заглушка, переходник 1"-1/2" и сгон. Сгон вставляется в переходник и закрывается заглушкой. Таким образом котел становится герметичным.
Таким котел получился изначально.
Но сухопарник оказался не достаточной высоты. Вода попадала в паропровод. Пришлось ставить дополнительный бочонок на 1/2" через переходник.
Это горелка. Четырьмя постами ранее был материал "Самодельная масляная лампа из труб". Изначально горелка была задумана именно такой. Но не нашлось подходящего топлива. Масло для ламп и керосин сильно коптят. Нужен спирт. Так что пока сделал просто держатель для сухого горючего.
Это очень важная деталь. Парораспределитель или золотник. Эта штука направляет пар в рабочий цилиндр при рабочем ходе. При обратном ходе поршня подача пара перекрывается и идет сброс. Золотник делается из крестовины для металлопластиковых труб. Один из концов нужно залепить эпоксидной замазкой. Этим концом он будет крепится к стойке через переходник.
А сейчас самая главная деталь. От неё будет зависеть заработает двигатель или нет. Это рабочий поршень и клапан золотника. Здесь используются шпилька М4 (продаются в отделах мебельной фурнитуры, проще найти одну длинную и отпилить нужную длину), металлические шайбы и войлочные шайбы. Войлочные шайбы используются для крепления стекол и зеркал с другой фурнитурой.
Войлок не самый лучший материал. Он дает не достаточную герметичность, а сопротивление ходу - существенное. В последствии удалось избавится от войлока. Для этого идеально подошли не совсем стандартные шайбы: М4х15 - для поршня и М4х8 - для клапана. Эти шайбы нужно максимально плотно, через сантехническую ленту, посадить на шпильку и той же лентой с верху намотать 2-3 слоя. Затем тщательно притереть с водой в цилиндре и золотнике. Фотографию модернизированного поршня не сделал. Лень разбирать.
Это собственно цилиндр. Изготавливается из бочонка 1/2". Двумя стяжными гайками он крепится внутри тройника 3/4". С одной из сторон, с максимальным уплотнением, наглухо крепится штуцер.
Теперь маховик. Маховик делается из блина для гантели. В центральное отверстие вставляется стопка из шайб, а в центр шайб помещается маленький цилиндр из ремкомплекта для роликовых коньков. Все крепится на герметике. Для держателя водила идеально подошла вешалка для мебели и картин. Похожа на замочную скважину. Все собирается в той последовательности, что на фото. Винт и гайка - М8.
Маховиков у нас в конструкции - два. Между ними должна быть жесткая связь. Эта связь обеспечивается стяжной гайкой. Все резьбовые соединения закрепляются лаком для ногтей.
Эти два маховика кажутся одинаковыми, однако один будет соединен с поршнем, а другой с клапаном золотника. Соответственно водило, в виде винта М3, крепится на разных расстояниях от центра. Для поршня водило располагается дальше от центра, для клапана - ближе к центру.
Теперь делаем привод клапана и поршня. Для клапана идеально подошла соединительная пластина для мебели.
Для поршня в качестве рычага используется накладка оконного замка. Подошла как родная. Вечная слава тому, кто изобрел метрическую систему.
Приводы в сборе.
Все устанавливается на двигатель. Резьбовые соединения закрепляются лаком. Это привод поршня.
Привод клапана. Обратите внимание, положения водила поршня и клапана отличаются на 90 градусов. В зависимости от того в какую сторону водило клапана опережает водило поршня, будет зависеть в какую сторону будет вращаться маховик.
Теперь осталось подсоединить трубки. Это силиконовые шланги для аквариума. Все шланги необходимо закрепить проволокой или хомутами.
Нужно заметить что тут не предусмотрен предохранительный клапан. Поэтому следует соблюдать максимальную осторожность.
Вуаля. Заливаем воду. Поджигаем . Ждем когда закипит вода. Во время разогрева клапан должен быть в положении закрыто.
