Ångmaskinens arbetsprincip och handling. Hur man gör en ångmaskin

23.11.2021

Uppfinning ångmotorer blev en vändpunkt i mänsklighetens historia. Någonstans vid sekelskiftet XVII-XVIII började bytet av ineffektivt manuellt arbete, vattenhjul och helt nya och unika mekanismer - ångmaskiner. Det är tack vare dem som de tekniska och industriella revolutionerna blev möjliga, och hela mänsklighetens framsteg.

Men vem uppfann ångmaskinen? Vem är mänskligheten skyldig detta? Och när var det? Vi kommer att försöka hitta svar på alla dessa frågor.

Redan före vår tideräkning

Historien om skapandet av ångmaskinen börjar under de första århundradena f.Kr. Heron of Alexandria beskrev en mekanism som började fungera först när den utsattes för ånga. Anordningen var en kula på vilken munstycken var fixerade. Ånga strömmade ut tangentiellt från munstyckena, vilket tvingade motorn att rotera. Detta var den första enheten som användes med ånga.

Skaparen av ångmaskinen (eller snarare turbinen) är Tagi al-Dinome (arabisk filosof, ingenjör och astronom). Hans uppfinning blev allmänt känd i Egypten på 1500-talet. Mekanismen var anordnad enligt följande: strömmar av ånga riktades direkt till mekanismen med blad, och när röken hällde roterade bladen. Något liknande föreslogs av den italienske ingenjören Giovanni Branca 1629. Den största nackdelen med alla dessa uppfinningar var för hög ångförbrukning, vilket i sin tur krävde enorma energikostnader och inte var genomförbart. Utvecklingen avbröts, eftersom mänsklighetens dåvarande vetenskapliga och tekniska kunskap inte var tillräcklig. Dessutom fanns det inget behov av sådana uppfinningar alls.

Utveckling

Fram till 1600-talet var det omöjligt att skapa en ångmaskin. Men så snart ribban för mänsklighetens utvecklingsnivå sköt upp, dök de första exemplaren och uppfinningarna omedelbart upp. Även om ingen tog dem på allvar vid den tiden. Till exempel, 1663, publicerade en engelsk vetenskapsman i pressen ett utkast till sin uppfinning, som han installerade i slottet Raglan. Hans anordning tjänade till att höja vatten till väggarna i tornen. Men som allt nytt och okänt accepterades detta projekt med tvivel, och det fanns inga sponsorer för dess vidare utveckling.

Historien om skapandet av ångmaskinen börjar med uppfinningen av den ång-atmosfäriska motorn. År 1681 uppfann en fransk forskare en anordning som pumpade ut vatten ur gruvor. Till en början användes krut som drivkraft och sedan ersattes det av vattenånga. Så här såg den ång-atmosfäriska maskinen ut. Forskare från England Thomas Newcomen och Thomas Severen gjorde ett enormt bidrag till förbättringen. Den ryske självlärde uppfinnaren Ivan Polzunov gav också ovärderlig hjälp.

Papens misslyckade försök

Den ångatmosfäriska motorn, långt ifrån perfekt på den tiden, väckte särskild uppmärksamhet inom skeppsbyggnadsområdet. D. Papen spenderade sina sista besparingar på att köpa ett litet fartyg, på vilket han började installera en vattenlyftande ång-atmosfärisk maskin av egen tillverkning. Verkningsmekanismen var att vattnet, när det föll från en höjd, började rotera hjulen.

Uppfinnaren genomförde sina tester 1707 på floden Fulda. Många människor samlades för att se miraklet: ett skepp som rörde sig längs floden utan segel och åror. Men under testerna inträffade en katastrof: motorn exploderade och flera människor dog. Myndigheterna blev arga på den olyckliga uppfinnaren och förbjöd honom från allt arbete och projekt. Fartyget konfiskerades och förstördes, och några år senare dog Papen själv.

Fel

Papen-ångaren hade följande funktionsprincip. En liten mängd vatten måste hällas i botten av cylindern. En brazier var placerad under själva cylindern, som tjänade till att värma vätskan. När vattnet började koka lyfte den resulterande ångan, expanderande, kolven. Luft trycktes ut ur utrymmet ovanför kolven genom en specialutrustad ventil. Efter att vattnet kokat och ånga började rinna var det nödvändigt att ta bort braziern, stänga ventilen för att avlägsna luft och använda kallt vatten för att kyla cylinderväggarna. Tack vare sådana åtgärder kondenserade ångan i cylindern, ett vakuum bildades under kolven, och på grund av kraften från atmosfärstrycket återvände kolven till sin ursprungliga plats. Under hans nedåtgående rörelse gjordes nyttigt arbete. Effektiviteten hos Papen-ångmaskinen var dock negativ. Ångarens motor var extremt oekonomisk. Och viktigast av allt, det var för komplicerat och obekvämt att använda. Därför hade Papens uppfinning ingen framtid från första början.

