Oprettelse af den første dampmotor. Historien bag opfindelsen af dampmotorer. Oprettelse af en dampmotor.
Artikel offentliggjort den 20-05-2014 05:36 Sidst redigeret den 19-05-2014 05:58På historien om dampmotorens udvikling, beskrevet i tilstrækkelig detaljer i denne artikel. Umiddelbart - de mest berømte løsninger og opfindelser siden 1672-1891.
Den første udvikling.
Lad os starte med det faktum, at damp allerede i begyndelsen af det syttende århundrede blev betragtet som et middel til at køre, alle former for eksperimenter blev udført med det, og kun i 1643 af Evangelis Torricelli blev kraftpåvirkning af damptryk opdaget. Efter 47 år designede Christian Huygens den første kraftmaskine, som blev aktiveret af eksplosionen af krybdyr i en cylinder. Det var den første prototype af en forbrændingsmotor. Abbot Otfei vandindtag maskine er arrangeret på et lignende princip. Snart besluttede Denis Papin at erstatte eksplosionsstyrken med en mindre kraftig dampkraft. I 1690 blev det bygget første dampmotor, også kendt som dampkedel.
Det bestod af et stempel, som ved hjælp af kogende vand flyttede opad i cylinderen og på grund af den efterfølgende køling faldt den igen - sådan var kraften skabt. Hele processen fandt sted på følgende måde: en komfur blev anbragt under cylinderen, som samtidig fungerede som kedel; Når stempelet er i den øvre position, blev ovnen flyttet væk for at lette afkøling.
Senere forbedrede to englændere, Thomas Newcomen og Cowley, en smed og en anden glasur, systemet ved at adskille kedlen og cylinderen og tilsætte en koldtank. Dette system blev betjent med ventiler eller vandhaner - en til damp og en til vand, som igen åbnede og lukkede. Derefter genopbyggede englænderen Beyton ventilstyringen i en virkelig takt.
Brug af dampmotorer i praksis.
Newcomens bil blev snart kendt overalt og blev især forbedret ved systemet med dobbelt handling udviklet af James Watt i 1765. nu dampmotor viste sig at være tilstrækkeligt komplet til brug i køretøjer, men på grund af dens størrelse var det bedre egnet til stationære installationer. Watt foreslog sine opfindelser i industrien; Han byggede også maskiner til tekstilfabrikker.
Den første dampmotor, der blev brugt som et køretøj, blev opfundet af franskmanden Nicolas Joseph Cuño, en ingeniør og militær amatør strateg. I 1763 eller 1765 skabte han en bil, der kunne bære fire passagerer med en gennemsnitlig hastighed på 3,5 og en maksimal hastighed på 9,5 km / t. Det første forsøg blev fulgt af det andet - en bil syntes at transportere pistolerne. Det blev naturligvis af militæret afprøvet, men på grund af umuligheden af kontinuerlig drift (kontinuerlig driftscyklus for den nye maskine ikke oversteg 15 minutter), fik opfinderen ikke støtte fra myndigheder og finansiere. I mellemtiden blev en dampmotor forbedret i England. Efter flere mislykkede forsøg fra Moore, William Murdoch og William Symington, baseret på Watt-maskine, optrådte Richard Trevisiks jernbanekøretøj, bestilt af den walisiske kulminde. En aktiv opfinder kom til verden: fra underjordsminer klatrede han til jorden og i 1802 introducerede en kraftig personbil til menneskeheden og nåede en hastighed på 15 km / t på niveau og 6 km / t i stigningen.
Forhåndsvisning - klik forøgelse.
Færge-drevne køretøjer blev i stigende grad brugt i USA: i 1790 overraskede Nathan Reed Philadelphia-beboere med hans dampbil model. Men hans landsmand Oliver Evans, der fjorten år senere opfandt et amfibisk køretøj, blev endnu mere berømt. Efter de napoleoniske krige, hvor "automobilforsøg" ikke blev udført, begyndte arbejdet igen opfindelse og forbedring af dampmotoren. I 1821 kunne det betragtes som perfekt og ret pålideligt. Siden da har hvert skridt fremad inden for dampdrevne køretøjer helt sikkert bidraget til udviklingen af fremtidige biler.
I 1825 arrangerede Sir Goldsworth Garni på en strækning på 171 km fra London til Bath, den første passagerlinie. Samtidig brugte han sin patenterede vogn, som havde en dampmotor. Dette var begyndelsen på æra med hurtige vejbesætninger, som dog forsvandt i England, men blev udbredt i Italien og Frankrig. Sådanne køretøjer nået deres højeste udvikling med udseendet i 1873 af Revererans Amede Balle med en vægt på 4.500 kg og Mansel - mere kompakt, vejer lidt over 2.500 kg og nåede en hastighed på 35 km / t. Begge var harbingers af præstationsteknikken, som blev karakteristisk for de første "rigtige" biler. Trods den store hastighed dampmotor effektivitet var meget lille. Bolle var den, der patenterede det første velfungerende styresystem, han arrangerede så vel kontrol- og kontrolelementerne, som vi ser det i dag på instrumentbrættet.
Forhåndsvisning - klik forøgelse.
På trods af de enorme fremskridt med at skabe en forbrændingsmotor leverede dampkraft stadig en mere jævn og jævn drift af maskinen og havde derfor mange tilhængere. Som Bolle, der byggede andre lette køretøjer, som Rapide i 1881 med en hastighed på 60 km / t, Nouvelle i 1873, som havde en foraksel med uafhængig hjulophæng, lancerede Leon Chevrolet flere biler mellem 1887 og 1907 med en lys og kompakt dampgenerator, patenteret af ham i 1889. De Dion-Bouton, der blev grundlagt i Paris i 1883, producerede dampmotorer i de første ti år af sin eksistens og opnåede stor succes med sine biler, der vandt Paris-Rouen-race i 1894.
Forhåndsvisning - klik forøgelse.
Panhard et Levassors succes med brugen af benzin førte imidlertid til, at De Dion skiftede til forbrændingsmotorer. Da Bolle-brødrene begyndte at styre deres fars virksomhed, gjorde de det samme. Derefter genopbyggede Chevrolet sin produktion. Biler med dampmotorer forsvandt hurtigere og hurtigere fra horisonten, selv om de blev brugt i USA før 1930. I dette øjeblik ophørte produktionen. opfindelsen af dampmotorer
Steammotorens princip
Soderzhanie
abstrakt
1. Teoretisk del
1.1 Tidskæde
1.2 dampmotor
1.2.1 Dampkedel
1.2.2 Dampturbiner
1.3 Dampmaskiner
1.3.1 Første dampskibe
2. Praktisk del
2.1 Opførelse af mekanismen
2.3 Spørgsmål
konklusion
ansøgning
dampmotor gavnlig virkning
abstrakt
Dette videnskabelige arbejde består af 32 ark. Det indeholder en teoretisk del, en praktisk del, en ansøgning og konklusion. I den teoretiske del lærer du om princippet om drift af dampmotorer og mekanismer, deres historie og deres anvendelse i livet. Den praktiske del beskriver detaljeret designprocessen og afprøvning af dampmekanismen derhjemme. Dette videnskabelige arbejde kan tjene som et levende eksempel på arbejde og brug af energi.
introduktion
Verden er underkastet enhver naturens lunger, hvor maskiner er drevet af muskelkraft eller kraften i vandhjul og vindmøller - det var teknologien før man skabte en dampmaskine. Selv i oldtiden bemærkede folk, at en vanddamp strømmede fra et fartøj på ilden kan man fjerne en forhindring (for eksempel et ark papir), der er i sin vej. Det fik en person til at tænke på, hvordan damp kan bruges som arbejdsgruppe. Som følge heraf viste man efter mange forsøg en dampmotor og forestiller planter med røgrør, dampmotorer og turbiner, damplokomotiver og dampbåde - hele den komplekse og magtfulde verden af dampteknologi skabt af mennesker. Dampmotoren var næsten den eneste universelle motor og spillede en stor rolle i menneskehedens udvikling. Dampmotoren var drivkraften for den videre udvikling af køretøjer. I hundrede år var det den eneste industrielle motor, hvis alsidighed tillod det at blive brugt i virksomheder, jernbaner og flåden. Opfindelsen af dampmotoren er en stor ryge, der stod ved to omgangers omgang. Og gennem århundrederne føltes betydningen af denne opfindelse endnu skarpere.
hypotese:
Er det muligt at bygge med dine egne hænder den enkleste mekanisme, der fungerede for et par.
Formål: At opbygge en mekanisme, der er i stand til at flytte et par.
Opgaven med studiet:
1. At studere den videnskabelige litteratur.
2. Design og bygg en simpel mekanisme, der fungerede for et par.
3. Overvej muligheden for at øge effektiviteten i fremtiden.
Dette videnskabelige arbejde vil fungere som en manual i fysikundervisning for gymnasiet og for dem, der er interesseret i dette emne.
1. T eo r e tic del
En dampmotor er en termisk stempelmotor, i hvilken den potentielle energi af vanddamp, der kommer fra en dampkedel, omdannes til mekanisk arbejde ved bevægelse af et stempel eller en rotationsbevægelse af en aksel.
