Свою экспансию паровой двигатель начал еще на заре XIX века. В то время уже сооружались и большие агрегаты, предназначенные для промышленного использования, и небольшие паровые двигатели выполняющие порой чисто декоративные функции. Приобретали такие «игрушки» в основном видные вельможи, которые хотели порадовать себя и своих детишек. Когда паровые агрегаты более прочно вошли в повседневную жизнь, декоративные паровые установки использовались только в учебных заведениях в качестве пособий.
Современные паровые двигатели
В начале XX века популярность паровых агрегатов начала уменьшаться. Британская фирма Mamod осталось одной из немногих компаний, которые продолжали выпускать миниатюрные паровые двигатели. Образец подобной техники можно приобрести даже в наше время. Однако стоимость таких устройств переваливает за двести фунтов. Тем, кто любит самостоятельно собирать и изготавливать различные механизмы, наверняка придется по душе идея самостоятельного создания парового двигателя или же других оригинальных поделок.
Собрать паровой двигатель довольно просто. Под действием огня нагревается котел с водой, вода под воздействием высоких температур переходит в газообразное состояние и выталкивает поршень. Маховик, соединенный с поршнем, будет вращаться до тех пор, пока в емкости есть вода. Такова стандартная схема парового двигателя. Можно изготовить модели, имеющие совершенно иные комплектации. Перейдем от теории к практике. Данная статься посвящена способам изготовления парового двигателя своими руками.
Способ первый
Приступим к процессу изготовления самого простого варианта теплового двигателя. Для этого нам не потребуются сложные чертежи и специальные навыки. Итак, возьмем простую алюминиевую банку, отрежем от нее нижнюю треть. Получившиеся острые края банки необходимо загнуть внутрь при помощи плоскогубцев. Это нужно делать очень осторожно, чтобы не порезаться. Поскольку большинство алюминиевых банок имеет слегка вогнутое дно, необходимо его выровнять. Для этого достаточно просто прижать дно пальцем к твердой поверхности.
В полученном стакане на расстоянии 1,5 см от верхнего края нужно сделать друг напротив друга два отверстия. Необходимо проделать отверстия, диаметр которых будет не менее 3 мм. Для этой цели отлично подойдет обычный дырокол. На дно банки помещаем свечу. Теперь необходимо взять обычную пищевую фольгу, помять ее и обернуть нашу мини горелку. Затем нужно взять отрезок полой медной трубки 15-20 см длиной. Это и будет главный механизм двигателя, который будет приводить всю конструкцию в движение. Центральная часть трубки два или три раза оборачивается вокруг карандаша таким образом, чтобы получилась спираль.
Далее этот элемент необходимо разместить таким образом, чтобы изогнутый участок находился прямо над фитилем свечи. Для этого можно придать трубке форму буквы М. Участки трубы, которые опускаются вниз, выводим через специально проделанные отверстия. В результате получаем жесткую фиксацию трубки над фитилем. Края трубки выполняют роль своеобразных сопел. Чтобы вся конструкция могла вращаться, нужно согнуть противоположные концы М-образного элемента в разные стороны под прямым углом.
Наш паровой двигатель готов. Чтобы запустить его, банку размещают в емкости с водой. Необходимо, чтобы края трубки находились над поверхностью воды. Если сопла будут иметь недостаточную длину, на дно банки можно будет поместить небольшой грузик. Однако при этом следует действовать осторожно, иначе вы рискуете потопить двигатель. Опускаем один край трубки в воду, а другим втягиваем воздух и опускаем банку в воду. Трубка заполнится водой. Теперь можно поджечь фитиль. Некоторое время спустя вода, которая находится в спирали, прекратиться в пар, который под давлением будет вылетать из сопел. Банка начнет достаточно быстро вращаться в емкости.
Способ второй
Предлагаемая конструкция несколько сложнее, чем первый вариант двигателя. Прежде всего, для создания такого устройства нам понадобится банка из-под краски. Убедитесь, что она достаточно чистая. На расстоянии 2 см от дна вырезаем на стенке прямоугольник, размеры которого составляют 5Х15 см. Длинная сторона прямоугольника размещается параллельно дну.
Из металлической сетки нужно вырезать кусок, размером 24Х12 см. С обоих концов от длинной стороны куска отмеряем по 6 см. Эти участки необходимо отогнуть под прямым углом. В результате у нас должен получиться небольшой столик-платформа с ножками, длиной по 6 см. Полученную конструкцию нужно установить на дно банки. По всему периметру крышки проделывается несколько отверстий. Размещать их нужно в форме полукруга только вдоль одной половину крышки. Это необходимо для обеспечения вентиляции: паровой двигатель не будет работать, если к источнику огня не будет обеспечен доступ воздуха.
