smyčky 

Parní stroje - od prvního parního stroje až po současnost. Parní auto v 21. století? Je to skutečnější než kdy jindy Kdo vynalezl 1 parní stroj

První dvouválcový vakuový parní stroj v Rusku zkonstruoval mechanik I.I. Polzunov v roce 1763 a postaven v roce 1764 v Barnaul. James Watt, který byl členem komise pro přijetí Polzunovova vynálezu, získal patent na parní stroj v Londýně v dubnu 1784 a je považován za jeho vynálezce!

Polzunov, Ivan Ivanovič

- mechanik, který zařídil první parní stroj v Rusku; syn vojáka jekatěrinburských těžařských společností, v deseti letech nastoupil do jekatěrinburské aritmetické školy, kde kurz zakončil s titulem strojník. Mezi několika mladými lidmi byl Polzunov poslán do Barnaulu do státních důlních závodů, kde byl v roce 1763 vrchním mistrem. Polzunov, který se zabýval konstrukcí strojů s vodními motory používaných v hutích a dolech, upozornil na obtížnost uspořádání takových strojů v oblastech vzdálených od řek a usadil se na myšlence použití páry jako motoru. Existují určité důkazy, které naznačují, že tato myšlenka ho nenapadla nezávisle, ale pod vlivem Schlatterovy knihy: „Podrobný návod k hornictví“ (St. Petersburg, 1760), v jejíž desáté kapitole je první popis v ruštině byl publikován. Parní motor, jmenovitě stroj Newcomen. Polzunov se energicky chopil realizace svého nápadu, začal studovat sílu a vlastnosti vodní páry, kreslil výkresy a dělal modely. Přesvědčen, po zdlouhavých výzkumech a experimentech o možnosti nahradit hnací sílu vody silou páry a dokázat to na modelech, se v dubnu 1763 Polzunov obrátil na šéfa továren Kolyvano-Voskresensky, generálmajora A. I. Porošina, s dopis, ve kterém , načrtl motivy, které ho přiměly najít novou sílu, požádal o finanční prostředky na stavbu jím vynalezeného „ohnivého stroje“. Polzunovův projekt byl nahlášen kabinetu Jejího Veličenstva s žádostí o uvolnění částky potřebné na stavbu stroje. Podle zprávy kabinetu následoval dekret Kateřiny II., kterým "pro větší povzbuzení" udělila Polzunovovi mechanikům plat a hodnost inženýrského kapitána-poručíka, nařídila vydat 400 rublů jako odměna. a poukázal na to, „pokud ho v továrnách nepotřebují, pošlete ho se stříbrem do Petrohradu“ na dva nebo tři roky do Akademie věd, aby si doplnil vzdělání. Úřady ale Polzunova nenechaly odejít a požádaly, aby byl poslán na nějakou dobu do Akademie věd ke zrušení, „protože je ho tady krajně potřeba, aby se do praxe dostal ten stroj pracující ve dvojicích“. S ohledem na to musel Polzunov zůstat na Sibiři až do konce případu. Do té doby bylo odloženo i vydání výše zmíněných 400 rublů. Byly mu uvolněny podle odhadu, který mu byl předložen, potřebné částky a materiál a dostal příležitost zahájit stavbu. To již 20. května 1765 hlásil Polzunov přípravné práce dokončena a že stroj bude uveden do provozu v říjnu téhož roku. Ale tou dobou nebylo auto připravené. Množství nepředvídaných obtíží a nezkušenost dělníků zpomalila postup prací. Mnoho materiálů potřebných ke stavbě stroje se navíc na Sibiři nepodařilo sehnat. Musel jsem je vypsat z Jekatěrinburgu a očekávat, že budou odeslány během několika měsíců. V prosinci 1765 Polzunov dokončil vůz a utratil za něj 7435 rublů. 51 kop. Svůj vynález však neviděl v praxi. Test vozu byl v Barnaulu naplánován na 20. května 1766 a 16. května téhož roku již Polzunov zemřel „na těžké krvácení z hrtanu“. Polzunovův stroj pod vedením jeho studentů Levzina a Černitsina během dvou měsíců roztavil 9335 položek zmeinogorských rud v Barnaulu, ale brzy byl jeho provoz v Barnaulu ukončen „jako nepotřebný“ a nejsou žádné informace, zda byl použit u těch, kteří neměl vodní motory Závod Zmeinogorsk a důl Semenovskij, kam to původně zamýšlel sám vynálezce a jeho nadřízení, V roce 1780 byl „stroj sestrojený Polzunovem, provozovaný na páru, a konstrukce rozbity“. V Barnaulském hornickém muzeu je model Polzunovova stroje. Polzunovovi nelze připsat, jak to někteří dělají, čest, že vynalezl první parní stroj. Přesto byl Polzunovův stroj ve skutečnosti prvním parním strojem vyrobeným v Rusku, který nebyl objednán ze zahraničí; použití parního stroje v roce 1765 nikoli pro zvedání vody, ale pro jiný průmyslový účel, by mělo být považováno za samostatný vynález, protože v Anglii bylo poprvé použito parního stroje pro čerpání vzduchu až v roce 1765.