Damp er et af de fælles kølemidler i termiske systemer med en opvarmet væske eller gasformig arbejdsfluid sammen med vand og termiske olier. Vanddamp har en række fordele, blandt hvilke er enkelhed og fleksibilitet i brug, lav toksicitet, muligheden for at bringe en betydelig mængde energi til processen. Den kan bruges i en række systemer, der involverer kølemiddelets direkte kontakt med forskellige udstyr, der effektivt hjælper med til at reducere energikostnaderne, reducere emissioner, hurtig tilbagebetaling.
Lov om bevarelse af energi er en grundlæggende naturlov etableret empirisk, og at energien i et isoleret (lukket) fysisk system bevares over tid. Med andre ord, energi kan ikke opstå fra intet og kan ikke forsvinde i ingenting, det kan kun flytte fra en form til en anden. Fra det grundlæggende synspunkt er lovens energibesparelse ifølge Noether-sætningen en konsekvens af tidens ensartethed og er i denne forstand universel, det vil sige iboende systemer af meget forskellig fysisk karakter.
1.1 Tidskæde
4000 år f.Kr. e. - manden opfandt hjulet.
3000 år f.Kr. e. - De første veje optrådte i det gamle Rom.
2000 år f.Kr. e. - hjulet er blevet mere kendt for os. Han havde et nav, en kant og eger, der forbinder dem.
1700 f.Kr. e. - der var første veje brolagt med træstænger.
312 f.Kr. e. - i det gamle Rom, bygget den første vej med en stenoverflade. Mørkets tykkelse nåede en meter.
1405 - de første fjederhestevogne viste sig.
1510 - hestevogn købt en krop med vægge og et tag. Passagererne var i stand til at beskytte sig mod vejret under rejsen.
1526 - Tyskforsker og kunstner Albrecht Dürer udviklede et interessant projekt af en "horseless carriage" drevet af folkens muskulære styrke. Folk, der gik på besætningens side, drejede specielle håndtag. Denne rotation blev transmitteret af orm gearet til besætningens hjul. Desværre blev vognen ikke lavet.
1600 - Simon Stevin byggede en yacht på hjul, der bevægede sig under vindens kraft. Hun blev den første design horseless vogne.
1610 - vogne har gennemgået to betydelige forbedringer. For det første blev de upålidelige og for bløde stropper, der rockede passagererne under rejsen, erstattet med stålfjedre. For det andet blev hesteselen forbedret. Nu hestede hesten ikke vognen med sin hals, men med brystet.
1649 - bestod de første test på brugen som en drivkraft fra foråret, som tidligere blev snoet af manden. Den forårsdrevne vogn blev bygget af Johann Hauch i Nürnberg. Historikere tvivler imidlertid på disse oplysninger, fordi der er en version, at i stedet for en stor forår inde i vognen var der en mand, der satte mekanismen i gang.
1680 - de første prøver af offentlig transport blev offentliggjort i store byer.
1690 - Stephan Farffler fra Nürnberg skabte en trehjulet vogn bevæger sig med to håndtag, drejet med hånden. Takket være dette drev kunne vognens designer flytte fra sted til sted uden hjælp af benene.
1698 - Engelskman Thomas Severi bygget den første dampkedel.
1741 - Russisk selvlært mekaniker Leonty Lukyanovich Shamshurenkov sendte til provinsen Nizhny Novgorod "Donoshenie" med en beskrivelse af "selvløbende vogn".
1769 - Fransk opfinder Cuño byggede verdens første dampbil.
1784 - James Watt skabte den første dampmotor.
1791 - Ivan Kulibin designet en trehjulet selvkørende vogn, der kunne holde to passagerer. Drevet blev udført ved hjælp af pedalmekanismen.
1794 - Kyuno-dampmotoren blev sat i "opbevaring af maskiner, værktøjer, modeller, tegninger og beskrivelser af alle typer kunst og kunsthåndværk" som en regelmæssig mekanisk mirakel.
1800 - der er en opfattelse af, at dette var året, den første cykel i verden blev bygget i Rusland. Dens forfatter var en serf Efim Artamonov.
1808 - den første franske cykel dukkede op på gaderne i paris. Det var lavet af træ og bestod af en tværstang, der forbinder de to hjul. I modsætning til den moderne cykel havde den ikke et ratt og pedaler.
1810 - Vognindustrien begyndte at dukke op i Amerika og Europas lande. I store byer blev hele gader og jævne kvarterer befolket af carriagemakers optrådt.
1816 - tyske opfinder Karl Friedrich Dreys bygget en bil, der ligner en moderne cykel. Næppe opført på byens gader fik hun navnet på en "løbende maskine", da ejerne skubbede med fødderne rent faktisk løb langs jorden.
1834 - i Paris blev der udført prøver af et sejlbesætning designet af M. Hacket. Denne besætning havde en masthøjde på 12 m.
1868 - det antages, at frankmannen Erne Michaud i år skabte prototypen for en moderne motorcykel.
1871 - Fransk opfinder Louis Perrot udviklede en dampmotor til en cykel.
1874. - En damphjulstraktor blev bygget i Rusland. Den engelske bil "Evelyn Porter" blev brugt som prototype.
1875. - i Paris var der en demonstration af den første dampmotor Amadeus Bdlli.
1884 - American Louis Copland byggede en motorcykel, hvor en dampmotor blev monteret over forhjulet. Dette design kunne accelerere til 18 km / t.
1901. - En bilfabrik i Moskva Duks cykelfabrik blev bygget i Rusland.
1902. - Leon Serpolle på en af hans dampvogne satte en verdenshastighedsrekord - 120 km / t.
Et år senere satte han en ny rekord - 144 km / t.
1905 - American F. Marriott på en dampbil overskred hastigheden på 200 km
1.2 damp motor
Dampdrevet motor. Damp produceret af varmevand anvendes til bevægelse. I nogle motorer forårsager dampens kraft stemplerne i cylindrene til at bevæge sig. Dette skaber en gengældende bevægelse. En tilsluttet mekanisme konverterer det normalt til rotationsbevægelse. I lokomotiver (lokomotiver) anvendes stempelmotorer. Dampturbiner anvendes også som motorer, som giver direkte rotationsbevægelse og roterer et antal hjul med knive. Dampturbiner kraftgeneratorer af kraftværker og propeller af skibe. I enhver dampmotor omdannes varmen fra opvarmning af vand i en dampkedel (kedel) til bevægelsesenergi. Varme kan leveres fra forbrænding af brændstof i en ovn eller fra en atomreaktor. Den allerførste i dampmotors historie var en slags pumpe, med hvilken den blev pumpet ud af vandet, der oversvømmede minen. Han opfandt det i 1689 af Thomas Savey. I denne maskine, ganske simpelt i design, dampkondenserede, der blev til en lille mængde vand, og på grund af dette blev der skabt et partielt vakuum, takket være hvilket vand der blev suget ud af akslen. I 1712 opfandt Thomas Newcomen en dampdrevet stempelpumpe. I 1760'erne James Watt forbedrede Newcomen design og skabte meget mere effektive dampmotorer. Snart begyndte de at blive brugt i fabrikker til at køre værktøjsmaskiner. I 1884 opfandt engelske ingeniør Charles Parsone (1854-1931) den første praktiske dampturbine. Dens design var så effektive, at de snart begyndte at erstatte dampmotorerne med frem- og tilbagegående handling i kraftværker. Den mest overraskende præstation inden for dampmotorer var oprettelsen af en helt lukket, fungerende dampmotor med mikroskopiske dimensioner. Japanske forskere skabte det ved hjælp af metoder, der gør integrerede kredsløb. En lille strøm, der passerer gennem det elektriske varmeelement, omdanner en dråbe vand til damp, som bevæger stemplet. Nu skal forskere opdage, hvilke områder denne enhed kan finde praktisk anvendelse på.
Dampmotorer, som tidligere anvendt i lokomotiver, arbejder på dampen, der produceres, når vandet opvarmes. Fig. (1.) Viser en kul- eller brændeovn (1) opvarmer kedlen fyldt med vand (2), der producerer damp. Dampen stiger og skubbes gennem sugeskålen (3) gennem rørene ind i cylinderen (4), hvor det forårsager en omvendt bevægelse af stemplet (5). Den stempelforbundne håndtag (6) er en spoleventil (7), som først tillader et par at komme ind i cylinderen (som vist), lukke udløbsporten (8). Dette skaber tryk, som bevæger stemplet fremad og får spoleventilen til at blive i en position, hvor udgangsåbningen åbnes og dampen kommer ud. Hjulets bevægelse får stemplet til at bevæge sig baglæns, og alt starter igen.
1.2.1 Dampkedel
Den første dampkedel blev bygget af engelskmannen Thomas Severi i 1698. Det var en jerntank, hvorunder en brand blev bygget i ildkassen. Efter en tid, i stedet for en tank, begyndte de at bruge en lang (op til 10 m) cylinder med en diameter på ca. 1,5 m. Det var omgivet af murværk, og der blev bygget en brand under den. Overfladen vaskes af varme gasser fra sådanne kedler var meget lille. Derfor producerede de meget lidt damp, og på grund af at de varme gasser for det meste gik ind i røret var effektiviteten af en sådan kedel meget lav. Det meste af brændstoffet brændte for ingenting. I begyndelsen af det 18. århundrede. dampkedeldesign blev ændret. Varme gasser begyndte at rør, omgivet på alle sider af vand. Sådanne kedler blev kaldt "gasrør" og begyndte at blive udbredt i lokomotiver og dampbåde. I slutningen af XIX århundrede. Direkte strømkedler blev opfundet. Vandet i dem blev til damp, da det bevægede sig gennem rørene: På den ene side strømmer vand ind i rørene, og på den anden kommer damp ud.