Для изготовления основного элемента двигателя нам потребуется медная трубка. Изгибаем ее в форме спирали. От одного конца трубки отступаем 30 см. От этой точки делаем пять витков спирали, диаметр каждого витка должен равняться 12 см. Остальная часть трубки изгибается в форме 15 колец, диаметр которых составляет 8 см.
На противоположном конце трубки должно остаться около 20 см. Оба вывода трубки пропускаются через вентиляционные отверстия, проделанные в крышке банки. На заранее установленную платформу помещают уголь. Спираль должна размещаться прямо над платформой. Уголь необходимо разложить аккуратно разложить между витками спирали. Теперь можно закрыть банку. В результате мы получили топку, которая и будет приводить в движение наш паровой двигатель.
www.vsedelkin.ru
Паровая машина за всю свою историю имела много вариаций воплощения в металл. Одним из таких воплощений — был паровой роторный двигатель инженера-механика Н.Н. Тверского. Этот паровой роторный двигатель (паровая машина) активно эксплуатировался в различных областях техники и транспорт. В русской технической традиции 19-го века такой роторный двигатель назывался — коловратная машина. Двигатель отличался долговечностью, эффективностью и высоким крутящим моментом. Но с появлением паровых турбин был забыт. Ниже представлены архивные материалы, поднятые автором этого сайта. Материалы весьма обширны, поэтому пока здесь представлена только часть их.
Паровой роторный двигатель Н.Н.Тверского
Пробная прокрутка сжатым воздухом (3,5 атм) парового роторного двигателя.Модель расчитана на 10 кВт мощности при 1500 об/мин на давлении пара в 28-30 атм.
В конце 19-го века паровые двигатели — «коловратные машины Н.Тверского» были забыты потому, что поршневые паровые машины оказались проще и технологичнее в производстве (для производств того времени), а паровые турбины давали большую мощность.Но замечание в отношении паровых турбин справдливо лишь в их больших массо-габаритных размерах. Действительно — при мощности болше 1,5-2 тыс. кВТ паровые многоцилиндровые турбины выигрывают по всем параметрам у паровых роторных двигателей, даже при дороговизне турбин. И в в начале 20-го века, когда судовые силовые установки и силовые агрегаты электростанций начинали иметь мощность во многие десятки тысяч киловатт, то только турбины и могли обеспечить такие возможности.
НО — у паровых турбин есть другой недостаток. При масштабировании их массо-габаритных парамеров в сторону уменьшения, ТТХ паровых турбин резко ухудшаются. Значительно снижается удельная мощность, падает КПД, при том что дороговизна изготовления и высокие обороты главного вала (потребность в редукторе) — остаются. Именно поэтому — в области мощностей менее 1,5 тыс. кВт (1,5 мВт) эффективную по всем параметрам паровую турбину найти практически невозможно, даже за большие деньги…
Именно поэтому в этой диапазоне мощностей появился целый «букет» экзотических и мало известных конструкций. Но чаще всего- так же дорогостоящих и малоэффективных… Винтовые турбины, турбины Тесла, осевые турбины и проч.Но- почему-то все забыли про паровые «коловратные машины» — роторные паровые двигатели. А между тем — эти паровые машины многократно дешевле, чем любые лопаточные и винтовые механизмы (это я говорю со знанием дела- как человек изготовивший на свои деньги уже более десятка таких машин). При этом паровые «коловратные машины Н.Тверского» — имеют мощный крутящий момент с самых малых оборотов, обладают средней частотой вращения главного вала на полных оборотах от 1000 до 3000 об/мин. Т.е. такие машины хоть для электрогенератора, хоть для парового авто (автомобиля- грузовика, трактора, тягача) — не будут требовать редуктора, счепления и проч., а будут своим валом на прямую содиняться с динамо-машиной, колесами парового автомобиля и проч.Итак- в виде парового роторного двигателя — системы «коловратной машины Н.Тверского» мы имеем универсальную паровую машину, которая прекрасно будет вырабатывать электричество питаясь от котла на твердом топливе в отдалённом лесхозе или таежном поселке, на полевом стане или вырабатывать электричество в котельной сельского поселения или «крутиться» на отходах технологического тепла (горячем воздухе) на кирпичном или цементном заводе, на литейном производстве и пр и др.Все подобные источники тепла как раз и имеют мощность менее 1 мВт, поэтому и общепринятые турбины тут малопригодны. А других машин для утилицации тепла путем перевода в работу давления полученного пара- общая техническая практика пока не знает. Вот и не утилизирыется это тепло никак — оно просто теряется глупо и безвозвратно.Я уже создал «паровую коловратную машину» для привода электрогенератора в 3.5 — 5 кВт (зависит от давления в пара), если все будет как планирую- то скоро будет машина и в 25 и в 40 кВт. Как раз — то что надо, чтобы обеспечивать дешевым электричеством от котла на твердом топливе или на отходах технологического тепла сельскую усадьбу, небольшое фермерское хозяйство, полевой стан и пр. и др.В принципе — роторные двигатели хорошо масштабируются в сторону увеличения, поэтому — насаживая на один вал множество роторных секций легко многократно увеличивать мощность таких машин, просто увеличивая количество стандартных роторных модулей. Т.е вполне можно создавать паровые роторные машины мощностью 80-160-240-320 и более кВт…
Но, кроме средних и относительно крупных паросиловых установок, паросиловые схемы с малыми паровыми роторными двигателями будут востребованы и в малых силовых установках.Например- одно из моих изобретений- «Походно-туристический электрогенератор на местном твердом топливе».Ниже представлено видео, где испытывается упрощенный прототип такого устройства.Но маленький паровой двигатель уже весело и энергично крутит свой электрогенератор и на дровах и прочем подножном топливе выдает электроэнергию.