Možnosti využití parní energie byly známy již na počátku našeho letopočtu. Potvrzuje to zařízení zvané Heronův aeolipil, které vytvořil starořecký mechanik Heron z Alexandrie. Starověký vynález lze připsat parní turbíně, jejíž koule se otáčela silou trysek vodní páry.

Upravit páru pro provoz motorů bylo možné v 17. století. Takový vynález dlouho nepoužívali, ale významně přispěl k rozvoji lidstva. Historie vynálezu parních strojů je navíc velmi fascinující.

pojem

Parní stroj se skládá z tepelného motoru s vnějším spalováním, který z energie vodní páry vytváří mechanický pohyb pístu, který zase otáčí hřídelí. Výkon parního stroje se obvykle měří ve wattech.

Historie vynálezu

Historie vynálezu parních strojů je spjata se znalostmi starověké řecké civilizace. Díla této doby dlouho nikdo nepoužíval. V 16. století byl učiněn pokus o vytvoření parní turbíny. V Egyptě na tom pracoval turecký fyzik a inženýr Takiyuddin ash-Shami.

Zájem o tento problém se znovu objevil v 17. století. V roce 1629 Giovanni Branca navrhl svou vlastní verzi parní turbíny. Vynálezy se však ztratily velký počet energie. Další vývoj si vyžádal odpovídající ekonomické podmínky, které se projeví později.

První člověk, který vynalezl parní stroj, je Denis Papin. Vynálezem byl válec s pístem stoupajícím vlivem páry a klesajícím v důsledku jeho ztluštění. Zařízení Saveryho a Newcomena (1705) měly stejný princip činnosti. Zařízení sloužilo k odčerpávání vody z důlních děl při těžbě nerostů.

Wattovi se v roce 1769 podařilo zařízení konečně vylepšit.

Vynálezy Denise Papina

Denis Papin byl vystudovaný lékař. Narodil se ve Francii a v roce 1675 se přestěhoval do Anglie. Je známý mnoha svými vynálezy. Jedním z nich je tlakový hrnec, kterému se říkalo „Papenovův kotel“.

Podařilo se mu odhalit vztah mezi dvěma jevy, a to teplotou varu kapaliny (vody) a tlakem, který se objevuje. Díky tomu vytvořil utěsněný kotel, uvnitř kterého se zvýšil tlak, díky čemuž se voda vařila později než obvykle a zvýšila se teplota zpracování produktů v ní umístěných. Tím se zvýšila rychlost vaření.

V roce 1674 vytvořil lékařský vynálezce práškový motor. Jeho práce spočívala v tom, že při vznícení střelného prachu se ve válci pohyboval píst. Ve válci se vytvořilo mírné vakuum a atmosférický tlak vrátil píst na své místo. Výsledné plynné prvky vystupovaly ventilem a zbývající byly ochlazeny.

Do roku 1698 se Papinovi podařilo vytvořit jednotku založenou na stejném principu, pracující nikoli na střelném prachu, ale na vodě. Tak vznikl první parní stroj. Navzdory výraznému pokroku, ke kterému mohla myšlenka vést, nepřinesla svému vynálezci výrazné výhody. Bylo to způsobeno tím, že již dříve jiný mechanik Savery patentoval parní čerpadlo a do té doby ještě nepřišli s jinou aplikací pro takové jednotky.

Denis Papin zemřel v Londýně v roce 1714. Navzdory tomu, že první parní stroj vynalezl právě on, opustil tento svět v nouzi a osamělosti.