1.2.2 Dampturbiner
En dampturbine er en række roterende diske, der er fastgjort på en enkelt akse, kaldet turbinrotoren, og en række stationære diske veksler med dem fastgjort på basen, kaldet statoren. Rotorskiverne har skovl på ydersiden, damp leveres til disse skovle og drejer skiverne. Statorskiverne har lignende blade monteret i en modsat vinkel, som tjener til at omdirigere dampstrøm til rotordiskene efter dem. Hver rotordisk og dens tilsvarende statordisk kaldes et turbine-trin. Antallet og størrelsen af trinene i hver turbine vælges på en sådan måde, at der maksimeres den anvendelige energi af dampen af den hastighed og tryk, der indføres i den. Udstødningsdamp, der forlader turbinen, kommer ind i kondensatoren. Turbiner roterer med meget høj hastighed, og derfor, når der overføres rotationen til andet udstyr, anvendes der sædvanligvis særlige reduktionsoverførsler. Derudover kan turbiner ikke ændre retningen af deres rotation, og kræver ofte yderligere reverseringsmekanismer (nogle gange anvendes yderligere trin i omvendt rotation).
Turbiner omdanner dampenergi direkte til rotation og kræver ikke yderligere mekanismer til konvertering af frem- og tilbagegående bevægelse til rotation. Derudover er turbiner mindre end gensidige maskiner og har en konstant kraft på udgangsakslen. Da turbinerne har et enklere design, kræver de normalt mindre vedligeholdelse. Hovedanvendelsen af dampturbiner er elproduktionen (ca. 86% af verdens elproduktion produceres af dampturbiner), og de bruges ofte som marinemotorer (herunder på atomskibe og ubåde). En række dampturbine lokomotiver blev også bygget, men de blev ikke udbredt og blev hurtigt kørt ud af diesel lokomotiver og elektriske lokomotiver.
1.3 Dampmaskiner
Teoretisk set var opgaven med at bygge en bil, det vil sige en vogn, der ville drive sig selv, næsten løst. Det var kun nødvendigt at bygge et besætning med en kontrolmekanisme, der drives af motoren i den. I det XVIII århundrede. Kun en dampmotor kunne være en sådan motor.
For første gang blev denne idé udtrykt af Denis Papen og Thomas Severi - forfatterne af hestekræfterenheden, men desværre kunne de ikke bekræfte deres tanker praktisk taget. Gennemførelsen af de resterende teoretiske engelske projekter af Severi og Watt blev vellykket af den franske Nicolas Joseph Cuñot. Cuño blev født i 1725 i Lorraine. Han var veluddannet og fra barndommen viste en særlig interesse for teknik. Ingeniøren var grundigt interesseret i tilpasningen af dampmotoren til at køre den "hestløse hest", han kendte grundigt Papenmaskins design og en række Watt dampmotorer. Desværre tillod de meget store dimensioner af disse strukturer ikke, at de kunne placeres på vognen. Cuño begyndte at bygge sin egen lille dampmotor. Men da de resulterende strukturer stadig var for store, blev opfinderen snart tvunget til at stoppe arbejdet, for hvilket der ikke var tilstrækkelige midler, og forsøg på at opnå yderligere midler fra regeringen gav ikke resultater.
Figuren (2.), fremstillet af en ukendt kunstner i henhold til Isaac Newtons instruktioner, viser en forenklet besætningsanordning, der bruger dampsstråle til at bevæge sig. Men i 1764, da opfinderen var klar til helt at opgive opfyldelsen af sin drøm, var han heldig. Anmodningen om et publikum med forsvarsministeren, der blev fremsat mange gange, blev givet. Ministeren ønskede naturligvis ikke at være interesseret i Cuños arbejde og projekter, men bestilte general de Gribyev, som ved meget om mekanik, at gøre sig bekendt med opfindelsen. Den generelle, en usædvanligt intelligent og intelligent mand, indså straks, hvilken form for en revolution en "mekanisk muldyr" kunne udføre i hæren som en artilleritraktor. Han støttede ideen om at bygge en prototype af Cuño maskine. Imidlertid måtte de første prøveudflugter vente fem år. De passerede med stor succes i Bruxa i nærværelse af et lille antal tilskuere. Resultatet af disse tests var tilladt at arrangere en demonstration af maskinen i Paris, som den franske forsvarsminister blev inviteret til.
Den første bil, den såkaldte lille Kyuno-vogn med sit eget navn "Fardier", udviklede en hastighed på 4,5 km / t på vejen, men kun i 12 minutter, da der ikke var nok vand eller damp til mere. Det var nødvendigt at fylde kedlen med vand og genændre en ild under den, da den første bil endda ikke havde nogen ildkasse. På trods af hans mangler lignede ministeren vognen så meget, at han straks beordrede opførelsen af et forbedret og udvidet prøve, der kunne produceres i store mængder til brug i tropper til transport af kanoner. Fig. (3.) Viser verdens første dampbil, bygget i 1769 Kyuno.
Den berømte franske opfinder Nicolas Joseph Cuñot var en af de første til at prøve at bruge en dampmotor til transportbehov. Bygget af Cugnot i 1769, er dampbesætningen i øjeblikket bevaret på Museum of Arts and Crafts i Paris, og dets image er blevet emblemet for det franske selskab for automotive ingeniører.
Efter at have stillet 20.000 franc som belønning til det første design, satte Cuñot entusiastisk ind på arbejde. I slutningen af 1770 blev der udført tests på en ny, mere kraftfuld Cuño dampbil i nærværelse af officielle militære eksperter. De gav en prisværdig konklusion, da traktoren fuldt ud opfyldte de opgaver, der var tildelt den, selvom dens hastighed ikke oversteg 4 km / h i stedet for den krævede 15. Bevægen var kontinuerlig, da kedlen havde sin egen brændeovn og ikke behøvede at tænde en ild på jorden. Desuden har Kyuno allerede fundet ud af, hvordan man kan øge hastigheden i det mindste op til hastigheden af marchen af militære søjler, så artilleriet ikke forbliver bagved. Kun i 20'erne. XIX århundrede. Efter en betydelig forbedring af vejkvaliteten begyndte dampvogne igen at blive vist i England. Over tid blev vognen med brændstof og vandforsyninger tilføjet til scenen. Dette tillod femten-minutters dampstadionbusser til at gøre omkring 700 fly og overvinde næsten 7000 km med en hastighed på 30 km / t. Regeringen indførte skatter på dampbiler. Et lovende slag for ejerne af enhver mekanisk vogn var "loven på vej lokomotiver" vedtaget af parlamentet, hvilket ødelagde den vigtigste fordel ved damptransport - hastighed, der begrænser den til 15 km / t. Parovoz er et lokomotiv med en uafhængig dampdrevet enhed (dampkedel og dampmotor) bevæger sig langs brolagt skinner. De første damplokomotiver blev bygget i Storbritannien i 1803 af R. Trevithic og i 1814 af J. Stephenson. I Rusland blev det første damplokomotiv bygget i 1833 af far og søn Cherepanovs. Figur (4.) viser et "lokomotiv", som blev bygget af Trevithik og Vivan i 1803. I 1865, da jernbanerne dækkede hoveddelen af England med deres netværk, ramte deres ejere sammen med ejere af kørestolsbrugere det endelige slag mod dampvogne. I starten af dette år skulle dampmotorer bevæge sig i en hastighed på 7 km / t i forstæder af vejen og inden for byens grænser - op til 4 km / t. Derudover skulle en speciel mand med et rødt flag løbe før den dampdrevne vogn og advare alle, at han var i fare. I England blev der i flere årtier ødelagt transporttypen, såsom dampstadiet. Lokomotiverne, der drives af samme dampmotor, fortsatte dog at rulle langs skinnerne uhindret og til deres ejere. Den vedtagne lov blev kun afslappet i 1878 og blev helt afskaffet i 1896, da titusinder af biler med benzinmotorer kørte langs Europas veje. Den første damphjulstraktor i Rusland blev bygget i 1874 ved Maltsev-fabrikken i Lyudinovo. Den engelske bil "Evelyn Porter" blev taget som prototype, men den russiske traktor var kraftigere og tyngre. Desuden var han tilpasset til arbejde på træ og ikke på kul. I alt blev der bygget syv traktorer. Som i Frankrig viste militærafdelingen stor interesse for damptraktorer i Rusland. Så snart den første rutier, erhvervet af Baron Buksgev-den, optrådte i Rusland for sin ejendom i nærheden af Riga, udførte militæret sine test. Thomson system-damptraktoren bestod i tilstrækkelig grad testene, og i 1876, efter at have testet flere modeller af rutiner, blev det besluttet at købe dem til den russiske hærs behov. Figur (5.) - Rutier er en damptraktor, der er i stand til at trække specialbiler, platforme eller trailere.