Весь процесс сборки и результат на видео.
www.zabatsay.ru
Паровая тяга все еще обеспечивает значительную часть требуемой нам энергии. Даже лучшие из современных атомных реакторов всего лишь источники тепла, превращающие воду в пар для вращения турбин, соединенных с электрогенераторами.
Первая паровая машина была изобретена в I в. н. э. греческим инженером Геро Александрийским. Но первая паровая машина, нашедшая практическое применение, была создана в 1698 г. английским инженером Томасом Сэвери. Пар охлаждался в камере до образования конденсата. В результате резкого уменьшения объема возникал парциальный вакуум, используемый для откачивания воды из угольных шахт.
Сила поршня
В двигателе, изобретенном английским инженером Томасом Ньюкомепом ок. 1710 г., пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Затем цилиндр охлаждали, чтобы сконденсировать пар и вернуть поршень в нижнее положение. При конденсации пара давление в цилиндре падало, и атмосферного давления было достаточно, чтобы поршень опустился вниз. Поэтому Нью-комен назвал свой двигатель пароатмосферным. Хотя эффективность этого двигателя была выше, чем у машины Сэвери, он работал очень медленно и с низким КПД. Это объясняется тем, что после охлаждения цилиндр нужно было снова нагревать, чтобы заставить пар толкать поршень вверх, иначе он бы сразу конденсировался.
Двигатель Уатта
Эту проблему решил шотландский инженер Джеймс Уатт. В созданном им в 1769 г. двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации. Так как цилиндр не нужно было поочередно нагревать и охлаждать, тепловые потери двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количество пара в цилиндр, как только поршень возвращался в свое исходное положение. Благодаря этому и другим усовершенствованиям, придуманным Уаттом, для паровой машины нашлись многочисленные практические применения. К наступлению викторианской эпохи мощные паровозы совершили революцию в средствах передвижения по суше. Паровые машины также обеспечивали энергию для печатания газет, ткачества и для работы стиральных машин в "паровых" прачечных. Паровые двигатели использовались на площадках аттракционов, а фермеры с помощью паровой тяги пахали землю. Уборщики пользовались работающими на пару пылесосами, а в престижных городских парикмахерских были даже щетки для массажа кожи головы с паровым приводом.
Вращательное движение
В большинстве первых паровых машин двигающиеся в цилиндрах поршни создавали возвратно-поступательное движение, которое затем можно было преобразовывать во вращательное движение с помощью механических устройств.
Паровые турбины сразу преобразуют энергию пара во вращательное движение. В XIX в. некоторые изобретатели экспериментировали с паровыми турбинами, но только в 1884 г. английский инженер Чарльз Парсонс создал рентабельную и работоспособную конструкцию. Спустя несколько лет после изобретения, его турбины стали использоваться на судах и в генераторах тока.
Преобразование энергии
Паровые двигатели и турбины преобразуют тепло в энергию. При этом тепло от сжигания топлива идет на кипячение воды, объем которой в парообразном состоянии увеличивается в 1600 раз, а давление пара создает движение. В поршневых двигателях пар расширяется в цилиндре и толкает поршень. В паровых турбинах расширяющийся пар вращает оснащенные лопатками роторы. В обоих случаях пар отдает тепловую энергию.
Паровые двигатели и турбины относятся к двигателям внешнего сгорания, так как нагрев происходит вне рабочей камеры, обычно за счет сжигания топлива. Пар производят в котлах, нагреваемых при сжигании нефти или угля. На атомных электростанциях тепло обеспечивают ядерные реакции.
Двойное действие
В простых паровых машинах пар создает давление на одной стороне цилиндра, заставляя его двигаться. Но в большинстве паровых двигателей обе стороны поршня используются для получения механической энергии. Сначала пар попадает на одну сторону и двигает поршень вперед, а затем на другую сторону, возвращая его назад. Поэтому такие двигатели называются двигателями двойного действия.
Рабочий цикл начинается с подачи пара на одну сторону цилиндра через входное отверстие, после чего оно закрывается, а пар, расширяясь, толкает поршень вниз по цилиндру. Затем пар поступает на другую сторону поршня, заставляя его возвращаться назад, при этом пар на первой стороне выходит через выхлопное отверстие. Пар поочередно подается на одну из сторон поршня, а другая сторона автоматически соединяется с выхлопным отверстием.