Vynálezy Thomase Newcomena

Úspěšnější z hlediska dividend byl Angličan Newcomen. Když Papin vytvořil svůj stroj, Thomasovi bylo 35 let. Pečlivě studoval práce Saveryho a Papina a dokázal pochopit nedostatky obou návrhů. Od nich si vzal všechny nejlepší nápady.

Již v roce 1712 ve spolupráci se sklářským a instalatérským mistrem Johnem Calleym vytvořil svůj první model. Pokračovala tak historie vynálezu parních strojů.

Vytvořený model můžete stručně vysvětlit následovně:

  • Konstrukce kombinovala svislý válec a píst, jako má Papin.
  • Tvorba páry probíhala v samostatném kotli, který fungoval na principu stroje Savery.
  • Těsnosti v parním válci bylo dosaženo díky kůži, která byla pokryta pístem.

Jednotka Newcomen získávala vodu z dolů pomocí atmosférický tlak. Stroj se vyznačoval solidními rozměry a k provozu vyžadoval velké množství uhlí. Přes tyto nedostatky se Newcomenův model používal v dolech půl století. Umožnil dokonce znovuotevření dolů, které byly opuštěny kvůli záplavám spodní vody.

V roce 1722 prokázal Newcomenův nápad svou účinnost tím, že během pouhých dvou týdnů odčerpal vodu z lodi v Kronštadtu. Systém větrných mlýnů by to mohl zvládnout za rok.

Vzhledem k tomu, že stroj vycházel z raných verzí, nepodařilo se na něj anglickému mechanikovi získat patent. Konstruktéři se pokusili vynález aplikovat na pohyb vozidla, ale neuspěli. Tím historie vynálezu parních strojů neskončila.

Wattův vynález

První, kdo vynalezl zařízení kompaktní velikosti, ale dostatečně výkonné, James Watt. Parní stroj byl první svého druhu. Mechanik z univerzity v Glasgow v roce 1763 začal opravovat parní stroj Newcomen. V důsledku opravy pochopil, jak snížit spotřebu paliva. K tomu bylo nutné udržovat válec v neustále zahřátém stavu. Wattův parní stroj však nemohl být připraven, dokud nebyl vyřešen problém s kondenzací páry.

Řešení přišlo, když kolem prádelen procházel mechanik a všiml si obláček páry vycházejících zpod vík kotlů. Uvědomil si, že pára je plyn a musí cestovat ve válci se sníženým tlakem.

Utěsněním vnitřku parního válce olejem nasáklým konopným lanem se Watt dokázal vzdát atmosférického tlaku. To byl velký krok vpřed.

V roce 1769 získal mechanik patent, který uváděl, že teplota motoru v parním stroji se bude vždy rovnat teplotě páry. Záležitosti nešťastného vynálezce se však nevyvíjely podle očekávání. Byl nucen zastavit patent na dluh.

V roce 1772 se setkal s Matthew Boltonem, který byl bohatým průmyslníkem. Koupil a vrátil Wattovi jeho patenty. Vynálezce se vrátil do práce, podporovaný Boltonem. V roce 1773 byl Wattův parní stroj testován a ukázal, že spotřebuje uhlí mnohem méně než jeho protějšky. O rok později začala výroba jeho vozů v Anglii.

V roce 1781 se vynálezci podařilo patentovat svůj další výtvor – parní stroj pro pohon průmyslových strojů. Všechny tyto technologie časem umožní pohyb vlaků a parníků pomocí páry. Člověku to úplně změní život.

Jedním z lidí, kteří mnohým změnili život, byl James Watt, jehož parní stroj urychlil technologický pokrok.

Polzunovův vynález

Návrh prvního parního stroje, který mohl pohánět různé pracovní mechanismy, vznikl v roce 1763. Vyvinul jej ruský mechanik I. Polzunov, který pracoval v důlních závodech na Altaji.

Šéf továren byl s projektem seznámen a dostal souhlas k vytvoření zařízení z Petrohradu. Parní stroj Polzunov byl uznán a práce na jeho vytvoření byla svěřena autorovi projektu. Ten chtěl nejprve sestavit miniaturní model, aby identifikoval a odstranil případné nedostatky, které nejsou vidět na papíře. Dostal však příkaz, aby začal stavět velký výkonný stroj.