Основное направление коммерческого и технического применения паровых роторных двигателей (коловратных паровых машин) — это выработка дешевого электричества на дешевом твердом топливе и горючих отходах. Т.е. малая энергетика- распределенная электрогенерация на паровых роторных двигателях. Представьте, как будет отлично вписываться роторный паровой двигатель в схему работы лесопилки- пилорамы, где нибудь на Русском Севере или в Сибири (Дальнем Востоке) где нет центрального электроснабжения, электричество дает задорого дизель-генератор на привозной издалека солярке. Зато сама лесопилка производит в день минимум полтонны щепы- опилок — горбыля, который девать некуда…
Таким древесным отходам — прямая дорога в топку котла, котел дает пар высокого давления, пар приводит в действие роторный паровой двигатель и тот крутит электрогенератор.
Точно так же можно сжигать безграничные по объемам миллионы тонн пожнивных отходов сельского хозяйства и проч. А есть еще дешевый торф, дешевый энергетический уголь и проч. Автор сайта посчитал, что затраты на топливо при выработке электричества через малую паросиловую установку (паровую машину) с паровым роторным двигателем мощностью в 500 кВт будут от 0,8 до 1,
2 рубля за киловатт.
Еще интересный вариант применения парового роторного двигателя — это установка такой паровой машины на паровой автомобиль. Грузовик — тягач паровой автомобиль, с мощным крутящим моментом и применяющий дешевое твердое топливо — очень нужная паровая машина в сельском хозяйстве и в лесной отрасли. При применении современных технологий и материалов, а так же использование в термодинамическом цикле «Органичесокго цикла Ренкина» позволят довести эффективный КПД до 26-28% на дешевом твердом топливе (или недорогом жидком, типа «печного топлива» или отработанного машинного масла). Т.е. грузовик — тягач с паровой машиной
Грузовик НАМИ-012, с паровым двигателем. СССР, 1954 г
и мощностью роторного парового двигателя около 100 кВт, будет расходовать на 100 км около 25-28 кг энергетического угля (стоимость 5-6 руб за кг) или около 40-45 кг щепы- опилок (цена которых на Севере- забирай даром)…
Есть еще много интересных и перспективных областей применения роторного парового двигателя, но размеры этой странички не позволяют все их подробно рассмотреть. В итоге- паровая машина может занять еще очень заметное место во многих областях современной техники и во многих отраслях народного хозяйства.
ЗАПУСКИ ОПЫТНОЙ МОДЕЛИ ПАРОСИЛОВОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА С ПАРОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Май -2018г. После длительных экспериментов и опытных образцов сделан малый котел высокого давления. Котел опрессован на 80 атм давления, так что будет держать рабочее давление в 40-60 атм без затруднений. Запущен в работу с опытной моделью парового аксиально-поршневого двигателя моей конструкции. Работает прекрасно- смотри видео. За 12-14 минут от розжига на дровах готов давать пар высокого давления.
Сейчас я начинаю готовиться к штучному производству таких установок- котел высокого давления, паровой двигатель (роторный или аксиально-поршневой), конденсатор. Установки будут работать по замкнутой схеме с оборотом «вода- пар- конденсат».