В большинстве паровых двигателей всем рабочим циклом каждого поршня управляет один D-образный клапан. Он скользит взад-вперед, обеспечивая требуемое соединение с входным и выхлопным отверстиями пара. У некоторых больших паровых двигателей отдельные клапаны имеются по обе стороны поршня.
Коленчатый вал
Возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное с помощью шатуна и коленчатого вала. Коленчатый вал - это рычаг, соединенный с тяжелым маховиком, а шатун соединяет этот вал с поршнем или его штоком. При движении поршня вперед и назад коленчатый вал вращается, а маховик выравнивает создаваемое вращательное усилие.
Температура пара падает при его расширении в цилиндре. Подобный эффект можно наблюдать, используя аэрозольный баллон: благодаря расширению газа-вытеснителя возникает ощущение прохлады от струи аэрозоля. В простом паровом двигателе двойного действия пар, расширяясь, охлаждает ту часть цилиндра, куда будет подаваться свежий пар.
При сильном расширении пара охлаждающий эффект может вызвать большие тепловые потери в двигателе. Эти потери можно компенсировать за счет сжигания большего количества топлива, но при этом снижается КПД двигателя. Температурные изменения можно уменьшить, если ограничить давление подаваемого в цилиндр пара для снижения степени его расширения. Однако при этом становится меньше и мощность двигателя.
Компаунды
Эта проблема решается, если позволить пару сначала частично расшириться в малом цилиндре высокого давления. Затем отработавший пар поступает в больший цилиндр низкого давления, где происходит его дальнейшее расширение. Паровые машины с двумя или несколькими такими цилиндрами называются комбинированными двигателями или компаундами.
Двигатели с трехкратным расширением - это компаунды с цилиндрами высокого, среднего и низкого давления. Такие двигатели широко применялись на судах, а некоторые немецкие корабли оснащались двигателями с четвертой ступенью расширения.
Прямоточные двигатели
Прямоточные двигатели позволяют снизить тепловые потери за счет резкого уменьшения колебаний температуры в цилиндре. Пар, подаваемый в разные части цилиндра, расширяется и выпускается через кольцо выхлопных отверстий в его центре. Поэтому цилиндр остается относительно горячим по краям и более прохладным в средней части, где он контактирует с расширенным паром. Тепловые потери сведены к минимуму, так как ни одна часть цилиндра не подвергается большим изменениям температуры.
Турбины
Главным рабочим органом турбины является ротор, оснащенный рядом лопаток. Он находится внутри корпуса с неподвижными лопатками, направляющими поток пара. Пар высокого давления вращает ротор.
Пар поступает в корпус турбины через сопла. При выпуске пара его давление падает, и он расширяется. Это приводит к увеличению его скорости, которая может в несколько раз превышать скорость звука. Так, при расширении пара и падении его давления с 12 атм. до 0, 5 атм. достигается скорость примерно 1100 м/с.
Высокая скорость, большая энергия
Движущийся с такой скоростью пар обладает большой энергией, но она не вся легко передается лопастям ротора турбины. Для максимальной передачи энергии пара турбине ее лопатки должны вращаться со скоростью, которая в два раза меньше скорости пара. Но зачастую этого трудно добиться, и потери энергии могут быть большими. Один из путей решения данной проблемы - установка нескольких рядов лопаток турбины, чтобы давление постепенно снижалось на каждом из них. Такие турбины называются компаундированными по давлению. Длина лопаток постепенно увеличивается в направлении от впускного к выпускному каналу. В некоторых турбинах пар, пройдя один ряд лопаток, без дальнейшего расширения направляется на второй, а иногда и на третий ряд. Турбины такого типа называются компаундированными по скорости.
Судовые турбины
На одних пароходах турбины используются как привод для электрогенератора, вырабатывающего энергию для электродвигателя, который вращает гребной винт. На других судах турбина вращает гребной винт через ряд редукторов, снижающих скорость вращения до относительно малой величины, требуемой для экономичной работы винта.