Den næste dampbil efter rederne af Maltsev-anlægget var passagerskumbilen bygget i 1901 af Moscow Duks-cykelanlægget. Med bil af denne temmelig vellykkede konstruktion, ikke kun kørslen til Krim og tilbage, men også klatre til Ai-Petri blev gennemført. Imidlertid lykkedes det ikke at vaske dampbiler i Rusland. Det sidste forsøg i denne retning var konstruktionen i slutningen af 1949 af to dampvogne NAMI-012. Testene bekræftede maskinens ydeevne og holdbarhed, mens deres køreegenskaber ikke var værre end en dieselbil. Skovbilen med NAMI-012 er vist i figuren. (6.). Den maksimale hastighed er 42 km / t. Tilførslen af brænde i bunkerne var nok til 80 km løb.
Lad os vende tilbage til Frankrig i slutningen af XIX århundrede. På dette tidspunkt oplevede dampbiler deres genfødsel. Motorerne var udstyret med parafinbrændere i stedet for kulovne, nu havde de ikke brug for kulreserver og langvarig opvarmning. Leon Serpolle (1858-1907) i sin model af dampbesætningen erstattede vandkedlen med et langt, gentagne buet rør - en serpentin. Det var en reel succes, da en sådan udskiftning gjorde det muligt at reducere mængden af anvendt vand. Derudover blev der installeret elastiske dæk på Serpolla-vognen, hvilket øger kørekomforten og en speciel mekanisme, der forbinder dampmotorens aksel og drivhjul - en gimbal. Den fik navnet fra den italienske opfinder Gerolamo Cardano og gjorde det muligt at overføre rotationen fra den fastmonterede dampmotor til hjulene på vognen, der svingede på fjedrene. I 1875 blev den første Bolly dampmotor demonstreret i Paris. Det var en dampstad coach, designet til 12 pladser, og blev kaldt "lydig". Med en samlet vægt på 5 tons forbød dampmotoren 2,5 kg kul og 14 liter vand pr. 1 km spor. Ifølge disse indikatorer formåede Bolly at overgå lignende britiske dampomnibuser 1,5-2 gange. Toglederen var foran (i henhold til disse års terminologi, lederen), og brandmand (chauffør), der tjente dampkedlen, var bagud. Den firecylindrede dampmotor (mere præcist to to-cylindret) gjorde det muligt at nå en hastighed på 40 km / t på en flad vandret vej. Hans nye model blev lavet i 80'erne. XIX århundrede. og fik navnet "New", havde endda højere satser. Omnibusens masse var 3,5 tons, med 1 kg kul og 7 liter vand kræves af den i 1 km. Ifølge sin hastighedskarakteristika kunne Bolly-bilen endda konkurrere med benzinkøretøjer, der lige havde dukket op. Hvis vi forkaster dampmotoren, så ser Bolli's vogn mere ud som en moderne bil end den første benzin "horseless carriages", officielt betragtede biler. Dens design indeholdt endda elementer som uafhængig hjulophæng og en metallegeme, som blev udbredt i biler kun i midten af 30'erne. XXV. Senere blev en dampmotor ofte brugt som en motor til lette tre- og firehjulede vogne. I Frankrig blev dette gjort af Leon Serpollet og fabrikken "De Dion-Buton og Trepardo". Brugen af en vertikal rørformet kedel af meget mindre størrelse end konventionelle, der tillader reduktion af motorens vægt, forenkling af vedligeholdelse og eliminering af faren for eksplosion. De resulterende forbedringer i små, ligesom chaisel-fire-sæders dampvogne var meget populære i begyndelsen af det XX århundrede. i Frankrig og især i USA, hvor dampbiler blev produceret inden begyndelsen af 30'erne. Men på trods af alle forbedringer blev dampbiler i anden halvdel af XIX århundrede. forblev meget ubehageligt at drive. Føreren måtte have samme viden og fingerfærdighed som togdriveren på jernbanen.
Dette førte til, at dampmaskinen var praktisk talt utilgængelig for masseforbrugeren. På trods heraf var det hun, der spillede en vigtig rolle i udviklingen af bilkøretøjer. Takket være denne bil blev den reelle mulighed for besætningens mekaniske bevægelse bevist, forskellige mekanismer i den fremtidige bil blev testet og forbedret. Siden dampbilens dage er ordet "driver" forblevet for os (den blev skrevet efter to "f"), som i fransk betyder "brandmand". Og selvom bilen længe ikke har været nogen kedel eller ildkasse, bliver den moderne chauffør ofte kaldt føreren. I begyndelsen af det XX århundrede. dampmotorer kunne nå en effekt på 15 millioner W, og deres aksels rotationshastighed var 1000 omdr./min. I en af sine sene biler indstillede Serpolla i 1902 en verdensomspændende bilhastighed - 120 km / t. Et år senere satte han en ny rekord - 144 km / t. Og to år senere, i 1905, overskred den amerikanske F. Marriott på en dampbil hastigheden 200 km / t. På 80'erne. XIX århundrede. der var biler med benzinmotorer. Deres største fordel lå i deres lave masse og hurtig opstart, selv om de ikke blev frataget en række ulemper, at dampmotorer allerede havde "helbredt".
På trods af at alle forskere og ingeniører forsøgte at redde dampmotorer, opfyldte de ikke længere moderne krav. Dampmotorer var tunge, omfangsrige, krævede en stor mængde brændstof og vand og lovede ikke en yderligere stigning i effektiviteten. I transport blev de i stigende grad erstattet af dem, der optrådte i slutningen af 1800-tallet. forbrændingsmotorer.
1.3.1 Første dampskibe
Begyndelsen af brugen af dampmotorer "på vandet" var år 1707, da den franske fysiker Denis Papin designede den første båd med en dampmotor og paddlehjul. Formentlig, efter en vellykket retssag, brækkede bådmænd det ned, bange for konkurrence. Efter 30 år opfandt englænderen Jonathan Halls damptrailen. Eksperimentet afsluttede i tilfælde af fejl: Motoren viste sig at være tung og tragten sank. I 1802 viste skot William Symington skibet Charlotte Dundas til tegning (7.) Robert Fulton. Fra 1790'erne tog Fulton problemet med at bruge damp til fremdrift af skibe. I 1809 patenterede Fulton opførelsen af "Claremont" og gik ned i historien som opfinder af dampkammeret. Aviser skrev, at mange bådmænd lukkede deres øjne i rædsel, da "Fulton Monster", bøjende ild og røg, bevægede sig langs Hudson mod vinden og strømmen. Ti eller femten år efter opfindelsen af R. Fulton pressede dampskibene alvorligt sejlskibene. I 1813 startede to dampmotorfabrikker i Pittsburgh, USA. Et år senere blev 20 dampskibe tildelt New Orleans havn, og i 1835 drev 1.200 dampere på Mississippi og dets bifloder. Riverboat USA 1810-1830gg. På fig. (8.) Ved 1815 i England på floden. Clyde (Glasgow) har allerede arbejdet 10 skibe og syv eller otte på floden. Themsen. I samme år blev den første Argyle dampskib bygget, hvilket gjorde overgangen fra Glasgow til London. I 1816 udførte skibet "Majestic" de første fly Brighton - Le Havre og Dover - Calais, hvorefter der blev åbnet regelmæssige havestrømme fra Storbritannien, Irland, Frankrig og Holland. I 1813 appellerede Fulton til den russiske regering for at give ham privilegiet til opførelsen af dampskibet opfundet af ham og hans brug på floderne i det russiske imperium. Fulton skabte dog ikke dampbåde i Rusland. Begyndelsen af det 19. århundrede og i Rusland er præget af opførelsen af de første skibe med dampmotorer. I 1815 byggede ejeren af det mekaniserede støberi i St. Petersburg, Karl Byrd, den førstehjulede damper "Elizabeth" på fig. 9. En træwatt maskine med en kapacitet på 4 liter blev installeret på træet "Tikhvinka". a. og en dampkedel, der drev sidehjulene. Bilen lavede 40 omdrejninger pr. Minut. Efter vellykkede forsøg på Neva og overførslen fra Skt. Petersborg til Kronstadt lavede damperen flyvninger på Petersburg-Kronstadt-linjen. Steameren rejste på denne måde om 5 timer og 20 minutter med en gennemsnitlig hastighed på ca. 9,3 km / t. Ved 1900-tallet var der kun en damper i Sortehavsbassinet, Vesuvius, der ikke regnede med 25 liter biisamleren .s., bygget af Kiev serfs, som to år senere blev udført gennem vandfald i Kherson, hvorfra det lavede fly til Mykolaiv. Den største sibiriske guldminer Minasnikov,. modtaget et privilegium på rederiets organisation på søen. Baikal og floderne Ob, Tobol, Irtysh, Yenisei, Lena og deres bifloder, i marts 1843. lancerede damperen "kejser nicholas i" med en kapacitet på 32 liter. med., som i 1844 blev trukket tilbage til søen Baikal. Efterfølgende blev den lagt og i 1844 afsluttet opførelsen af en anden dampkasse med en kapacitet på 50 liter. p., kaldet "Heir Tsesarevich", som også blev overført til søen. Baikal, hvor begge skibe blev brugt til transport. I 40'erne og 50'erne, 1900'erne, begyndte skibe regelmæssigt at gå langs Neva, Volga, Dnepr og andre floder. I 1850 var der omkring 100 dampbåde i Rusland.