Följare

Men historien om skapandet av ångmaskinen slutade inte där. Nästa, redan mycket mer framgångsrik än Papen, var den engelske vetenskapsmannen Thomas Newcomen. Han studerade sina föregångares verk under lång tid, med fokus på svaga punkter... Och med det bästa av deras arbete skapade han sin egen apparat 1712. Den nya ångmaskinen (bilden visas) konstruerades enligt följande: en cylinder i upprätt läge och en kolv användes. Denna Newcomen hämtade från Papens verk. Däremot genererades ånga i en annan panna. Hela huden fixerades runt kolven, vilket avsevärt ökade tätheten inuti ångcylindern. Denna maskin var också ångatmosfärisk (vatten steg från gruvan med hjälp av atmosfärstryck). De största nackdelarna med uppfinningen var dess besvärlighet och ineffektivitet: maskinen "åt" en enorm mängd kol. Det gav dock mycket fler fördelar än Papens uppfinning. Därför har den använts i nästan femtio år i fängelsehålor och gruvor. Den användes för att pumpa ut grundvatten, samt för att dränera fartyg. försökte förvandla sin bil så att den gick att använda för trafik. Men alla hans försök misslyckades.

Nästa vetenskapsman som meddelade sig själv var D. Hull från England. 1736 presenterade han sin uppfinning för världen: en ång-atmosfärisk maskin, som hade pumphjul som propeller. Dess utveckling visade sig vara mer framgångsrik än Papens. Flera sådana fartyg släpptes omedelbart. De användes främst för att bogsera pråmar, fartyg och andra fartyg. Men tillförlitligheten hos den ångatmosfäriska motorn inspirerade inte förtroende, och fartygen var utrustade med segel som den huvudsakliga framdrivningsanordningen.

Och även om Hull hade mer tur än Papen, förlorade hans uppfinningar gradvis sin relevans, och de övergavs. Ändå hade den tidens ång-atmosfäriska maskiner många specifika nackdelar.

Historien om skapandet av en ångmaskin i Ryssland

Nästa genombrott skedde i det ryska imperiet. 1766, vid en metallurgisk anläggning i Barnaul, skapades den första ångmaskinen, som tillförde luft till smältugnarna med hjälp av speciella bälgar. Dess skapare var Ivan Ivanovich Polzunov, som till och med fick en officersgrad för sina tjänster till sitt hemland. Uppfinnaren presenterade för sina överordnade ritningarna och planerna för en "brandbil" som kan köra bälg.

Men ödet skämtade grymt med Polzunov: sju år efter att hans projekt antogs och bilen monterades blev han sjuk och dog av konsumtion - bara en vecka innan testerna av hans motor började. Men hans instruktioner räckte för att starta motorn.

Så den 7 augusti 1766 startades Polzunovs ångmaskin och belastades. Men i november samma år bröt hon ihop. Anledningen visade sig vara för tunna väggar i pannan, inte avsedda för laddning. Dessutom skrev uppfinnaren i sina instruktioner att denna panna endast kan användas under testning. Att tillverka en ny panna skulle lätt ha lönat sig, eftersom effektiviteten hos Polzunov-ångmaskinen var positiv. För 1023 timmars arbete smältes mer än 14 pund silver med dess hjälp!

Men trots detta började ingen reparera mekanismen. Polzunovs ångmaskin samlade damm i mer än 15 år i lagret, tills industrivärlden stod stilla och utvecklades. Och sedan var den helt nedmonterad för delar. Tydligen hade Ryssland i det ögonblicket ännu inte mognat till ångmaskiner.

Tidskrav

Under tiden stod inte livet stilla. Och mänskligheten tänkte ständigt på att skapa en mekanism som skulle göra det möjligt att inte vara beroende av den nyckfulla naturen, utan att kontrollera ödet själv. Alla ville ge upp seglen så snart som möjligt. Därför hängde frågan om att skapa en ångmekanism ständigt i luften. 1753 lanserades en tävling i Paris bland hantverkare, vetenskapsmän och uppfinnare. Vetenskapsakademien har tillkännagett ett pris till alla som kan skapa en mekanism som kan ersätta vindens kraft. Men trots att sådana hjärnor som L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix och andra deltog i tävlingen var det ingen som kom med ett vettigt förslag.

Åren gick. Och den industriella revolutionen omfattade fler och fler länder. Överlägsenhet och ledarskap bland andra makter gick undantagslöst till England. I slutet av 1700-talet var det Storbritannien som hade blivit skaparen av storindustri, tack vare vilket det vann titeln världsmonopol i denna industri. Frågan om en mekanisk motor blev mer och mer aktuell för varje dag. Och en sådan motor skapades.

Den första ångmaskinen i världen

1784 var en vändpunkt i den industriella revolutionen för England och för hela världen. Och ansvarig för detta var den engelske mekanikern James Watt. Ångmaskinen som han skapade blev århundradets mest högljudda upptäckt.

I flera år studerade han ritningarna, strukturen och principerna för drift av ång-atmosfäriska maskiner. Och på grundval av allt detta drog han slutsatsen att för att motorn ska fungera effektivt är det nödvändigt att utjämna temperaturen på vattnet i cylindern och ångan som kommer in i mekanismen. Den största nackdelen med ånga-atmosfäriska maskiner var det ständiga behovet av att kyla cylindern med vatten. Det var dyrt och obekvämt.