Polzunovovi byli poskytnuti pomocníci, z nichž dva inklinovali k mechanikům a dva měli vykonávat pomocné práce. Stavba parního stroje trvala jeden rok a devět měsíců. Když byl Polzunovův parní stroj téměř hotový, onemocněl spotřebou. Tvůrce zemřel pár dní před prvními testy.

Všechny akce ve stroji probíhaly automaticky, mohl pracovat nepřetržitě. To bylo prokázáno v roce 1766, kdy Polzunovovi studenti provedli poslední testy. O měsíc později bylo zařízení uvedeno do provozu.

Auto nejen vrátilo vynaložené peníze, ale také přineslo zisk svým majitelům. Na podzim kotel začal vytékat a práce se zastavily. Jednotku bylo možné opravit, ale to nezajímalo vedení továrny. Auto bylo opuštěno a o deset let později bylo rozebráno jako nepotřebné.

Princip fungování

Pro provoz celého systému je nutný parní kotel. Vzniklá pára expanduje a tlačí na píst, což má za následek pohyb mechanických částí.

Princip fungování je nejlépe prostudovat pomocí obrázku níže.

Pokud nebudete malovat detaily, pak práce parního stroje spočívá v přeměně energie páry na mechanický pohyb pístu.

Účinnost

Účinnost parního stroje je dána poměrem užitečné mechanické práce ve vztahu k množství vynaloženého tepla, které je obsaženo v palivu. Nebere v úvahu energii, která se uvolňuje životní prostředí jako teplo.

Účinnost parního stroje se měří v procentech. Praktická účinnost bude 1-8%. V přítomnosti kondenzátoru a rozšíření průtokové cesty se může indikátor zvýšit až o 25%.

Výhody

Hlavní výhoda parní zařízení spočívá v tom, že kotel může jako palivo využívat jakýkoli zdroj tepla, jak uhlí, tak uran. Tím se výrazně odlišuje od spalovacího motoru. V závislosti na typu posledně jmenovaného je vyžadován určitý druh paliva.

Historie vynálezu parních strojů ukázala výhody, které jsou patrné dodnes, protože pro parní protějšek lze využít jadernou energii. Jaderný reaktor sám o sobě nedokáže přeměnit svou energii na mechanickou práci, ale je schopen generovat velké množství tepla. Z ní se pak vytváří pára, která uvede auto do pohybu. Stejným způsobem to lze aplikovat solární energie.

Parní lokomotivy fungují dobře ve vysokých nadmořských výškách. Efektivita jejich práce netrpí nízkým atmosférickým tlakem v horách. V horách Latinské Ameriky se stále používají parní lokomotivy.

V Rakousku a Švýcarsku se používají nové verze parních lokomotiv na suchou páru. Vykazují vysokou účinnost díky mnoha vylepšením. Jsou nenáročné na údržbu a jako palivo spotřebovávají lehké ropné frakce. V ekonomických ukazatelích jsou srovnatelné s moderními elektrickými lokomotivami. Parní lokomotivy jsou přitom mnohem lehčí než jejich dieselové a elektrické protějšky. To je velká výhoda v horském terénu.

Nedostatky

Mezi nevýhody patří především nízká účinnost. K tomu je třeba přičíst objemnost provedení a nízkou rychlost. Zvláště patrné to bylo po nástupu spalovacího motoru.

aplikace

Kdo vynalezl parní stroj, je již známo. Zbývá zjistit, kde byly použity. Až do poloviny dvacátého století se parní stroje používaly v průmyslu. Používaly se také pro železniční a parní dopravu.

Továrny, které provozovaly parní stroje:

  • cukr;
  • zápas;
  • papírny;
  • textil;
  • potravinářské podniky (v některých případech).

Součástí tohoto vybavení jsou i parní turbíny. Generátory elektřiny s jejich pomocí stále fungují. Asi 80 % světové elektřiny se vyrábí pomocí parních turbín.

V době, kdy byly vytvořeny různé druhy vozidla na parní pohon. Některé se kvůli nevyřešeným problémům neujaly, jiné fungují dodnes.

Přeprava na páru:

  • automobil;
  • traktor;
  • rypadlo;
  • letoun;
  • lokomotiva;
  • plavidlo;
  • traktor.