Спрос на такие генераторы весьма большой, ибо 60% теорритории России не имеют центрального электроснабжения и сидят на дизельгенерации. А цена солярки все время растет и уже достигла 41-42 руб за литр. Да и там где электричество есть- энергокомпании тарифы все поднимают, а за подключение новых мощностей требуют больших денег.
www.rotor-motor.ru
Для сборки потребуется: 3 штуцера 1 тройник 1 удлинитель бачка ( металлическая трубка из нержавейки) 2 подшипника 2 уголка для закрепления маховика несколько компакт дисков для маховика. (или сделайте свою конструкцию) 3 велосипедных спицы 2 анкерных болта которые придется разобрать. можно заменить их гвоздями подходящего размера крепление с хомутом которые будут держать двигатель (можно взять 2 для более качественного закрепления двигателя ну и кусок доски на котором все будет установлено. Хомуты, шланг, и скороварка в качестве бака (вместо скороварки можно сделать любой другой бак) 
Собрать нужно все это в такую вот конструкцию. Внутри кроме поршней больше ничего нет так что все детали вы видите на фото. 
Сами поршни я сначала сделал из куска трубки зажатого между двух шайб на болте. Но гораздо лучше себя показали маленькие подшипники которые можно купить и подобрать по размеру прям в магазине. 
В золотнике из за большого отверстия нужно поставить два таких подшипника. Это нужно, что бы они могли полностью перекрыть проход в основной цилиндр. 
Я просто их зажал гайкой на болт. Но для герметичности можно с каждой стороны проложить шайбы по нужному диаметру. для закрепления к доске я использовал крепление хомут с гайкой. Так же продаётся в хозмаге. 
Ещё одной прелестью данной конструкции является такой момент - основной цилиндр можно заменить на любой размер используя переходники на трубы большего диаметра, продающиеся в тех же хозяйственных магазинах. Видео по сборке есть, но пока не имею прав на его публикацию тут. Так что буду просто отвечать на все возникшие у вас вопросы лично. А как появятся права на размещение видео сразу же выложу. 
Надеюсь вы поможете мне улучшить эту конструкцию добавив движку больше мощности. Планирую сделать на её основе радиальный трёх или пяти цилиндровый двигатель и поставить его на колеса. Принцип работы более чем понятен остается только генерировать идеи)
www.chipmaker.ru
Доброго времени суток читатели рубрики Как это работает! Сегодня мы постараемся с вами разобраться как работает паровой двигатель (смотри Историю изобретения парового двигателя). Для того чтобы понять принцип его работы, представим закипевший чайник из которого наружу вырывается пар. Даже если мы заткнем носик чайника пробкой, а потом плотно закроем крышку, то пробка все равно вылетит. В паровом двигателе как раз и используется данное свойство пара.
Паровой двигатель напоминает чайник с крышкой, которая поднимается и опускается, оставаясь на месте. Многие инженеры пытались создать паровой двигатель, но не могли разрешить определенные проблемы. В некоторых случаях пар находился под слишком высоким давлением, чтобы совершать работу, что приводило к взрыву котлов. В других случаях на подогрев воды затрачивалось слишком много топлива и т.д.
Первому решить эти проблемы удалось Джеймсу Уатту. Он изобрел паровой двигатель, в котором сила выделяющегося пара подавалась непосредственно на поршень во время его хода. В созданном им двигателе поршень поднимался в цилиндре под давлением пара, а затем под действием силы тяжести опускался в исходное положение. Такой двигатель получил название – двигателя одностороннего действия. Позже Уатт изобрел дополнительную часть двигателя — конденсатор. Это была полая емкость, которая соединялась с цилиндром трубами и клапанами. Пар поступал в нее и конденсировался снова в воду, что уменьшало затраты воды.
И третье усовершенствование, внедренное Уаттом, сводится к тому, что он нашел способ для движения поршня таким образом, чтобы пар толкал его то в одну, то в другую стороны. В этом случае поршень совершает под действием пара полезную работу, двигаясь и вверх, и вниз. Паровой двигатель с таким принципом работы называли — двигателем двойного действия.
А теперь, для лучшего понимания принципа работы парового двигателя, предлагаем посмотреть следующее видео.
[youtube]73txXT21aZU[/youtube]
Как, вы еще не читали? Ну, это зря…
izobretaika.in.ua
Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.
Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами, электромоторами и атомными реакторами, КПД которых выше.
Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины они могут использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.
Схема паровой машины: 1 — поршень; 2 — шатун; 3 — коленчатый вал; 4 — маховик.