I 1819 forlod det amerikanske sejlspostfartøj i figur (10.) - "Savannah", udstyret med en dampmotor og aftagelige sidehjul, byen Savannah, USA, til Liverpool og gjorde overgangen over Atlanterhavet om 24 dage. Som en motor på "Savannah" blev der brugt en enkeltcylindret lavtryks dampmotor med simpel handling. Maskinens styrke var 72 hk, hastigheden, når motoren kører - 6 knob (9 km / h). Skibet brugte ikke mere end 85 timer og kun inden for kystzonen. "Savannah" flyet blev udført for at estimere de nødvendige brændstofreserver på havruterne siden Tilhængerne af sejlflåden argumenterede for, at ikke en enkelt damper ville kunne holde nok kul til at krydse Atlanterhavet. Efter skibet vendte tilbage til USA blev dampmaskinen demonteret, og skibet blev brugt på New York-Savanna-linjen indtil 1822. De legendariske gigantiske Titanic 29-dampkedler blev installeret i skibets kedelrum, hver med en vægt på 100 tons, opvarmet af varme 162 ovne. Kulovne opvarmede vandet i kedlerne for at få damp. Derefter blev damp tilført til stempelmotorer. Så snart damp kom ind i en af de fire motorcylindre, blev den nødvendige kraft udviklet til at dreje en af propellerne. Overskydende eller tabt damp kondenseres i fordamperne, og det resulterende vand kan returneres til kedlerne til genopvarmning. Ændring af mængden af damp indgivet på thrusters styrede fartøjets fart. Røgen fra brændeovne og motorudstød blev udsendt gennem de første 3 rør. Det fjerde rør var falsk og blev brugt til ventilation. På "Titanic" alting svarede til den nyeste teknologi af tiden. Det første militære skib blev bygget i USA i henhold til R. Fultons design i 1815. Det var meningen at beskytte farvandet i New York havnen og var et batteri cathemaran. Naval sejlere kaldte det en dampfregat, men R. Fulton foretrak at kalde det et dampbatteri og gav det navnet "Demologos" ("People's Voice"). I 1829 eksploderede dampskibet på New Yorks veje på grund af den skødesløse håndtering af sejlere med ild. I Rusland blev det første dampfregat Bogatyr, som blev forløber for krydstogter, bygget i 1836. Brugen af en dampmotor på en ubåd blev udskudt i mange år. Hovedproblemet var tilførslen af luft til brænding af brændstof i en dampkoges ovn, da båden var i nedsænket stilling siden Da maskinen kørte, blev brændstof forbruget og ubådens masse ændret, og den skulle hele tiden være klar til at dykke. På trods af hindringerne i ubådens opfindelsens historie var der mange forsøg på at bygge en ubåd udstyret med en dampmotor. Projektet af en ubåd med en dampmotor blev først udviklet i 1795 af den franske revolutionære Armand Mezieres, men han undlod at gennemføre den. I 1815 byggede Robert Fulton i New York et stort undervandsskib, udstyret med en kraftig dampturbine, der er 80 meter lang og 21 meter bred, med et personale på 100 personer. Fulton døde dog før "Mute" blev lanceret, og denne ubåd gik til ophugning. I sommeren 1866 blev ubådene til den talentfulde russiske opfinder I. F. Aleksandrovsky skabt. Hun blev testet i flere år i Kronstadt i Fig. (11.). Der blev truffet beslutning om dets utilstrækkelighed til militære formål og mangel på yderligere arbejde for at eliminere manglerne.
1.3.2 Oprindelsen af tohjulstransport
Parallelt med udviklingen af de første biler fortsatte opfindere at forbedre motorcyklernes design og motoren installeret på dem. De mest interessante værker på dette område var apparater fra den franske ingeniør Louis Guillaume Perrot, der skabte sin egen dampmotorcykel. Han begyndte ligesom sin landsmand Erne Michaud, med cykel, at udstyre den i 1868 med et stort svinghjul, hvilket rytteren kunne bevæge sig i et stykke tid af inerti. Et år senere begyndte Perrault at bruge en enkelt rørformet ramme i sine konstruktioner. Cyklen, der blev udviklet af Louis Perrault, med elektrisk kørsel på baghjulet, blev revolutionerende. Men det var på et tidspunkt, hvor elektroteknikken var i sin barndom, og der var ingen gode elektriske motorer, så tippeprojektet, der var fantastisk for den tid, forblev på papir. Dampmotoren til en cykel, der blev udviklet af Perrault i 1871, blev resultatet af alle disse opfindelser. fremstillet og testet på farten. Vinbrænder, parafin eller vegetabilsk olie bør fungere som brændstof til brænderen. Motoren er en enkelt cylinder dampmotor. Arbejdcylinderen blev fastgjort langs rammen, og tankene til brændstof og vand var placeret over rammen. Ved hjælp af en speciel regulator var det muligt at ændre mængden af damp, der blev leveret til cylinderen, og dermed ændre motorcykelens hastighed. Bremserne på Perrault-bilen var ikke. Basisrammen var et tykt buet rør, der var fastgjort til rattstammen og ført til baghjulet. Hjulets fælge var træ, indlejret med metal. Metal og nåle var. Sadlen blev monteret på en lang forår og kunne bevæge sig langs bilen - fremad om sommeren for at bevæge sig væk fra den varme motor og tilbage om vinteren for at varme op fra den. I figur (12.) tilbød Perrault sin hjernebarn for tre tusind francs. Men desværre før den fransk-preussiske krig kunne hans opfindelse ikke vinde fans og bringe fortjeneste. Perraults motorcykel havde en rørformet ramme med en arbejdscylinder fastgjort på den og tanke til brændstof og vand, der kan ses i figuren (13.). Det er værd at nævne en af opfinderne af "dampcykler" - American Louis Copland. I 1884 satte han motoren foran føreren over det lille forhjul for at lette bagenden (førervægt plus motorvægt). Denne cykel kunne accelerere til 18 km / t, gennemstrømning gennem gaderne, som "fiend" og fugleskræmselborgere. Senere grundlagde Copland sit eget motorcykelproduktionsselskab. Yderligere udvikling af motorcykler stoppede. Mennesker, der er involveret i deres fremstilling, står over for det samme problem som bilmastrene - med manglen på en let og økonomisk motor. Kun forbrændingsmotorens udseende ændrede situationen radikalt, hvilket gav en kraftig impuls til den videre udvikling af denne originale transporttype.
1.4 Steam Engine Application
Dampmaskiner blev brugt som drivmotor i pumpestationer, lokomotiver, på dampskibe, traktorer, dampbiler og andre køretøjer. Dampmaskiner bidrog til den udbredte kommercielle brug af maskiner i virksomheder og var energibasen til den industrielle revolution i det XVIII århundrede. Senere blev dampmotorer udrevet af forbrændingsmotorer, dampturbiner og elmotorer, hvis effektivitet er højere. Dampturbiner, formelt en type dampmotorer, anvendes stadig meget som drev til elgeneratorer. Ca. 86% af den producerede elektricitet i verden produceres ved hjælp af dampturbiner.
1.4.1 Fordele ved dampmotorer
Den største fordel ved dampmotorer er, at de kan bruge næsten enhver varmekilde til at omdanne den til mekanisk arbejde. Dette skelner dem fra forbrændingsmotorer, som hver type kræver anvendelse af en bestemt brændstoftype. Denne fordel er mest mærkbar ved anvendelse af atomkraft, da en atomreaktor ikke er i stand til at generere mekanisk energi, men producerer kun varme, som bruges til at generere damp, der driver dampmotorer (normalt dampturbiner). Derudover er der andre varmekilder, der ikke kan anvendes i forbrændingsmotorer, såsom solenergi. En interessant retning er brugen af energien i temperaturforskellen mellem verdenshavet på forskellige dybder. Andre former for eksterne forbrændingsmotorer, som en Stirling-motor, der kan give meget høj effektivitet, men som har væsentlig større vægt og størrelse end moderne dampmotorer, har også lignende egenskaber. lokomotiver gør det godt ved høje højder, da deres ydeevne ikke falder på grund af lavt atmosfærisk tryk. Lokomotiver anvendes stadig i bjergområderne i Latinamerika, på trods af at de i langt terræn er blevet erstattet af mere moderne typer lokomotiver. I Schweiz (Brienz Rothhorn) og i Østrig (Schafberg Bahn) har nye lokomotiver med tør damp bevist deres effektivitet. Denne type lokomotiv blev udviklet på grundlag af modeller fra schweiziske lokomotiv- og maskinarbejder (SLM) fra 1930'erne med mange moderne forbedringer, som f.eks. Anvendelse af rullelejer, moderne varmeisolering, brændende lette oliefraktioner, forbedrede dampledninger mv. d. Som følge heraf har disse lokomotiver 60% mindre brændstofforbrug og betydeligt lavere vedligeholdelseskrav. De økonomiske kvaliteter af sådanne lokomotiver er sammenlignelige med moderne diesel og elektriske lokomotiver.
Derudover er damplokomotiver meget lettere end diesel og elektriske lokomotiver, hvilket er særligt vigtigt for bjergbaner. En funktion af dampmotorer er, at de ikke har brug for en transmission, der overfører kraften direkte til hjulene.