Taková je historie vynálezu parních strojů. Zvažte krátce dobrý příklad o závodním voze Serpolle, vytvořeném v roce 1902. Stanovil světový rychlostní rekord, který na souši činil 120 km za hodinu. To je důvod, proč byly parní vozy konkurenceschopné ve vztahu k elektrickým a benzínovým protějškům.

V roce 1900 se tedy v USA vyrábělo nejvíce parních strojů. Na silnicích se potkávali až do třicátých let dvacátého století.

Většina těchto vozidel se stala neoblíbenou po nástupu spalovacího motoru, jehož účinnost je mnohem vyšší. Takové stroje byly hospodárnější, přitom lehké a rychlé.

Steampunk jako trend éry parních strojů

Když už jsme u parních strojů, rád bych zmínil oblíbený směr – steampunk. Termín se skládá ze dvou anglická slova- „pára“ a „protest“. Steampunk je druh sci-fi, který se odehrává v druhé polovině 19. století ve viktoriánské Anglii. Toto období v historii je často označováno jako Age of Steam.

Všechny práce mají jeden rozlišovací znak- vyprávějí o životě 2. poloviny 19. století, styl vyprávění zároveň připomíná román H. G. Wellse "Stroj času". Pozemky popisují městskou krajinu, veřejné budovy, technologie. Zvláštní místo mají vzducholodě, stará auta, bizarní vynálezy. Všechny kovové části byly upevněny nýty, protože svařování ještě nebylo použito.

Termín „steampunk“ vznikl v roce 1987. Jeho popularita je spojena s výskytem románu "The Difference Engine". Napsali ji v roce 1990 William Gibson a Bruce Sterling.

Na začátku 21. století bylo tímto směrem propuštěno několik slavných filmů:

  • "Stroj času";
  • "Liga výjimečných";
  • "Van Helsing".

K předchůdcům steampunku patří díla Julese Verna a Grigorije Adamova. Zájem o tento směr se čas od času projevuje ve všech sférách života - od kina až po každodenní oblečení.

V mysli většiny lidí v době chytrých telefonů jsou auta poháněná párou něčím archaickým, co vyvolává úsměv. Parní stránky historie automobilového průmyslu byly velmi světlé a bez nich si lze jen těžko představit moderní dopravu obecně. Bez ohledu na to, jak tvrdí skeptici z tvorby zákonů, stejně jako ropní lobbisté, rozdílné země omezit vývoj auta pro pár, podařilo se jim to jen na chvíli. Parní vůz je totiž jako Sfinga. Myšlenka auta pro pár (tedy na spalovací motor) je aktuální dodnes.

V mysli většiny lidí v době chytrých telefonů jsou auta poháněná párou něčím archaickým, co vyvolává úsměv.

V roce 1865 tedy v Anglii zavedli zákaz pohybu vysokorychlostních vozů s vlastním pohonem na páru. Měli zakázáno pohybovat se po městě rychleji než 3 km/h a nevypouštět obláčky páry, aby nevyplašili koně zapřažené do běžných povozů. Nejvážnější a nejcitelnější ranou pro parní vozy byl již v roce 1933 zákon o dani z těžkých vozidel. Teprve v roce 1934, kdy byla snížena cla na dovoz ropných produktů, se na obzoru rýsovalo vítězství benzinových a naftových motorů nad parními.

Jen v Anglii si mohli dovolit tak elegantním a chladnokrevným způsobem posmívat se pokroku. V USA, Francii, Itálii prostředí vynálezců-nadšenců doslova kypělo nápady a parní vůz získával nové tvary a vlastnosti. Přestože britští vynálezci významně přispěli k vývoji parních vozidel, zákony a předsudky úřadů jim nedovolily plně se zapojit do bitvy se spalovacím motorem. Ale pojďme mluvit o všem popořadě.

Prehistorický odkaz

Historie vývoje parního vozu je nerozlučně spjata s historií vzniku a zdokonalování parního stroje. Když v 1. století n. l. E. Heron of Alexandria navrhl svůj nápad, aby pára rotovala kovovou kouli, jeho nápad byl považován za nic víc než zábavu. Zda jiné nápady byly pro vynálezce vzrušující, ale první, kdo postavil parní kotel na kola, byl mnich Ferdinand Verbst. V roce 1672. Jeho "hračka" byla také považována za zábavu. Ale dalších čtyřicet let nebylo pro historii parního stroje marných.