Den nya ångmaskinen designades på ett annat sätt. Så cylindern var innesluten i en speciell mantel gjord av ånga. Därmed uppnådde Watt sitt konstanta varma tillstånd. Uppfinnaren skapade ett speciellt kärl nedsänkt i kallt vatten (kondensor). En cylinder var kopplad till den med ett rör. När ångan släpptes ut i cylindern kom den in i kondensorn genom röret och förvandlades tillbaka till vatten där. Under arbetet med att förbättra sin maskin skapade Watt ett vakuum i kondensorn. Således kondenserades all ånga som kom ut ur cylindern i den. Tack vare denna innovation ökades processen för ångexpansion kraftigt, vilket i sin tur gjorde det möjligt att utvinna mycket mer energi från samma mängd ånga. Detta var framgångens krona.

Skaparen av ångmaskinen ändrade också principen om lufttillförsel. Nu föll ångan först under kolven och höjde den därigenom och samlades sedan ovanför kolven och sänkte den. Därmed blev båda kolvslagen i mekanismen operativa, vilket inte ens var möjligt tidigare. Och förbrukningen av kol per hästkraft var fyra gånger mindre än den för ånga-atmosfäriska maskiner, vilket var vad James Watt försökte uppnå. Ångmaskinen erövrade mycket snabbt först Storbritannien och sedan hela världen.

Charlotte Dundas

Efter att hela världen var förvånad över uppfinningen av James Watt började den utbredda användningen av ångmaskiner. Så 1802 dök det första fartyget för ett par upp i England - båten "Charlotte Dundas". Dess skapare är William Symington. Båten användes för bogsering av pråmar längs kanalen. Rollen som flyttaren på fartyget spelades av ett skovelhjul installerat i aktern. Båten klarade testerna med framgång första gången: den bogserade två enorma pråmar 18 miles på sex timmar. Samtidigt hämmades han kraftigt av motvinden. Men han gjorde det.

Och ändå satte de honom på is, eftersom de fruktade att på grund av de starka vågorna som skapades under skovelhjulet skulle kanalens stränder sköljas ut. Förresten deltog Charlotte-testet av en man som hela världen idag betraktar som skaparen av den första ångbåten.

i världen

Från sin ungdom drömde en engelsk skeppsbyggare om ett fartyg med ångmaskin. Och nu blev hans dröm realiserbar. När allt kommer omkring blev uppfinningen av ångmaskiner en ny drivkraft inom skeppsbyggandet. Tillsammans med sändebudet från Amerika R. Livingston, som tog över den materiella sidan av frågan, påbörjade Fulton projektet med ett fartyg med ångmaskin. Det var en komplex uppfinning baserad på idén om ett paddelframdrivningssystem. Längs fartygets sidor fanns plattor som imiterade många åror sträckta i rad. Samtidigt fortsatte plattorna att störa varandra och gick sönder. Idag kan vi enkelt säga att samma effekt skulle kunna uppnås med bara tre till fyra tallrikar. Men ur dåtidens vetenskap och teknik var det orealistiskt att se. Därför var det mycket svårare för skeppsbyggarna.

1803 presenterades Fultons uppfinning för hela världen. Ångaren gick långsamt och jämnt längs Seine och träffade många vetenskapsmän och ledare i Paris sinnen och fantasier. Napoleons regering avvisade dock projektet, och de missnöjda skeppsbyggarna tvingades söka sin lycka i Amerika.

Och så, i augusti 1807, seglade världens första ångbåt vid namn "Claremont", där den mest kraftfulla ångmaskinen var inblandad (bild presenterad), längs Hudson Bay. Många trodde då helt enkelt inte på framgång.

Claremont begav sig ut på sin jungfruresa utan last och utan passagerare. Ingen ville resa ombord på ett eldsprutande fartyg. Men på vägen tillbaka dök den första passageraren upp - en lokal bonde som betalade sex dollar för en biljett. Han blev den första passageraren i rederiets historia. Fulton blev så djupt rörd att han gav våghalsen en livstids gratis åktur på alla sina uppfinningar.

Ångmaskiner eller Stanley Steamer-bilar kommer ofta att tänka på när man talar om "ångmotorer", men användningen av dessa mekanismer är inte begränsad till transport. Ångmaskiner, som först skapades i primitiv form för cirka två årtusenden sedan, har blivit de största källorna till elektrisk kraft under de senaste tre århundradena, och idag producerar ångturbiner cirka 80 procent av världens elektricitet. För att få en djupare förståelse för naturen hos de fysiska krafterna på grundval av vilka en sådan mekanism fungerar, rekommenderar vi att du gör din egen ångmaskin av vanliga material, med hjälp av en av metoderna som föreslås här! För att komma igång, gå till steg 1.

Steg

Plåtburk ångmaskin (för barn)

Skär botten av aluminiumburken på ett avstånd av 6,35 cm. Använd metallsax, klipp botten av aluminiumburken jämnt ungefär en tredjedel av höjden.

Vik och tryck ner ramen med en tång. För att undvika vassa kanter, vik burkens kant inåt. Var försiktig så att du inte skadar dig när du gör detta.

Tryck ner på botten av burken från insidan för att platta till den. De flesta dryckesburkar av aluminium har en rund bas och en böjd bas. Räta till botten genom att trycka på den med fingret eller använda ett litet plattbottnat glas.