Две с половиной тысячи лет назад, т.е. в III веке до нашей эры греческий ученый математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Ее описания были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого Леонардо да Винчи. Как она стреляла? Один конец ствола сильно нагревали на огне, затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Сам Леонардо да Винчи задумывался над тем, как использовать внутреннюю энергию пара. На одном из его рисунков изображен цилиндр с поршнем. В нем находится вода, которая подогревается. В результате нагрева пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, ищет выход и толкает поршень. Во время движения вверх поршень совершает работу. Чтобы поршень возвратился назад, цилиндр обливали холодной водой – пар конденсировался и тяжелый поршень опускался вниз. Это был первый паровой двигатель, но он не получил распространения.
Попытки построить паровые двигатели предпринимались многими изобретателями, но самой удачной была машина, построенная англичанином Т.Ньюкоменом в 1711 году.
В конце XVIII в. в России на Алтае работал гениальный русский изобретатель Иван Ползунов. Он значительно усовершенствовал паровую машину. Ему принадлежит честь создания проекта первого универсального парового двигателя – паровой машины – она приводила в действие воздуходувные меха, нагнетающие воздух в плавильные печи. Но она проработала 43 часа и встала навсегда (котел дал течь, кожа, которой были обтянуты поршни, истерлась). Об этой машине вскоре забыли. Восстановить свое детище Иван Ползунов не мог, так как машина была пущена в работу уже после смерти изобретателя (1765г.). Он умер в возрасте 38 лет.
Создателем универсального парового двигателя, который получил большое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он построил двигатель, который годился для любой машины и их стали ставить на машины, корабли, паровозы. Но к.п.д. паровой машины не превышали 15-20%.
Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом: стационарные машины, паровой молот, транспортные машины
Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них: пароход, сухопутные транспортные средства (паровой автомобиль, паровоз, локомобиль, паровой трактор, паровой экскаватор, и даже паровой самолёт).
В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.
Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия.
Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 - 42 %.
Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.
Двигатель внутреннего сгорания
Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают вытеснять двигатели внутреннего сгорания. Прообразом первого двигателя внутреннего сгорания могут служить такие виды оружия как пушка, ружья, используемые с давних времен. В их ствол засыпали порох, клали ядро или патрон и поджигали порох. Пушка или ружье стреляли. Еще в конце XVII – начале XVIII в. Дени Папен придумал устройство, в котором под поршень цилиндра надо было насыпать порох и поджечь его. Образовавшиеся газы должны были, расширяясь поднять поршень. Затем цилиндр нужно было облить водой и поршень должен был опуститься вниз под действием собственной силы тяжести. Такова была идея, но при первом же испытании машина была разрушена взрывом. На создание новой машины у изобретателя не было денег. Это был прообраз современного двигателя внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания пригодный к использованию был изобретен французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель был похож на паровую машину, но в цилиндр поступал не пар, а горючая смесь, поджигаемая свечой.
Но к.п.д. двигателя Ленуара был всего 3-5%. Немецкий механик – самоучка Николай Отто в 1878 году создал первый двигатель, работавший по четырехтактному циклу и имеющий к.п.д.22%.
Двигатель состоит из цилиндра, в котором, перемешается поршень, соединенный посредством шатуна, с коленчатым валом. На валу укреплен тяжелый маховик, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.
В верхней части цилиндра имеется клапаны, которые открываются и закрываются механически при помощи распределительного вала, свеча.
Сгорание топлива происходит внутри двигателя. Двигатель работает на жидком топливе. Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов):
Как бензиновый ДВС, так и дизель выбрасывают в атмосферу весьма горячие газы (около 500—600 °С). Это снижает их КПД: у бензиновых двигателей он равен 20—25%, у дизеля — 30—36%.
При всех достоинствах ДВС, широкое их применение заметно влияет на экологическое состояние, особенно в крупных городах, поэтому работы по улучшению экологичности ДВС ведутся непрерывно
Паровая турбина
В 1629 году итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила название активной турбины.
Схема простейшей турбины изображена на рисунке
На вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закрепелены лопатки 2. Около лопаток раположены трубы – сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.
В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последователньо проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть совей энергии. Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания газа.
Но турбостроение по существу началось только с конца XIX в., когда стала ощущаться нужда в быстроходном двигателе. В 1883 году шведский инженер Лаваль получил патент на активную паровую турбину. У первых паровых турбин был существенный недостаток: из-за огромной скорости струи пара скорость вращения турбины была излишне велика. Уменьшить скорость вращения турбины смогли, укрепив на диске не один ряд лопаток, а больше и применив несколько ступеней давления.
Паровая турбина имеет ряд достоинств: ее к.п.д. достигает 40%, если велики давление и температура пара; вал паровой машины вращается плавно и равномерно; турбина занимает мало места; вода, получаемая при конденсации отработанного пара, очень чиста, что весьма важно для питания паровых котлов.