1.4.2 Effektivitet
Effektiviteten (effektivitet) af en varmemotor kan defineres som forholdet mellem det nyttige mekaniske arbejde og den mængde varme, der er indeholdt i brændstoffet. Resten af energien frigives til miljøet i form af varme. Effektiviteten af en varmemotor er
,
Wout-mekanisk arbejde, J;
Qin - mængden af varme udnyttet, j.
En varmemotor kan ikke have en effektivitet større end den af Carnot-cyklen, hvor mængden af varme overføres fra høj temperaturvarmeren til køleskabet med lav temperatur. Effektiviteten af en ideel varmemotor Carnot afhænger udelukkende af temperaturforskellen, og den absolutte termodynamiske temperatur anvendes i beregningerne. Derfor har dampmotorer den højest mulige temperatur T1 i begyndelsen af cyklussen (opnået f.eks. Ved anvendelse af dampoverhedning) og den lavest mulige temperatur T2 ved cyklusens afslutning (for eksempel ved anvendelse af en kondensator):
En dampmaskine, der frigiver damp til atmosfæren, har en praktisk effektivitet (inklusive kedlen) fra 1 til 8%, men en motor med kondensator og forlængelse af strømningsbanen kan forbedre effektiviteten med op til 25% eller mere. Termisk kraftværk med superheater og regenerativ vandopvarmning kan opnå en effektivitet på 30 - 42%. Kombinerede cyklus-kombinerede cykler, hvor brændstofets energi først bruges til at drive en gasturbine og derefter til en dampturbine, kan opnå en effektivitet på 50-60%. Ved kraftvarmeforøgelse øges effektiviteten ved at bruge delvist brugt damp til opvarmning og produktionsbehov. Det bruger op til 90% af brændstofets energi, og kun 10% afgives ubrugeligt i atmosfæren. Sådanne forskelle i effektivitet skyldes egenskaberne af dampmotorernes termodynamiske cyklus. For eksempel falder den største opvarmningsbelastning om vinterperioden, derfor stiger effektiviteten af kraftvarme om vinteren.
En af årsagerne til reduktionen i effektiviteten er, at den gennemsnitlige damptemperatur i kondensatoren er lidt højere end omgivelsestemperaturen (det såkaldte temperaturhoved dannes). Det gennemsnitlige temperaturtryk kan reduceres ved brug af multi-port kondensatorer. Effektiviteten øges også ved hjælp af økonomer, regenerative luftvarmere og andre metoder til optimering af dampcyklusen. I dampmotorer er et meget vigtigt træk, at isotermisk ekspansion og sammentrækning sker ved konstant tryk. Derfor kan varmeveksleren være af en hvilken som helst størrelse, og temperaturforskellen mellem arbejdsvæske og køler eller varmeapparat er næsten 1 grad. Som følge heraf kan varmetab minimeres. Til sammenligning kan temperaturforskellen mellem varmeren eller køleren og arbejdsvæsken i Stirling nå 100 ° C.
2. Praktisk del
2.1 Opførelse af mekanismen
I den praktiske del blev der forsøgt at konstruere en mekanisme, der kunne flytte et par.
Til arbejde brugte vi en række forskellige materialer, der kan købes hos en hardwarebutik.
Mekanismen bestod af forskellige tilgængelige værktøjer.
Sådanne materialer blev anvendt som:
jern platform størrelse
dåse af air freshener
forskellige metal fastgørelsesanordninger,
metal skrue
forskellige diameter tubuli
forskellige indehavere
metal wire
tør alkohol.
Først og fremmest for at samle mekanismen forberedte vi basen, som vores mekanisme vil stå på. Valget faldt på en metalplatform med dimensioner (11 * 23) cm.
Metalplatform i sine kvaliteter og egenskaber: slidstærk, i stand til at modstå langvarig belastning og en anstændig vægt af mekanismen, såvel som i stand til at modstå langvarig varme og ikke deformere under dens indflydelse.
Derefter forberedte vi en beholder, hvor vandet blev hældt og yderligere opvarmet. Til containeren brugte vi en blæser med frisk luft, der måler 12 cm i højden og 7 cm i diameter.
Da vi er nødt til at varme det, var det ydre metalhus perfekt til dette. Ud over fordelene ved denne tank var, at det var næsten lufttæt. Luftforsyning og dampudstrømning skete gennem et hul. Et smalt metalrør blev fastgjort ved tankens udløb for at øge trykket i det ved opvarmning og for at skabe så meget damp som muligt ved tankens udløb.
For at installere beholderen på en metalplade blev der brugt metalfastgørelser.
Metalfastgørelser blev fremstillet specielt af tykt metal, så de var i stand til at modstå vægten af beholderen med vand såvel som modstandsdygtige over for ild.
Siden når tanken er opvarmet, er dampen, der kommer ud af det, koncentreret på ét sted og skaber en varm luftstrøm. Det er denne egenskab, som vi besluttede at bruge i henhold til loven om bevarelse af energi, at energien kan bevæge sig fra den ene form til den anden.
Og ideen var at omdanne damp til mekanisk energi.
For at gøre dette blev der brugt en metalskrue.
En dampstrøm rettet mod skruens kniv ville få det til at dreje en skrue rundt om sin akse, hvilket klart viste, at energi blev omdannet til mekanisk.
Skruens akse på den ene side skal være med en forlængelse på 2-3 cm. Som det bliver fastgjort til elastikken, forbinder det med mekanismens hjul. Og på grund af at skruen vil dreje under damptrykket, vil denne bevægelse passere gennem elastikken til hjulet. Hvilket selvfølgelig bør gøre mekanismen bevæge sig langsomt.
En af de vigtigste egenskaber ved denne mekanisme er opvarmning af vand i tanken. Der blev brugt to typer varmekilder: Den første er et almindeligt stearinlys, som ikke giver tilstrækkelig varme til at koge vandet og tørre alkohol, hvilket giver mere varme, men kan heller ikke hurtigt fordampe vand.
2.2 Måder at forbedre maskinen og dens effektivitet
I den foregående prototype kunne vi under gunstige betingelser få 1-3% effektivitet, men med denne forbedring bør effektiviteten øge til 3-6%. Ideen er meget enkel og virker som følge af damptrykket dannet i tanken.
Forbedringen ligger i, at beholderens position og vejen for energioverførsel ændres. På tanken på det sted, hvor dampen frigives, fastgøres et rør inde, som er en metalkugle, der lukker tanken. Ball tilbage fjeder, som forbinder bolden og stempelet. Der er huller i selve røret, så parret har et sted at gå. Og princippet ligger i, at damp dannes i tanken, når den opvarmes, og i det øjeblik, hvor trykket stiger, når trykket stiger til et bestemt punkt, forskyder trykket bolden. Den forskudte bold bruger en fjeder i en kædereaktion, og den går igen til stempelet, og den mekaniske energi passerer til hjulene gennem spjældene. Og så går det, indtil trykket kan opbygge i fartøjet for at forskyde bolden. Således, hvis vi kan afregne mekanismen, vil vi modtage en hyppig løftning af bolden, og dette vil føre til skabelsen af fart.
2.3 afhøring
Resultaterne af undersøgelsen viste, at ud af 20 elever i 2 klasser svarede 65% af eleverne korrekt 10 spørgsmål.
På de mest presserende spørgsmål er der lavet en tabel i fig. (20.) Til visuel sammenligning.
Spørgsmål stillet:
1. Hvordan tror du, hvad vil denne bils effektivitet og hvorfor være? i figur (21)
2. I hvilke industrivirksomheder bruger en dampmotor?
3. I hvilket år byggede den franske opfinder Cuño verdens første dampbil?
4. Hvem er englænderen Thomas Severi?
5. Hvad er den maksimale hastighedsudviklede dampbil?
konklusion
Efter at have skrevet arbejdet blev det konkluderet, at dampteknologien stadig omgiver os og er vant til denne dag: dampmotorer kan sammenlignes med moderne diesel- og el-lokomotiver, pumpestationer og mange andre steder. Efter at have analyseret den videnskabelige litteratur blev det indlysende, at det var dampmotoren, der ændrede sig vores verden og vores liv, da det var fra sin opdagelse, at æraen af teknologisk udvikling og en anden form for transport kom.
Efter at have studeret princippet om drift af dampmotorer konstruerede og byggede de den enkleste mekanisme, der arbejdede på damp. Vi overvejede muligheden for at øge effektiviteten i fremtiden.
I arbejdet med oprettelsen af en mekanisme stødte vi på en række problemer, som forhindrede os i at opnå det ønskede resultat, og som i sidste ende førte til den lave kraft i vores mekanisme. Hvilket delvis afviser vores hypotese. Overdreven indflydelse af eksterne faktorer og et stort tab af varme, spildt energi, var årsager til svigt. Det er heller ikke tilstrækkeligt hurtigt, og en lille smule dampdannelse førte til, at det nødvendige tryk ikke blev skabt, og som senere førte til mangel på strøm.
Ved udformningen af næste generations mekanisme blev de fleste faktorer taget i betragtning for at undgå den samme skæbne. Tegningerne blev baseret for at forbedre mekanismen og opnå det ønskede resultat.
Med dette arbejde er det muligt at bedømme, at i dampteknologiens verden til i dag er der meget at stræbe efter og udvikle. Og måske er teknologien den mest økonomiske, økologiske og kraftfulde i fremtiden i verden.