Slå två hål på motsatta sidor av burken, 1,3 cm från toppen. För att göra hål fungerar antingen en pappershålslagare eller en spik med en hammare. Du behöver hål med en diameter på drygt tre millimeter.

Placera ett litet värmeljus i mitten av burken. Skrynkla ihop folien och placera den under och runt ljuset så att den inte rör sig. Sådana ljus brukar komma i speciella stativ, så vaxet ska inte smälta och rinna ut i aluminiumburken.

Linda den mittersta delen av kopparslangen 15-20 cm lång runt pennan 2 eller 3 varv för att bilda en spole. 3 mm-röret ska böjas lätt runt pennan. Du behöver tillräckligt med böjda slangar för att sträcka sig över toppen av burken, plus ytterligare 5 cm rakt på varje sida.

Trä ändarna på rören genom hålen i burken. Mitten av spolen ska vara över ljusets veke. Det är önskvärt att de raka rörsektionerna på båda sidorna kan vara lika långa.

Böj ändarna på rören med en tång för att göra en rät vinkel. Böj de raka delarna av röret så att de pekar i motsatta riktningar från motsatta sidor av burken. Sedan på nytt böj ner dem så att de faller under burkens bas. När allt är klart bör du få följande: slangens serpentindel är placerad i mitten av burken ovanför ljuset och förvandlas till två sneda "munstycken" som ser i motsatta riktningar på burkens båda sidor.

Doppa burken i en skål med vatten, medan rörets ändar ska vara nedsänkta. Din "båt" måste ligga stadigt på ytan. Om ändarna på slangen inte är tillräckligt nedsänkta i vatten, försök väga burken lite, men dränk den inte.

Fyll röret med vatten. Det enklaste sättet är att doppa ena änden i vattnet och dra i den andra änden som ett sugrör. Du kan också blockera ett utlopp från röret med fingret och byta ut det andra under strömmen av vatten från kranen.

Tänd ett ljus. Efter ett tag kommer vattnet i röret att värmas upp och koka. När den förvandlas till ånga kommer den ut genom "munstyckena", vilket gör att hela burken snurrar i skålen.

Färgburk ångmaskin (för vuxna)

Skär ett rektangulärt hål nära basen på 4-liters färgburken. Gör ett 15 x 5 cm horisontellt rektangulärt hål i sidan av burken nära basen.
- Se till att den här burken (och den andra du använder) bara innehåller latexfärg och tvätta noggrant med tvålvatten före användning.
Klipp en 12 x 24 cm remsa av metallnät. Böj 6 cm längs längden från varje kant i en vinkel på 90 o. Du kommer att ha en 12 x 12 cm fyrkantig "plattform" med två 6 cm "ben".

Gör en halvcirkel av hålen runt lockets omkrets. Du kommer sedan att bränna kol i burken för att ge värme till ångmaskinen. Om det är syrebrist kommer kolet inte att brinna bra. För att säkerställa att burken har den nödvändiga ventilationen, borra eller slå flera hål i locket, som bildar en halvcirkel längs kanterna.
- Helst bör diametern på ventilationshålen vara ca 1 cm.
Gör en spole av kopparrör. Ta cirka 6 m mjukt kopparrör med en diameter på 6 mm och mät i ena änden 30 cm. Börja från denna punkt, gör fem varv med en diameter på 12 cm. Vik den återstående längden av röret till 15 varv med en diameter på 8 cm. Du bör ha ca 20 cm ...

För båda ändarna av spolen genom ventilerna i locket. Böj båda ändarna av spolen så att de pekar uppåt och trä båda genom ett av hålen i locket. Om längden på röret inte räcker, måste du böja en av varven något.

Placera spolen och kolet i burken. Placera spolen på nätplattformen. Fyll utrymmet runt och inuti spolen med kol. Stäng locket ordentligt.

Borra slanghålen i den mindre burken. Borra ett 1 cm hål i mitten av locket på en liters burk. Borra två 1 cm hål på sidan av burken - ett nära botten av burken och det andra ovanför det nära locket.

Sätt in ett förseglat plaströr i sidohålen på den mindre burken. Använd ändarna på kopparröret för att slå hål i mitten av de två pluggarna. Sätt in ett styvt plaströr 25 cm långt i den ena pluggen, och samma rör 10 cm långt i den andra pluggen.De ska sitta tätt i bilköerna och titta ut lite. Sätt i pluggen med det längre röret i det nedre hålet på den mindre burken och pluggen med det kortare röret i det övre hålet. Fäst rören till varje plugg med slangklämmor.

Anslut slangen på den större burken till slangen på den mindre burken. Placera den mindre burken över den större burken med röret och proppen vända bort från ventilerna på den större burken. Använd metalltejp, fäst slangen från bottenpluggen till slangen som kommer ut från botten av kopparspolen. Sedan, på samma sätt, säkrar du slangen från den övre pluggen med slangen som kommer ut från toppen av spolen.

Sätt in kopparröret i kopplingsdosan. Använd en hammare och skruvmejsel för att ta bort mittdelen av den runda metalllådan. Fäst kabelklämman med fästringen. Sätt i 15 cm kopparslang med en diameter på 1,3 cm i buntbandet så att slangen sträcker sig några centimeter under hålet i lådan. Trubba kanterna på denna ände inåt med en hammare. Sätt in den här änden av röret i hålet i locket på den mindre burken.