В настоящее время паровые турбины являются почти единственным тепловым двигателем на мощных тепловых электростанциях, служат основным двигателем на крупных судах, турбины средних размеров и даже небольших мощностей применяют для привода насосов, воздуходувок и пр. Газовые турбины устанавливаются на мощных грузовых машинах типа БелАЗ.
nenuda.ru
Тепловые двигатели
Машины, производящие механическую работу в результате обмена теплотой с окружающими телами, называются тепловыми двигателями. Во всех типах таких двигателей непрерывное или периодически повторяющееся получение работы возможно только в том случае, когда совершающая работу машина не только получает тепло от какого-то тела (нагревателя), но и отдает часть тепла другому телу (охладителю).
На рисунке, выполненном неизвестным художником согласно указаниям Исаака Ньютона(1642-1727), показано устройство упрощенного экипажа, использующего для движения реактивную силу струи пара.
Паровые двигатели
В середине XVII века были сделаны первые попытки перехода к машинному производству, потребовавшие создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и пр.). Первым двигателем, в котором использовалось тепловая энергия химического топлива стала пароатмосферная машина, изготовленная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери. Эта машина была лишена возможности непосредственно служить механическим приводом, к ней «прилагалось в комплект» водяное мельничное колесо (по-современному говоря, водяная турбина), которое вращала вода, выжимаемая паром из котла паровой машины в резервуар водонапорной башни. Котел то подогревался паром, то охлаждался водой: машина действовала периодически.
Принцип работы парового двигателя
Настоящая паровая машина работает вот как: вода в закрытом котле доводится до кипения. Пар может выйти только через отверстие, которое ведет в специальную трубу.
В этой трубе, которая называется цилиндром, находится подвижный поршень. Пар давит на поршень, и тот двигает шатун, который крутит маховик.
После того как пар выполнит эту работу, он выходит через клапан и попадает в систему трубок.
Мощные паровые машины, естественно, имеют чрезвычайно сложную конструкцию.
Принцип действия парового двигателя
Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения.
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 двигателей
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 и компаунд-машины. Особую группу составляют прямоточные паровые машины, в которых выпуск пара из полости цилиндра осуществляется кромкой поршня.
Паровой двигатель
Это двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Т.о. создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются поршневые двигатели. В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора.
Паровые двигатели, такие как раньше использовались в локомотивах, работают на производимом при нагревании воды паре. Угольная или дровяная топка (1) нагревает котел, напол-ненный водой (2), который производит пар. Пар поднимается и через сухопарник(3) выталкивается через трубы в цилиндр (4), где он вызывает обратное движение поршня (5). Связанный с поршнем рычаг (6) это золотниковый клапан (7), который сначала позволяет пару попасть в цилиндр (как показано), закрывая выпускное окно (8). Это создает давление, которое двигает поршень вперед и приводит к тому, что золотниковый клапан становится в такое положение, когда выпускное окно открывается и пар выходит наружу. Движение колес заставляет поршень двигаться назад, и все начинается снова.
Видеорегистратор DOD F900LHD Говорящий хомяк Woody O'Time Фирменные наушники Beats Зеленая лазерная указка
НА ГЛАВНУЮ
doc-suvorov.narod.ru
Изобретение предназначено для получения механической энергии путем сжигания любого топлива в испарительных камерах парового двигателя. Паровой двигатель отличается от машины Уатта отсутствием громоздкого парового котла. Его заменяют две нагреваемые камеры с клапанами, соединенные патрубками с двумя частями цилиндра, разделенными поршнем со штоком. Большим достоинством двигателя является простота конструкции. При этом, если температура камер будет высокой (например, 1000 К), то коэффициент полезного действия такого двигателя может быть близок к коэффициенту двигателя внутреннего сгорания. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к паровым двигателям.