На больших судах вместо одного длинного ротора турбины можно установить бок о бок два более коротких ротора, соединенных с одним источником пара. Это позволяет уменьшить общую длину двигателя. Такие роторы называются перекрестно-компаундированными.
Электростанции
Гигантские турбины электростанций служат приводами для генераторов тока. При мощностях до 300 МВт (300 000 кВт) одна линия роторов турбины используется для одного генератора. При больших мощностях два перекрестно-компаундированных ротора подключены к отдельным генераторам.
Генераторы электростанций вырабатывают переменный ток. Такой ток меняет свое направление много раз за секунду.
Частота сети
В большинстве стран и Западной, и Восточной Европы системы электроснабжения обеспечивают подачу тока, совершающего 50 циклов (циклом называются два полных изменения направления) в секунду. Это - частота сети, выражаемая в герцах (Гц) и равная в данном случае 50 Гц. (1 Гц = 1 цикл в секунду.)
Частота вырабатываемого тока зависит от скорости вращения турбин и генераторов. Для производства тока частотой 50 Гц скорость вращения турбины должна быть 3000 об./мин. В Северной Америке частота сетей электроснабжения 60 Гц обеспечивается за счет скорости вращения турбин 3600 об./мин.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.sciencetechnics.com/
Дата добавления: 30.06.2011
www.km.ru
О П И С А Н И Е (,)918479
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советсннк
Соцналнстнческнк
Респ ублмк
К АВТРРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.04.80 (21) 2915404/25-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .
F 02 К 7/00
Гесударствеклмв квмлтет (53) .УДК 621.45 (088.8) Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13
Дата опубликования описания 17.04.82 ла делам изобретений и втврмтий (72) Автор изобретейия
М, С. Исламов
И .
1 (71) Заявитель (54) ПАРОВОЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕ,ЛЬ
Формула изобретения
Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к паровым реактивным двигателям, и может быть использовано при проектировании воднотранспортных механизмов.
Известен паровой реактивный двигатель содержащий теплообменник- с подающим и выхлопным трубопроводами и источник тепла (1) .
Недостатком известного двигателя является низкий КПД.
Цель изобретения — повышение КПД.
Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен насосом, установленным на подающем трубопроводе, и эллиптическим отражателем, и теплообменник расположен в одном фокусе последнего, а источник тепла — в другом.
На чертеже схематически показан двигатель продольный разрез.
Паровой реактивный двигатель содержит теплообменник 1 с подающим и выхлопным трубопроводами 2 и 3 и источник 4 тепла, причем двигатель снабжен насосом,5, установленным на подающем трубопроводе
2, и эллиптическим отражателем 6, и теплообменник 1 расположен в одном фокусе 7 последнего, а источник тепла 4 — в другом фокусе 8.
Двигатель работает следующим образом.
Установленный на подающем трубопроводе 2 насос 5 подает воду в теплообменник 1, расположенный в фокусе 7 эллиптического отражателя 6, воспринимающий благодаря такому расположению все тепло от источ10 ника 4 тепла и нагревающий воду, подаваемую насосом 5. Вода, превращаясь в пар, расширяется и, выходя через выхлопной трубопровод 3, создает реактивную силу.
Использование отражателя существенно снижает теплоотвод в окружающую среду, что приводит к повышению КПД.
20 Паровой реактивный двигатель, содержащий теплообменник с подающим и выхлопным трубопроводами и источник тепла, отличающийся тем, что, с целью повышения
КПД, двигатель снабжен насосом, установ9184 79
Составитель В. Бойцов
Редактор М. Цнткина Техред А. Бойкас Корректор Л. Бокшан
Заказ 2082/9 Тираж 548 Подннсное
ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий. 113035, Москва, К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ленным на подающем трубопроводе, и эллиптическим отражателем, и теплообменник расположен в одном фокусе последнего, а источник тепла — в другом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Паровой катер Описание игрушки № 2081/65. М., завод «Мосигрушка», 1965.
www.findpatent.ru