Liste over brugt litteratur
Artiklen er baseret på materialer fra den store sovjetiske encyklopædi af 2. udgave. Eo: Vapormaŝinohu: Gőzgéplt: Garo mašinann: Dampmaskin
definition
Dampmaskine - En ekstern forbrændingsmotor, der omdanner dampens energi til mekanisk arbejde.
Opfindelsen ...
Historien bag opfindelsen af dampmotorer Begynder sin nedtælling fra det første århundrede af vores æra. Vi bliver opmærksomme på den enhed, der er beskrevet af Heron of Alexandria, og drives af damp. Dampen kommer ud af dyserne tangentielt fast på kuglen, fik motoren til at rotere. Den rigtige dampturbine blev opfundet i middelalderen Egypten meget senere. Dens opfinder er den arabiske filosof, astronom og ingeniør fra det 16. århundrede Tagi al-Dinome. Spid med knive begyndte at rotere på grund af strømmen af damp rettet mod ham. I 1629 blev en lignende løsning foreslået af den italienske ingeniør Giovanni Branca. Den største ulempe ved disse opfindelser var, at dampstrømmene var spredt, og det fører helt sikkert til store energitab.
Yderligere udvikling af dampmotorer kunne ikke ske uden passende forhold. Det var nødvendigt og økonomisk velvære og behovet for disse opfindelser. Naturligvis eksisterede disse betingelser ikke og kunne ikke eksistere før det 16. århundrede i lyset af et så lavt udviklingsniveau. I slutningen af 1700-tallet blev der skabt et par eksemplarer af disse opfindelser, men blev ikke seriøst opfattet. Den første skaber er Spaniens Ajanse de Beaumont. Edward Somerset - en videnskabsmand fra England i 1663 offentliggjorde et projekt og installerede en dampdrevet enhed til at løfte vand på væggen af det store tårn i Raglan Castle. Men da alt nyt er svært for en person at acceptere, besluttede ingen at finansiere dette projekt. Skaberen af dampkedlen betragtes som franskmand Denis Papen. Som led i eksperimenter om forskydning af luft fra cylinderen fandt han ved hjælp af en eksplosion af krydderier, at man kun kunne opnå et fuldstændigt vakuum ved hjælp af kogende vand. Og for at cyklen skal være automatisk, er det nødvendigt, at dampen produceres separat i kedlen. Papen krediteres bådenes opfindelse, som blev sat i bevægelse af reaktiv kraft i en kombination af begreberne Tagi-al-Din og Severi; også hans opfindelse betragtes som en sikkerhedsventil.
Alle beskrevne indretninger blev ikke anvendt og viste sig at være praktiske. Selv "brandinstallationen", som blev bygget i 1698 af Thomas Severi, tjente ikke længe. På grund af det højtryk, der blev skabt af damp i tanke med væsker, eksploderede de ofte. Derfor blev hans opfindelse betragtet som usikker. I lyset af alle disse fejl historie af opfindelsen af dampmotorer kunne afbryde men nej.
Forhåndsvisning - klik forøgelse.
Billederne viser damptraktor Kuno. Som du kan se, var han meget besværlig og ubelejligt at klare.
I 1712 viste den engelske smed, Thomas Newcomen, sin "aspirerede motor". Han var en forbedret model af dampmaskinen Severi. Han fik sin brug som et pumpende vand fra minerne. I akselpumpen var vippearmen forbundet med en belastning, der faldt ned i akslen til pumpekammeret. Den fremadgående bevægelse af kraften overføres til pumpens stempel, vandet strømmer op. Newcomen-motoren var populær og efterspurgt. Det er med fremkomsten af denne motor besluttet at forbinde begyndelsen af den britiske industrirevolution. I Rusland blev den første vakuummaskine designet af I. Polzunov i 1763, og et år senere blev projektet bragt til liv. Hun udløste blæsere pels på Barnaul Kolyvan-Resurrection planter. Ideen om Oliver Evans og Richard Trevithik, om brugen af højtryksdampe, har bragt betydelige resultater. R. Trevitik byggede med succes industrielle one-stroke højtryksmotorer, kendt som "Cornish motorer." På trods af effektivitetsforøgelsen øgedes antallet af kedeleksplosioner, der ikke modstå stort tryk. Derfor var det sædvanligt at bruge en sikkerhedsventil til at frigøre overskydende tryk.
I 1769 demonstrerede den franske opfinder Nicolas Josef Kunio det første opererende selvdrevne dampkøretøj: "Fardier à vapeur" (dampvogn). Hans opfindelse kan betragtes som den første bil. En selvdreven damptraktor, der blev brugt som mobil kilde til mekanisk energi, viste sin effektivitet, idet den påbegyndte forskellige CX-maskiner. I 1788 blev et dampskib bygget af John Fitch, som udførte regelmæssig kommunikation på Delaware-floden mellem Philadelphia og Burlington. Han havde en kapacitet på kun 30 personer og flyttede med en hastighed på op til 12 km / t. Den 21. februar 1804 blev det første selvdrevne jernbanestativ, der blev bygget af Richard Trevithic, demonstreret ved Penidarren-metallurgiske anlæg i Merthyr Tydfil i Syd Wales.
Hvordan dampmaskinen fungerer
Varmemotorer
Maskiner, der udfører mekanisk arbejde som følge af varmeveksling med omgivende kroppe hedder varmemotorer. I alle typer af sådanne motorer er kontinuerligt eller periodisk tilbagevendende arbejde kun mulig, når maskinen udfører arbejdet, modtager ikke kun varme fra noget legeme (varmelegeme), men giver også noget varme til en anden krop (køler).
Figuren, lavet af en ukendt kunstner i overensstemmelse med instruktionerne fra Isaac Newton (1642-1727), viser en enhed af et forenklet besætningsmedlem, der bruger jetstråle af en dampstråle til bevægelse.
Dampmotorer
I midten af 1700-tallet blev de første forsøg på at skifte til maskinproduktion, hvilket krævede oprettelse af motorer, der ikke var afhængige af lokale energikilder (vand, vind osv.). Den første motor, hvor den kemiske brændsels termiske energi blev brugt, var en dampmosfærisk maskine fremstillet ifølge den franske fysiker Denis Papens design og den engelske mekaniker Thomas Severy. Denne maskine blev berøvet muligheden for direkte at fungere som et mekanisk drev; der blev knyttet en vandmøllehjul (på en moderne måde, en vandturbine) til den, der blev roteret af vand, og blev presset af damp fra en dampmotor kedel ind i et vandtårnreservoir. Kedlen blev derefter opvarmet med damp, derefter afkølet med vand: maskinen blev drevet periodisk.
Principen for driften af dampmotoren
En rigtig dampmaskine virker som denne: vandet i en lukket kedel bringes i kog. Damp kan kun flygte gennem hullet, der fører til et specielt rør.
I dette rør, der kaldes en cylinder, er der et bevægeligt stempel. Dampen presser på stempelet, og den bevæger forbindelsesstangen, som drejer svinghjulet.
Efter dampen fungerer dette, det går ud gennem ventilen og ind i rørsystemet.
Kraftfulde dampmotorer har selvfølgelig en ekstremt kompleks struktur.
Steammotorens princip
Stemplet danner i dampmotorens cylinder en eller to hulrum med variabelt volumen, hvor kompressions- og ekspansionsprocesserne finder sted.
Stempelets 1 drift gennem stangen 2, glideren 3, forbindelsesstangen 4 og vevet 5 overføres til hovedakslen 6, der bærer svinghjulet 7, hvilket tjener til at reducere ujævnheden af akselrotationen. Den ekscentriske, der sidder på hovedakslen, ved hjælp af excentrisk tryk drev ventilen 8, som styrer dampindløbet i cylinderhulrummet. Damp fra cylinderen slippes ud i atmosfæren eller går ind i kondensatoren. For at opretholde en konstant akselhastighed med varierende belastning er dampmotorer udstyret med en centrifugalregulator 9, som automatisk ændrer dampstrømens tværsnit i dampmotoren (gasregulering vist i figuren) eller afkøringsmomentet (kvantitativ kontrol).
Dampmotor klassificering
Dampmaskiner er opdelt:
efter aftale
stationære
ikke-stationær (mobil og transport)
ved brugt par
lavt tryk (op til 12 kg / cm²)
mediumtryk (op til 60 kg / cm2)
højt tryk (over 60 kg / cm²)
ved akselhastighed
lav hastighed (op til 50 omdr./min., som på dampbåde)
højhastighedstog
i henhold til trykket af den producerede damp
ved kondensering (kondensatortryk 0,1-0,2 atm)
udstødning (med et tryk på 1,1-1,2 atm)
opvarmning med dampudvinding til opvarmning eller til dampturbiner med tryk fra 1,2 atm til 60 atm alt efter formålet med udvælgelsen (opvarmning, regenerering, teknologiske processer, høj differensial drift i opstrøms dampturbiner).
Ved cylinderarrangement
horisontal
hældende
lodret
med cylinder nummer
enkelt cylinder
flercylinder
dobbelt, bygget osv., hvor hver cylinder leveres med frisk damp
flere ekspansions dampmotorer, hvor dampen successivt udvides i 2, 3, 4 cylindre med stigende volumen, der går fra cylinder til cylinder gennem den såkaldte. modtagere (samlere).