Stick in spetten i pluggen. Ta ett vanligt grillspett i trä och sätt in det i ena änden av en 1,5 cm lång, 0,95 cm i diameter ihålig träpinne. Sätt in pluggen med spetten i kopparröret inuti metallkopplingsdosan med spetten uppåt.
- Under driften av vår motor kommer spetten och pluggen att fungera som en "kolv". För att bättre se kolvens rörelse kan du fästa en liten pappers-"flagga" på den.
Förbered motorn för drift. Ta bort kopplingsdosan från den mindre översta burken och fyll den översta burken med vatten, låt den rinna ner i kopparspiralen tills burken är 2/3 full med vatten. Kontrollera alla anslutningar för läckor. Fäst burkens lock ordentligt genom att knacka på dem med en hammare. Sätt tillbaka kopplingsdosan över den mindre övre burken.
Starta motorn! Skrynkla ihop bitar av tidningspapper och placera dem i utrymmet under nätet längst ner på motorn. När kolen är tänd, låt den brinna i ca 20-30 minuter. När vattnet värms upp i spolen kommer ånga att börja samlas i den övre burken. När ångan har nått tillräckligt tryck kommer den att trycka pluggen och spetten uppåt. När trycket släpps kommer kolven att röra sig nedåt med tyngdkraften. Om det behövs, skär av en del av spetten för att minska kolvens vikt - ju lättare den är, desto oftare kommer den att "dyka upp". Försök att göra ett spett med en sådan vikt att kolven "rör sig" i konstant takt.
- Du kan påskynda förbränningsprocessen genom att öka luftflödet in i ventilerna med en hårtork.
Observera säkerheten. Vi anser att det är självklart att man måste vara försiktig när man arbetar och hanterar en hemmagjord ångmaskin. Kör den aldrig inomhus. Kör den aldrig nära brandfarliga material som torra löv eller överhängande trädgrenar. Använd endast motorn på en fast, icke brandfarlig yta som betong. Om du arbetar med barn eller tonåringar bör de inte lämnas utan uppsikt. Barn och ungdomar är förbjudna att närma sig motorn medan det brinner träkol i den. Om du inte känner till temperaturen på motorn, anta då att den är så varm att den inte kan röras.
- Se till att ånga kan komma ut från den övre "pannan". Om kolven av någon anledning fastnar kan tryck byggas upp inuti den mindre burken. I värsta fall kan banken explodera, vilket mycket farlig.

Placera ångmaskinen i en plastbåt, doppa båda ändarna i vattnet för att skapa en ångleksak. Du kan skära en enkel båt ur en plastflaska med läsk eller blekmedelsflaska för att göra din leksak mer hållbar.

Processen att uppfinna ångmaskinen, som ofta är fallet inom teknik, sträckte sig i nästan ett sekel, så valet av datum för denna händelse är ganska godtyckligt. Ingen förnekar dock att genombrottet som ledde till den tekniska revolutionen genomfördes av skotten James Watt.

Man tänkte på att använda ånga som ett arbetsmedium även i antiken. Men först vid sekelskiftet XVII-XVIII. lyckades hitta ett sätt att göra användbart arbete med steam. Ett av de första försöken att sätta ånga i människans tjänst gjordes i England 1698: uppfinnaren Saverys maskin designades för att dränera gruvor och pumpa vatten. Det är sant att Saverys uppfinning ännu inte var en motor i ordets fulla bemärkelse, eftersom det, förutom flera ventiler som öppnades och stängdes manuellt, inte fanns några rörliga delar i den. Saverys maskin fungerade enligt följande: först fylldes en förseglad tank med ånga, sedan kyldes den yttre ytan av tanken med kallt vatten, vilket kondenserade ångan, och ett partiellt vakuum skapades i tanken. Därefter sögs vatten - till exempel från gruvans botten - in i tanken genom inloppsröret och kastades ut efter att nästa portion ånga hade injicerats.

Den första ångmaskinen med kolv byggdes av fransmannen Denis Papin 1698. Vatten värmdes inuti en vertikal cylinder med en kolv, och den resulterande ångan tryckte kolven uppåt. När ångan svalnade och kondenserades trycktes kolven ner av atmosfärstryck. Genom ett system av block kunde Papens ångmaskin driva olika mekanismer, till exempel pumpar.

En mer perfekt maskin byggdes 1712 av den engelske smeden Thomas Newcomen. Liksom i Papen-maskinen rörde sig kolven i en vertikal cylinder. Ånga från pannan kom in i cylinderns bas och lyfte upp kolven. När kallt vatten sprutades in i cylindern kondenserades ångan, ett vakuum bildades i cylindern och kolven sjönk ner under påverkan av atmosfärstrycket. Detta backslag tog bort vattnet från cylindern och lyfte upp pumpstången med hjälp av en kedja kopplad till en vippa som rörde sig som en gunga. När kolven var på den lägsta punkten av sitt slag kom ånga in i cylindern igen och med hjälp av en motvikt fäst på pumpstången eller på vipparmen höjdes kolven till sitt ursprungliga läge. Därefter upprepades cykeln.