Известен двигатель внешнего сгорания, содержащий цилиндр с внешним подводом тепла, поршень со штоком, поршень-вытеснитель и регенератор газа [1] . В качестве рабочего вещества (рабочего тела, в цилиндре может быть использован какой-либо газ (воздух, гелий, водород и др.), который перегоняют через регенератор из одной части цилиндра в другую. Недостатком этого устройства является сложность, вследствие чего двигатель не нашел широкого применения. Известен паровой двигатель Уатта [2], содержащий цилиндр, разделенный на две части поршнем со штоком. В каждую часть цилиндра периодически подают перегретый пар и в то же время из другой части цилиндра отработанный пар выпускают в конденсатор или наружу. В качестве рабочего тела при работе двигателя обычно используют водяной пар. Недостатком этого устройства является необходимость иметь дорогое, громоздкое и сложное устройство - паровой котел, вследствие чего этот двигатель, ранее широко использовавшийся, в настоящее время почти не применяется. Дополнительным недостатком Уатта является низкий коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, которые в настоящее время используют вместо парового двигателя. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является паровой двигатель [3], содержащий рабочий цилиндр, разделенный поршнем на две части, и соединенные с частями цилиндра соответственно две испарительные камеры с клапанами для впуска пара в части цилиндра и расположенные на двух частях цилиндра клапаны для выпуска отработанного пара. Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции при одновременном повышении коэффициента полезного действия. Это достигается благодаря тому, что каждая часть цилиндра соединена с отдельной испарительной камерой длинными (2-5 м) патрубками и камеры вынесены в отдельное помещение или размещены на другой части агрегата, приводимого в движение двигателем. Устройство отличается тем, что испарительные камеры нагревают горячими газами, отходящими от высокотемпературных агрегатов или горячими подземными водами. Устройство отличается тем, что, с целью реализации замкнутого кругооборота испаряемой рабочей жидкости, патрубки для отвода отработанного пара соединены с конденсатором, соединенным с емкостью, из которой испаряемая жидкость поступает в испарительные камеры. Устройство отличается тем, что при работе с замкнутым кругооборотом испаряемой жидкости в качестве рабочей жидкости кроме воды используют фреоны, метиловый или этиловый спирты и другие легкоиспаряемые жидкости или легкосжижаемые газы (углекислый газ и др.). Сущность изобретения состоит в том, что в разогретую камеру через клапан впрыскивают порцию легкоиспаряемой жидкости (например, воды). Образовавшийся пар по патрубкам поступает в рабочий цилиндр и совершает работу, перемещая поршень со штоком, одновременно вытесняя отработанный пар из другой части цилиндра. Подавая пар поочередно то из одной камеры, то из другой в разные части цилиндра, вызывают возвратно-поступательное движение поршня со штоком, как и в паровой машине Уатта. Предлагаемый паровой двигатель не требует специального громоздкого парового котла. Так как камеры могут быть нагреты до температуры 1000 K и выше, получаемый в них пар будет иметь значительно более высокую температуру, чем используемый в паровой машине Уатта, и коэффициент полезного действия двигателя будет близок к коэффициенту двигателя внутреннего сгорания. На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства двигателя в продольном разрезе. На фиг. 2 изображена схема реализации замкнутого кругооборота рабочей испаряемой жидкости. На фиг. 3 изображен наиболее простой вариант двигателя, в котором роль впускных и выпускных клапанов играют краны, открываемые и закрываемые штоком двигателя через систему шарнирно соединенных стержней. Двигатель состоит из рабочего цилиндра 1, в котором расположен поршень 2 со штоком 3, пропущенным через уплотнение 4. Патрубками 5 рабочий цилиндр 1 соединен с постоянно нагреваемыми во время работы испарительными камерами 6, нагрев которых осуществляют продуктами горения топлива и, в частности, газовыми горелками 7 или форсунками для жидкого или пылевидного твердого топлива. К каждой камере присоединен длинный патрубок (2-5 м) 8 с клапаном 9 для впуска порции испаряемой жидкости. Камеры вынесены в отдельное помещение или размещены на другой части агрегата, приводимого в движение двигателем. Клапан 9 может иметь специальное охлаждение, которое на фиг. 1 и 3 не показано. К концам рабочего цилиндра 1 присоединены патрубки 10 с клапанами 11 для выпуска отработанного пара из цилиндра. Клапаны 11 также могут иметь специальное охлаждение. В простейшем случае клапаны 9 и 11 могут быть выполнены в виде кранов 9 и 11 (фиг. 3), рукоятки которых 12, 13 с помощью системы шарнирно соединенных стержней 14 и 15 присоединены к штоку 3 (фиг. 3). Для впуска первой порции испаряемой жидкости во время запуска двигателя на каждой камере выполнены патрубки 16 с кранами 17, открываемыми и закрываемыми вручную с помощью рукоятки 18. Для реализации замкнутого кругооборота испаряемой жидкости патрубки 10 для выпуска из цилиндра отработанного пара соединены с конденсатором 19 (фиг. 2), из которого по трубе 20 