Паровые машины

Паровые машины

Паровая тяга все еще обеспечивает значительную часть требуемой нам энергии. Даже лучшие из современных атомных реакторов всего лишь источники тепла, превращающие воду в пар для вращения турбин, соединенных с электрогенераторами.

Первая паровая машина была изобретена в I в н. э. греческим инженером Геро Александрийским. Полый шар был подвижно закреплен на двух трубах, через которые подавался пар из небольшого котла. Пар наполнял шар и выходил через две трубки, отходящие от противоположных его сторон. Струи выходящего пара заставляли шар вращаться. Хотя это устройство и представляло определенный интерес, в те времена оно оказалось бесполезным.

Первая паровая машина, нашедшая практическое применение, была создана в 1698 г английским инженером Томасом Сэвери. Пар охлаждался в камере до образования конденсата. В результате резкого уменьшения объема возникал парциальный вакуум, используемый для откачивания воды из угольных шахт.

Сила поршня

В двигателе, изобретенном английским инженером Томасом Ньюкоменом ок. 1710 г, пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. За тем цилиндр охлаждали, чтобы сконденсировать пар и вернуть поршень в нижнее положение. При конденсации пара давление в цилиндре падало, и атмосферного давления было достаточно, чтобы поршень опустился вниз. Поэтому Ньюкомен назвал свой двигатель пароатмосферным. Он применялся для работы шахтных насосов. Хотя эффективность этого двигателя была выше, чем у машины Сэвери, он работал очень медленно и с низким КПД. Это объясняется тем, что после охлаждения цилиндр нужно было снова нагревать, чтобы заставить пар толкать поршень вверх, иначе он бы сразу конденсировался.

Двигатель Уатта

Эту проблему решил шотландский инженер Джеймс Уатт.В созданном им в 1769 г двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации.

Так как цилиндр не нужно было поочередно нагревать и охлаждать, тепловые потери двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количество пара в цилиндр, как только поршень возвращался в свое исходное положение. Благодаря этому и другим усовершенствованиям, придуманным Уаттом, для паровой машины нашлись многочисленные практические применения.

К наступлению викторианской эпохи мощные паровозы совершили революцию в средствах передвижения по суше. Паровые машины также обеспечивали энергию для печатания газет, ткачества и для работы стиральных машин в "паровых" прачечных. Паровые двигатели использовались на площадках аттракционов, а фермеры с помощью паровой тяги пахали землю. Уборщики пользовались работающими на пару пылесосами, а в престижных городских парикмахерских были даже щетки для массажа кожи головы с паровым приводом.

Вращательное движение

В большинстве первых паровых машин двигающиеся в цилиндрах поршни создавали возвратно-поступательное движение, которое затем можно было преобразовывать во вращательное движение с помощью механических устройств.

Маркиз де Дион был одним из родоначальников автомобилестроения во Франции. На фото он управляет трехколесным автомобилем с паровым двигателем, который был построен им в 1897 г. Двигатель установлен спереди и имеет привод на заднее колесо.

Паровые турбины сразу преобразуют энергию пара во вращательное движение. В XIX в некоторые изобретатели экспериментировали с паровыми турбинами, но только в 1884 г английский инженер Чарльз Парсонс создал рентабельную и работоспособную конструкцию. Спустя несколько лет после изобретения, его турбины стали использоваться на судах и в генераторах тока

Преобразование энергии

Паровые двигатели и турбины преобразуют тепло в энергию. При этом тепло от сжигания топлива идет на кипячение воды, объем которой в парообразном состоянии увеличивается в 1600 раз, а давление пара создает движение. В поршневых двигателях пар расширяется в цилиндре и толкает поршень.

Двухцилиндровый паровой двигатель с высокой степенью сжатия был раньше установлен на небольшом грузовом судне.

В паровых турбинах расширяющийся пар вращает оснащенные лопатками роторы. В обоих случаях пар отдает тепловую энергию

Паровые двигатели и турбины относятся к двигателям внешнего сгорания так как нагрев происходит вне рабочей камеры, обычно за счет сжигания топлива. Пар производят в котлах, нагреваемых при сжигании нефти или угля. На атомных электростанциях тепло обеспечивают ядерные реакции.

Другое по теме

Движение. Пространство и время
Что делает мир единым? Пытались найти основу всего сущего. Основа всего сущего–субстанция(категория философии). Понятие субстанции сформировалось не сразу. Первоначально субстанция–субстрат. Сегодняшнее понимание–многообразие вещей, явлений, которые существуют через субстанцию, благодаря ей, но сами субстанцией не яв ...

Научное объяснение, его структура и основные разновидности. Предсказание
Объяснение – важнейшая функция чел познания, в частности научного исследования, состоящая в раскрытии сущности изучаемого объекта. В реальной практике исследования О. осуществяется путем показа того, что объясняемый объект подчиняется определенному закону. Теор познания различает структурные объяснения, отвеч на вопрос ...