Projekt samohybného kočáru Isaaca Newtona (1680), požárního aparátu mechanika Thomase Saveryho (1698) a atmosférického aparátu Thomase Newcomena (1712) prokázaly velký potenciál využití páry k výrobě mechanická práce. Nejprve parní stroje odčerpávaly vodu z dolů a zvedaly náklady, ale v polovině 18. století se takové podniky v Anglii parní elektrárny už jich bylo několik stovek.

Co je to parní stroj? Jak může pára pohybovat koly? Princip parního stroje je jednoduchý. Voda se ohřívá v uzavřené nádrži do stavu páry. Pára je vypouštěna trubkami do uzavřeného válce a vytlačuje píst. Prostřednictvím mezilehlé ojnice je tento translační pohyb přenášen na hřídel setrvačníku.

Toto schematické znázornění provozu parního kotle v praxi mělo značné nevýhody.

První část páry vytryskla v klubech a ochlazený píst pod svou vlastní vahou šel dolů pro další cyklus. Toto schematické znázornění provozu parního kotle v praxi mělo značné nevýhody. Absence systému regulace tlaku páry často vedla k explozi kotle. Uvedení kotle do provozuschopného stavu zabralo spoustu času a paliva. Neustálé doplňování paliva a gigantická velikost parní elektrárny jen zvětšila seznam jejích nedostatků.

Nový stroj navrhl James Watt v roce 1765. Páru vytlačovanou pístem nasměroval do přídavné kondenzační komory a eliminoval nutnost neustále přilévat vodu do kotle. Nakonec v roce 1784 vyřešil problém, jak přerozdělit pohyb páry tak, aby tlačila píst v obou směrech. Díky cívce, kterou vytvořil, mohl parní stroj pracovat bez přerušení mezi cykly. Tento princip dvojčinného tepelného stroje tvořil základ většiny parní techniky.

Hodně práce bylo vykonáno na vytvoření parních strojů chytří lidé. Jde totiž o jednoduchý a levný způsob, jak získat energii téměř z ničeho.

Malá odbočka do historie vozů na parní pohon

Avšak bez ohledu na to, jak grandiózní byly úspěchy Britů v regionu, první, kdo postavil parní stroj na kola, byl Francouz Nicolas Joseph Cugno.

Cugnoův první parní vůz

Jeho auto se objevilo na silnicích v roce 1765. Rychlost kočárku byla rekordní - 9,5 km/h. Vynálezce v něm poskytl čtyři sedadla pro cestující, které bylo možné převalovat větrem průměrnou rychlostí 3,5 km/h. Tento úspěch se vynálezci zdál nedostatečný.

Nutnost zastavovat na doplnění vody a zapálení nového ohně na každém kilometru cesty nebyla výraznou nevýhodou, ale pouze úrovní tehdejší techniky.

Rozhodl se vynalézt tahač na zbraně. Zrodil se tedy tříkolový vůz s masivním kotlem vpředu. Nutnost zastavovat na doplnění vody a zapálení nového ohně na každém kilometru cesty nebyla výraznou nevýhodou, ale pouze úrovní tehdejší techniky.

Další model Cugno z modelu 1770 vážil asi jeden a půl tuny. Nový vozík dokázal přepravit asi dvě tuny nákladu rychlostí 7 km/h.

Maestro Cugno se více zajímal o myšlenku vytvoření parního stroje vysoký tlak. Nerozpakoval se ani tím, že kotel mohl explodovat. Byl to Cugno, kdo přišel s nápadem umístit topeniště pod kotel a nést „oheň“ s sebou. Jeho „káru“ lze navíc právem nazvat prvním kamionem. Rezignace patrona a série revolucí neumožnily mistrovi vyvinout model na plnohodnotný nákladní automobil.

Samouk Oliver Evans a jeho obojživelník

Myšlenka vytvoření parních strojů měla univerzální rozměry. V severoamerických státech vytvořil vynálezce Oliver Evans asi padesát parních elektráren založených na Wattově stroji. Ve snaze zmenšit rozměry instalace Jamese Watta navrhl parní stroje pro mlýny na mouku. Celosvětovou slávu však získal Oliver Evans svým obojživelným parním vozem. V roce 1789 jeho první automobil ve Spojených státech úspěšně prošel pozemními a vodními testy.