Newcomen-maskinen har använts flitigt i Europa i över 50 år. På 1740-talet gjorde en maskin med en cylinder 2,74 m lång och 76 cm i diameter det arbete på en dag som ett team på 25 personer och 10 hästar, som arbetade i skift, gjorde på en vecka. Och ändå var dess effektivitet extremt låg.

Den industriella revolutionen manifesterade sig tydligast i England, främst inom textilindustrin. Obalansen mellan utbudet av tyger och den snabbt ökande efterfrågan har lockat de bästa designmännen till utvecklingen av spinn- och vävmaskiner. Namnen på Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves har för alltid gått in i den engelska teknikens historia. Men spinn- och vävmaskinerna som skapades av dem behövde en kvalitativt ny, universell motor, som kontinuerligt och jämnt (detta är vad ett vattenhjul inte kunde tillhandahålla) förde maskinerna i enkelriktad rotationsrörelse. Det var här som den berömda ingenjörens talang, "trollkarlen från Greenock" James Watt, dök upp i all sin briljans.

Watt föddes i den skotska staden Greenock i familjen till en skeppsbyggare. Medan han arbetade som lärling i verkstäder i Glasgow, under de första två åren, förvärvade James kvalifikationerna som en gravör, en mästare i tillverkning av matematiska, geodetiska, optiska instrument och olika navigationsinstrument. På inrådan av sin farbror, en professor, gick James in på det lokala universitetet som mekaniker. Det var här som Watt började arbeta med ångmaskiner.

James Watt försökte förbättra Newcomens ång-atmosfäriska motor, som i allmänhet bara var lämplig för att pumpa vatten. Det stod klart för honom att den största nackdelen med Newcomen-maskinen var den omväxlande uppvärmningen och kylningen av cylindern. 1765 kom Watt på idén att en cylinder kunde vara permanent varm om ångan dränerades in i en separat tank genom en rörledning med en ventil innan kondensering. Dessutom gjorde Watt flera förbättringar som slutligen förvandlade den ångatmosfäriska motorn till en ångmotor. Till exempel uppfann han en gångjärnsmekanism - "Watts parallellogram" (så kallad eftersom några av länkarna - spakar som utgör den bildar ett parallellogram), som omvandlade kolvens fram- och återgående rörelse till huvudaxelns rotationsrörelse. Nu kunde vävstolarna köras oavbrutet.

1776 testades Watts bil. Dess effektivitet visade sig vara dubbelt så hög som Newcomen-maskinen. 1782 byggde Watt den första universella dubbelverkande ångmaskinen. Ånga kom in i cylindern växelvis från ena sidan av kolven, sedan från den andra. Därför gjorde kolven både ett fungerande och ett omvänt slag med hjälp av ånga, vilket inte fanns i tidigare maskiner. Eftersom kolvstången drog och tryckte in en dubbelverkande ångmaskin fick det gamla kedje- och vippdrivsystemet, som bara reagerade på drag, designas om. Watt utvecklade ett kopplat länksystem och använde en planetmekanism för att omvandla kolvstångens fram- och återgående rörelse till roterande rörelse, med hjälp av ett tungt svänghjul, en centrifugalhastighetsregulator, en skivventil och en tryckmätare för att mäta ångtrycket. Watts patenterade "roterande ångmaskin" användes först allmänt i spinnerier och väverier och senare i andra industriföretag. Watts motor var lämplig för vilken maskin som helst, och uppfinnarna av självgående mekanismer var inte sena att dra fördel av detta.

Watts ångmaskin var verkligen århundradets uppfinning och början på den industriella revolutionen. Men uppfinnaren stannade inte där. Grannar såg mer än en gång förvånade när Watt jagade hästar genom ängen och drog särskilt utvalda vikter. Så här såg kraftenheten ut - Hästkraft, som senare fick allmänt erkännande.

Tyvärr tvingade ekonomiska svårigheter Watt, redan i vuxen ålder, att genomföra geodetiska undersökningar, arbeta med byggnation av kanaler, bygga hamnar och småbåtshamnar och slutligen gå till en ekonomiskt förslavande allians med entreprenören John Rebeck, som snart drabbades av en total ekonomisk kollaps.

För exakt 212 år sedan, den 24 december 1801, i den lilla engelska staden Camborne, visade mekanikern Richard Trevithick för allmänheten den första bilen med ångmaskin, Dog Carts. Idag kunde denna händelse säkert hänföras till kategorin, om än anmärkningsvärd, men obetydlig, särskilt eftersom ångmaskinen var känd tidigare, och till och med användes på fordon (även om det skulle vara en sträcka att kalla dem bilar) ... Men här är vad som är intressant: just nu har tekniska framsteg skapat en situation som påfallande påminner om eran av den stora "striden" med ånga och bensin i början av 1800-talet. Endast batterier, väte och biobränslen kommer att behöva kämpa. Vill du veta hur det kommer att sluta och vem som vinner? Jag kommer inte att fråga. Låt mig ge dig ett tips: teknik har ingenting med det att göra ...