сконцентрированная жидкость поступает в емкость-бак 21, соединенный с камерами 6 патрубками 8. Работа двигателя осуществляется следующим образом. С помощью крана 17 через патрубок 16 (фиг. 3) в одну из камер подают порцию испаряемой рабочей жидкости. Далее кран 17 закрывают и образовавшийся в камере 6 пар поступает в одну из частей цилиндра 1 через патрубок 5 и смещает поршень 2 со штоком 3 в крайнее левое или крайнее правое положение (фиг. 1). Запуск двигателя может быть осуществлен также механически перемещением поршня со штоком в крайнее левое или правое положение или с помощью стартера, как в двигателях внутреннего сгорания. С помощью устройств, используемых в двигателях внутреннего сгорания или с помощью передачи, показанной на фиг. 3, на короткое время открывают клапан 9 или кран 9 (фиг. 3) и подают порцию испаряемой жидкости в разогретую камеру, которая патрубком 5 соединена с той частью рабочего цилиндра 1, в которой в данное время расположен поршень 2. Одновременно открывается клапан 11 или кран 11 (фиг. 3) для выпуска через патрубок 10 отработанного пара из второй части цилиндра 1. По патрубку 10 пар поступает в конденсатор 19, откуда жидкость по трубе 20 поступает в емкость-бак 21 и далее по патрубкам 8 через клапан 9 поступает то в одну, то в другую камеру. Образующийся в камерах 6 пар вызывает возвратно-поступательное движение поршня со штоком, которое известными устройствами преобразуют во вращательное движение [2]. Ход поршня в рабочем цилиндре 1 определяется расстоянием между патрубками 5, фиг. 1. В целом работа предлагаемого двигателя подобна работе паровой машины Уатта. В режиме непрерывной работы двигателя температура рабочего цилиндра 1 и патрубков 5 и 10 должна быть выше, чем температура конденсации рабочей жидкости. Достоинством предлагаемого двигателя является отсутствие громадного парового котла. Его заменяют малогабаритные камеры 6. Эти камеры могут быть нагреты до температуры 1000 K и выше, благодаря чему обеспечивается коэффициент полезного действия значительно более высокий, чем в паровой машине Уатта. Коэффициент полезного действия будет близок к коэффициенту полезного действия двигателя внутреннего сгорания. Двигатель имеет довольно простую конструкцию. Крупным достоинством двигателя является то, что он может работать на любом топливе. Камеры 6 можно расположить даже в дымоходе, по которому идут горячие газы. Благодаря этому двигатель может утилизировать энергию тепловых отходов в виде горячих газов, отходящих от различных высокотемпературных агрегатов: металлургических печей, котельных топок, печей для отопления индивидуальных домов. Двигатель может быть изготовлен в любой механической мастерской. Предложенный двигатель может заменить двигатель внутреннего сгорания во многих районах, где имеется дефицит жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания. Например, он может широко использоваться в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока, где в избытке имеются дрова, уголь или сырая нефть, но имеется недостаток бензина или дизельного топлива. Сжигание жидкого топлива в предлагаемом двигателе может быть осуществлено полнее, чем в двигателях внутреннего сгорания, и потому он будет меньше загрязнять воздух окружающей среды окисью углерода и углеводородами. В качестве рабочей жидкости могут быть использованы легкосжигаемые газы, например углекислый газ и др. Если в качестве рабочей жидкости использовать в двигателе фреоны, метиловый или этиловый спирты, этиловый эфир и другие легкоиспаряемые жидкости, то двигатель можно применять для утилизации энергии горячих подземных вод, которые будут разогревать камеры 6 двигателя. Можно даже получать энергию, используя разность температуры воды на поверхности океана и в его глубине. В целом применение предлагаемого двигателя даст большой экономический эффект, но количество его в настоящее время оценить трудно.Формула изобретения
1. Паровой двигатель, содержащий рабочий цилиндр, разделенный поршнем со штоком на две части, соединенные с частями цилиндра, соответственно две испарительные камеры с клапанами для впуска пара в части цилиндра и расположенные на двух частях цилиндра клапаны для выпуска отработанного пара, отличающийся тем, что каждая часть цилиндра соединена с отдельной испарительной камерой длинными (2 - 5 м) патрубками, и камеры вынесены в отдельное помещение или размещены на другой части агрегата, приводимого в движение двигателем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испарительные камеры нагревают горячими газами-отходами высокотемпературных установок или горячими геотермальными водами. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что при реализации замкнутого кругооборота испаряемой рабочей жидкости патрубки для отвода отработанного пара соединены с конденсатором, соединенным с емкостью, из которой испаряемая жидкость поступает в испарительные камеры. 4. Устройство по пп.1 - 3, отличающееся тем, что при работе с замкнутым кругооборотом испаряемой жидкости в качестве рабочей жидкости кроме воды используют фреоны, метиловый или этиловый спирты и другие легкоиспаряемые жидкости или легкоожижаемые газы (углекислый газ и др.).РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