Ved transmissionstype er flere ekspansions dampmotorer opdelt i tandemmaskiner og sammensatte maskiner. En speciel gruppe består af direkte-flow dampmotorer, hvor udledning af damp fra cylinderhulrummet udføres af stemplets kant.
Dampmotor
Det er en dampdrevet motor. Damp produceret af varmevand anvendes til bevægelse. I nogle motorer forårsager dampens kraft stemplerne i cylindrene til at bevæge sig. således skaber en gengældende bevægelse. En tilsluttet mekanisme konverterer det normalt til rotationsbevægelse. I lokomotiver (lokomotiver) anvendes stempelmotorer. Dampturbiner anvendes også som motorer, som giver direkte rotationsbevægelse og roterer et antal hjul med knive. Dampturbiner kraftgeneratorer af kraftværker og propeller af skibe. I enhver dampmotor omdannes varmen fra opvarmning af vand i en dampkedel (kedel) til bevægelsesenergi. Varme kan leveres fra forbrænding af brændstof i en ovn eller fra en atomreaktor.
Dampmotorer, som tidligere anvendt i lokomotiver, arbejder på dampen, der produceres, når vandet opvarmes. En kul- eller brændeovn (1) opvarmer kedlen fyldt med vand (2), der producerer damp. Dampen stiger og skubbes gennem sugeskålen (3) gennem rørene ind i cylinderen (4), hvor det forårsager en omvendt bevægelse af stemplet (5). Den stempelforbundne håndtag (6) er en spoleventil (7), som først tillader et par at komme ind i cylinderen (som vist), lukke udløbsporten (8). Dette skaber tryk, som bevæger stemplet fremad og får spoleventilen til at blive i en position, hvor udgangsåbningen åbnes og dampen kommer ud. Hjulets bevægelse får stemplet til at bevæge sig baglæns, og alt starter igen.
4,1 (82,73%) 88 stemmer
Opfindelsen af dampmotor var vendepunktet for menneskehedens industrielle og universelle historie. Ved udgangen af XVII-XVIII århundreder forekom forudsætningerne for at erstatte lavmotoriske og ineffektive levende "motorer", vindmøller og vandhjul med mekanismer af helt ny type - dampmotorer. Det var dampmotorerne, der muliggjorde opnåelsen af den industrielle revolution og opnåelsen af det moderne niveau af teknologiudvikling.
Det menes at den første dampmotor opfundetskotsk mekaniker James Watt - det er ikke for ingenting, at den internationale magtmagasin, Watt, er opkaldt efter ham! I virkeligheden har Watt foretaget en masse forbedringer og foreslået en ny type motor, og dampmotors historie stammer meget tidligere.
Brug af damp til at aktivere mekanismen blev først beskrevet af den antikke græske forsker Heron of Alexandria, som arbejdede omkring det første århundrede e.Kr. e. Det var Geron, der opfandt den berømte Eolipil (eller "Eola ball") - en kugle fikseret på en akse med dyser deraf. En kugle fyldt med vand blev opvarmet i brand, og dampen, som kom ud af dyserne, bragte kuglen i rotation.
Selvfølgelig er alt dette intet andet end et legetøj, men det blev også glemt i mere end et årtusind og et halvt år. For første gang efter Geron forsøgte en arabisk ingeniør og filosof Tagi-al-Dinom at bruge dampkraft - i det 16. århundrede skabte han en prototype af en dampturbine, der drejede et spid. Næsten et århundrede senere - i 1615 - beskriver franskmanden Salomon de Caux en enhed, der ved hjælp af damp kan løfte vand. Og i 1629 skaber italiensk Giovanni Branca også turbine-lignende maskine- Opvarmet damp forlod røret og ramte knivene på hjulet, hvorved hjulet drejede.
På omtrent samme tid skabte den spanske ingeniør Yeronimo Aians de Beaumont dampmotor med cylinder - Denne mekanisme havde en vis indflydelse på udviklingen af begivenheder inden for forbedring af dampmotorer. Og i 1663 beskrev englænderen Edward Somerset en dampmotor til at løfte vand fra brønde og miner og efterfølgende modtog et patent for denne opfindelse. Bilen skabt af Somerset arbejdede i nogen tid i en af de engelske slotte, men viste langt fra de bedste resultater.
En stor rolle i udviklingen af dampmotorer blev spillet af to personer: franskmanden Denis Papen og englænderen Thomas Saveri. Pa-pennen opfandt i midten af 70'erne i det 17. århundrede en cylinder, hvor et vakuum blev skabt ved hjælp af en pulver eksplosion, og derefter (i 1680) tilpassede denne cylinder til at fungere fra damp. I slutningen af århundredet nærmede en fransk videnskabsmand sig for en industriel model af en dampmotor, men Saveri var foran ham - i 1698 fik en englænder et patent til en bil, og i 1702 begyndte de at bruge mekanismen for sin konstruktion til at løfte og pumpe ud vand. Disse dampmotorer var imidlertid meget begrænsede fordelinger - de var for ufuldkomne.
Men hvis hvis Papen og Saver-enhederne ikke blev brugt i praksis, hvorfor spillede disse mennesker derfor en vigtig rolle i teknologiens historie? Faktum er, at disse ingeniører og opfindernes ideer danner grundlaget for dampmotoren, der blev oprettet i 1712 af englænderen Thomas Newcomene. Opfinderen kombinerede Savery-designmaskinen med Papen-cylinderen, hvilket resulterede i, at en ret perfekt motor, der arbejdede for et par, syntes. En interessant detaljeret: Maskinens kontrol blev udført manuelt - til dette formål hyrede vi en speciel person, hvis opgave var at åbne og lukke ventilerne med en vis frekvens. Som legenden har det, i 1713 en dreng, Humphrey Potter, der arbejdede for en af maskinerne, fundet ud af, hvordan man får ventilerne til at fungere uafhængigt. Og først i 1715 dukkede et fuldautomatisk dampfordelingssystem på dampmotorerne i Newcomen-systemet.
Her er det nødvendigt at lave to vigtige observationer. Først alle ovenfor beskrevne. dampmotorer er vakuum (eller atmosfærisk). I maskiner af denne type blev damp kun brugt til at opvarme cylinderen, hvori stempelet bevægede sig. Princippet er simpelt: damp går ind i cylinderen, opvarmes til høj temperatur, hvorefter koldt vand hældes på cylinderen. Som følge heraf er der en skarp afkøling, og der dannes et vakuum (vakuum) i cylinderen, således at stemplet under påvirkning af atmosfærisk tryk går dybt ind i cylinderen og gør arbejde. For det andet blev alle disse maskiner kun brugt til løft og flytning af vand - det skete ikke for opfinderne, at ved hjælp af damp var forskellige mekanismer sat i gang. Så selv nybegynde bil ofte omtalt som en damppumpe.
I mere end et halvt århundrede forblev Newcomens dampmotorer de eneste mekanismer, der er egnet til industriel brug. Først i begyndelsen af 1760'erne skete der fremskridt på dette område - Humphrey Gainsborough skabt raffineret dampmotorsom dog ikke modtog mærkbar fordeling. Og for at gøre en reel revolution på dette område var bestemt til skotsk ingeniør og opfinder James Watt.
I 1765 fremsatte Watt ideen om, at det ikke er nødvendigt at afkøle cylinderen, men det er bedre at bruge damptrykets kraft og ikke vakuum. Allerede i 1769 modtog han et patent for denne opfindelse, men den nye designmaskine blev først oprettet i 1776 - på den tid var Watt tæt på penge, og han havde simpelthen intet at gennemføre sine ideer.
Men den vigtigste opfindelse af James Watt, som gjorde ham berømt, fremkom først i 1781: det var da, som ingeniøren skabte dampmaskine i stand til at gøre noget arbejde. Dette blev gjort muligt ved at konvertere stempelets fremadgående bevægelse til svinghjulets rotation ved hjælp af den såkaldte planetmekanisme. Og i 1784 købte Watt's dampmotor sin endelige form - en mere bekvem og enkel vevmekanisme, og mange mindre forbedringer optrådte i den. Det var denne udvikling og blev kendt som universel dampmotor, og med god grund: bilen viste sig snart i fabrikker og planter, og i begyndelsen af 1800-tallet blev Watt-systemets motorer sat på det første damplokomotiv og dampbåd.
Det er interessant, at den driftende dampmotor (og endog ikke en) blev oprettet i Rusland - det er de velkendte biler i Ivan Polzunov, der blev bygget mellem 1763 og 1766. Polzunovs første motorer viste gode resultater, og i 1764 blev konstruktionen af en stor dampmotor til metalstøberiet startet. Byggeri sluttede i 1766, og lanceringen blev lavet efter opfinderens død. desværre, dampmotor Polzunova arbejdede kun i 42 dage - efter en sammenbrud ophørte den med at blive brugt, og efter nogen tid blev den demonteret.
Som du kan se, starter dampmotorernes historie ikke med opdagelsen af James Watt, men det var denne opfinder, der skabte en virkelig effektiv og bekvem maskine, der havde stor indflydelse på udviklingen af industri og teknologi. For disse fordele i 1882 blev navnet Watt kendt som den enhed af magt, der er kendt for os som watt.