1. Passionen för ångmaskiner har försvunnit, och tiden har kommit för motorer inre förbränning. För fallets bästa upprepar jag: 1801 rullade en fyrhjulig vagn längs gatorna i Camborne, kapabel att transportera åtta passagerare med relativ komfort och långsamhet. Bilen drevs av en encylindrig ångmaskin och bränslet var kol. Skapandet av ångfordon togs upp med entusiasm, och redan på 20-talet av XIX-talet transporterade passagerarångomnibussar passagerare med en hastighet på upp till 30 km / h, och den genomsnittliga omloppstiden nådde 2,5-3 tusen km.

Låt oss nu jämföra denna information med andra. Samma 1801 fick fransmannen Philippe Le Bon patent på designen av en kolvförbränningsmotor som körs på lampgas. Det hände sig att tre år senare dog Le Bon, och andra var tvungna att utveckla de tekniska lösningar han föreslog. Först 1860 samlade den belgiske ingenjören Jean Etienne Lenoir gasmotor med tändning från en elektrisk gnista och förde dess design till graden av lämplighet för installation på ett fordon.

Så, bilångmotorer och förbränningsmotorer är praktiskt taget lika gamla. Verkningsgraden för en ångmaskin av den designen var cirka 10 % under dessa år. Verkningsgraden för Lenoir-motorn var endast 4%. Bara 22 år senare, 1882, förbättrade August Otto det så att verkningsgraden hos den nu bensinmotor nådde ... så mycket som 15%.

2. Ångdragning är bara ett kort ögonblick i framstegens historia. Med början 1801 varade historien om ångtransport nästan 159 år. 1960 (!) byggdes fortfarande bussar och lastbilar med ångmaskiner i USA. Ångmaskiner har förbättrats avsevärt under denna tid. År 1900 i USA var 50% av parkeringen "ånga". Redan under de åren uppstod konkurrens mellan ånga, bensin och – uppmärksamhet! - elvagnar. Efter marknadsframgången för Fords Model-T och, som det verkar, nederlaget för ångmotorn, föll en ny ökning av populariteten för ångbilar på 20-talet av förra seklet: bränslekostnaden för dem (bränsleolja, fotogen) var betydligt lägre än kostnaden för bensin.

Fram till 1927 producerade Stanley cirka 1 000 ångbilar per år. I England konkurrerade ångbilar framgångsrikt med bensinbilar fram till 1933 och förlorade bara för att myndigheterna införde en skatt på tunga godstransporter och lägre tullar på import av flytande petroleumprodukter från USA.

3. Ångmaskinen är ineffektiv och oekonomisk. Ja, det var så en gång. Den "klassiska" ångmaskinen, som släppte ut avgasånga i atmosfären, har en verkningsgrad på högst 8%. En ångmaskin med kondensor och profilerad flödesväg har dock en verkningsgrad på upp till 25–30 %. Ångturbinen ger 30–42 %. Kombianläggningar, där gas- och ångturbiner används "i tandem", har en verkningsgrad på upp till 55–65 %. Den senare omständigheten fick BMW-ingenjörer att börja arbeta med alternativ för att använda detta system i bilar. Förresten, effektiviteten av moderna bensinmotorerär 34 %.

Kostnaden för att tillverka en ångmaskin var hela tiden lägre än kostnaden för en förgasare och dieselmotor med samma effekt. Förbrukningen av flytande bränsle i nya ångmotorer som arbetar i en sluten cykel på överhettad (torr) ånga och utrustade med moderna smörjsystem, högkvalitativa lager och elektroniska system för att reglera driftcykeln är bara 40% av den tidigare.

4. Ångmotor börjar långsamt. Och det var en gång ... Till och med Stanley-företagets produktionsbilar "gjorde par" i 10 till 20 minuter. Förbättring av pannans design och införande av kaskaduppvärmningsläge minskade beredskapstiden till 40-60 sekunder.

5. Ångbilen är för maklig. Det är inte sant. 1906 års hastighetsrekord - 205,44 km/h - tillhör ångbilen. Under dessa år visste bilar på bensinmotorer inte hur man kör så fort. 1985 körde en ångbil runt med en hastighet av 234,33 km/h. Och 2009 designade en grupp brittiska ingenjörer en ångturbin "bolide" med en ångdrivning med en kapacitet på 360 liter. med., som kunde röra sig med rekordhög medelhastighet i loppet - 241,7 km/h.

6. Ångbilen ryker, den är inte estetisk. Genom att undersöka de gamla ritningarna, som föreställer de första ångvagnarna, kastar tjocka moln av rök och eld från sina rör (vilket förresten vittnar om ofullkomligheten i ugnarna i de första "ångmaskinerna"), förstår du var den ihärdiga förening av en ångmaskin och sot kom från.

Rörande utseende maskiner, poängen här beror naturligtvis på konstruktörens nivå. Knappast någon kommer att säga att Abner Dobles (USA) ångbilar är fula. Tvärtom, de är eleganta även i våra dagar. Och vi körde dessutom tyst, smidigt och snabbt - upp till 130 km/h.

Intressant nog har modern forskning inom området vätebränsle för bilmotorer skapat ett antal "sidogrenar": väte som bränsle för klassiska kolvångmotorer och speciellt för ångturbinmotorer säkerställer absolut miljövänlighet. "Röken" från en sådan motor är ... vattenånga.

7. Ångmaskinen är nyckfull. Det är inte sant. Han är konstruktivt betydelsefull enklare motor inre förbränning, vilket i sig innebär större tillförlitlighet och anspråkslöshet. Livslängden för ångmaskiner är många tiotusentals timmars kontinuerlig drift, vilket inte är typiskt för andra typer av motorer. Detta är dock inte slutet på det. På grund av driftprinciperna förlorar inte ångmaskinen effektivitet när atmosfärstrycket sjunker. Exakt på grund av denna anledning fordonångdrivna är extremt väl lämpade för användning i höglandet, på svåra bergspass.

Det är intressant att notera ytterligare en användbar egenskap hos en ångmaskin, som förresten liknar en likströms elektrisk motor. En minskning av axelhastigheten (till exempel med en ökning av belastningen) orsakar en ökning av vridmomentet. På grund av denna egenskap behöver bilar med ångmotorer i grunden inte växellådor - i sig själva är de mycket komplexa och ibland nyckfulla mekanismer.

Ångmotor

Tillverkningskomplexitet: ★★★★ ☆

Produktionstid: En dag

Scrapbook: ████████░░ 80%

I den här artikeln kommer jag att visa dig hur man gör en DIY-ångmaskin. Motorn kommer att vara liten, enkel kolv med en spole. Kraften kommer att räcka för att rotera rotorn på en liten generator och använda denna motor som en autonom elkälla när du vandrar.

Teleskopantenn (kan tas bort från en gammal TV eller radio), diametern på det tjockaste röret måste vara minst 8 mm
Litet rör för kolvpar (vvs-butik).
Koppartråd med en diameter på ca 1,5 mm (finns i en transformatorspole eller radioaffär).
Bultar, muttrar, skruvar
Bly (i fiskeaffären eller finns i den gamla bil batteri). Det behövs för att forma svänghjulet. Jag hittade ett färdigt svänghjul, men det här föremålet kan komma till nytta för dig.
Trästänger.
Cykelhjul ekrar
Stativ (i mitt fall av en 5 mm tjock PCB-skiva, men plywood passar också).
Träblock (brädbitar)
Olivburk
Ett rör

Superlim, kallsvetsning, epoxi (byggmarknad).
Smärgel
Borra
Lödkolv
Bågfil

Hur man gör en ångmaskin

Motordiagram

Cylinder och spolrör.

Klipp av 3 stycken från antennen:
? Den första biten är 38 mm lång och 8 mm i diameter (cylindern själv).
? Den andra biten är 30 mm lång och 4 mm i diameter.
? Den tredje är 6 mm lång och 4 mm i diameter.

Ta rör nr 2 och gör ett 4 mm hål i mitten av det. Ta tub # 3 och limma den vinkelrätt mot tub # 2, efter att superlimmet har torkat kommer vi att belägga allt med kallsvetsning (till exempel POXIPOL).

Vi fäster en rund järnbricka med ett hål i mitten på bit nr 3 (diametern är något större än rör nr 1), efter torkning förstärker vi den med kallsvetsning.

Dessutom täcker vi alla sömmar med epoxi för bättre täthet.

Hur man gör en kolv med en vevstake

Ta en bult (1) med en diameter på 7 mm och kläm fast den i ett skruvstycke. Vi börjar linda koppartråd (2) på den i cirka 6 varv. Vi täcker varje varv med superlim. Vi skär av de överflödiga ändarna av bulten.

Vi täcker tråden med epoxi. Efter torkning justerar vi kolven med ett sandpapper under cylindern så att den rör sig fritt där, utan att släppa in luft.

Av en aluminiumplåt gör vi en remsa 4 mm lång och 19 mm lång. Ge den formen av bokstaven P (3).

Borra hål (4) 2 mm i diameter i båda ändar så att en sticka kan stickas in. Sidorna på den U-formade delen ska vara 7x5x7 mm. Vi limmar den på kolven med en sida som är 5 mm.

Vevstången (5) är gjord av en cykeleker. Till båda ändarna av stickorna limmar vi på två små bitar av rör (6) från antennen med en diameter och längd på 3 mm. Avståndet mellan vevstakens centrum är 50 mm. Därefter sätter vi in vevstaken med ena änden i den U-formade delen och fixerar den med en sticka med gångjärn.

Vi limmar nålen från båda ändarna så att den inte faller ut.

Triangel vevstake

Triangelns vevstång är gjord på ett liknande sätt, bara på ena sidan kommer det att finnas en bit av ekern, och på den andra kommer det att finnas ett rör. Längden på vevstaken är 75 mm.

Triangel och spole

Ångkokare

En burk oliver med ett förseglat lock kommer att fungera som en ångpanna. Jag lödde även muttern så att vatten kan hällas genom den och dras åt ordentligt med en bult. Jag lödde även fast röret på locket.
Här är ett foto:

Bild på hela motorn

Vi monterar motorn på en träplattform och placerar varje element på ett stöd

Ångmotor video
Version 2.0

Kosmetisk revidering av motorn. Tanken har nu en egen träplattform och fat för torrbränsletabletter. Alla delar är målade i vackra färger. Förresten, som värmekälla är det bäst att använda en hemlagad