Na svůj obojživelník, který lze nazvat prototypem terénních vozidel, nainstaloval Evans stroj s tlakem páry deset atmosfér!

Devítimetrový auto-čln měl hmotnost asi 15 tun. Parní stroj poháněl zadní kola a šroub vrtule. Mimochodem Oliver Evans byl také zastáncem vzniku vysokotlakého parního stroje. Na svůj obojživelník, který lze nazvat prototypem terénních vozidel, nainstaloval Evans stroj s tlakem páry deset atmosfér!

Pokud by vynálezci 18. a 19. století měli na dosah technologii 21. století, dovedete si představit, s jakým množstvím technologií by přišli!? A jaká technologie!

XX století a 204 km/h na parním voze Stanley

Ano! 18. století dalo silný impuls rozvoji parní dopravy. Četné a rozmanité konstrukce samohybných parních vozíků začaly na silnicích Evropy a Ameriky stále více rozmělňovat vozy tažené koňmi. Začátkem 20. století se vozy na parní pohon výrazně rozšířily a staly se známým symbolem své doby. Stejně jako fotografie.

18. století dalo silný impuls rozvoji parní dopravy

Právě jejich fotografickou společnost bratři Stanleyové prodali, když se v roce 1897 rozhodli vážně zapojit do výroby parních vozů ve Spojených státech. Vytvořili dobře prodejné parní vozy. To jim ale k uspokojení jejich ambiciózních plánů nestačilo. Vždyť byli jen jednou z mnoha takových automobilek. Tak tomu bylo, dokud nenavrhli svou „raketu“.

Právě jejich fotografickou společnost bratři Stanleyové prodali, když se v roce 1897 rozhodli vážně zapojit do výroby parních vozů ve Spojených státech.

Vozy Stanley měly samozřejmě pověst spolehlivého vozu. Parní jednotka byla umístěna vzadu a kotel byl vytápěn pomocí kahanů na benzin nebo petrolej. Setrvačník dvojčinného parního dvouválcového motoru se natáčí k zadní nápravě pomocí řetězového pohonu. Ve Stanley Steamer nebyly zaznamenány žádné případy výbuchu kotlů. Ale potřebovali šplouchnutí.

Vozy Stanley měly samozřejmě pověst spolehlivého vozu.

Se svojí „raketou“ udělali rozruch po celém světě. 205,4 km/h v roce 1906! Nikdo nejel tak rychle! Automobil se spalovacím motorem tento rekord překonal až o 5 let později. Stanleyho překližková parou poháněná „raketa“ určovala tvar závodních vozů na mnoho let dopředu. Ale po roce 1917 Stanley Steamer stále více pociťoval konkurenci levného Fordu T a odešel do důchodu.

Unikátní parní vozy bratří Doble

Tato slavná rodina dokázala poskytnout slušnou odolnost benzinovým motorům až do začátku 30. let XX století. Nestavěli auta pro rekordy. Bratři své parní vozy opravdu milovali. Jinak jak jinak si vysvětlit jimi vymyšlený voštinový chladič a tlačítko zapalování? Jejich modely nebyly jako malé lokomotivy.

Bratři Abner a John způsobili revoluci v parní dopravě.

Bratři Abner a John způsobili revoluci v parní dopravě. Aby se jeho auto dalo do pohybu, nemuselo se 10–20 minut zahřívat. Tlačítko zapalování pumpovalo petrolej z karburátoru do spalovací komory. Dostal se tam po zapálení žhavicí svíčkou. Voda se během pár vteřin zahřála a po minutě a půl pára vytvořila potřebný tlak a mohlo se jet.

Odpadní pára byla poslána do chladiče ke kondenzaci a přípravě na následující cykly. Pro hladký nájezd 2000 km tedy vozy Doble potřebovaly pouze devadesát litrů vody v systému a několik litrů petroleje. Nikdo nemůže nabídnout takovou ziskovost! Možná to bylo na autosalonu v Detroitu v roce 1917, kdy se Stanley setkal s modelem bratří Dobleů a začal utlumovat jejich výrobu.

Model E se stal nejluxusnějším vozem druhé poloviny 20. let a nejnovější verzí parního vozu Doble. Kožený interiér, leštěné prvky ze dřeva a sloní kosti potěšily bohaté majitele uvnitř vozu. V takové kabině si člověk mohl užívat dojezd rychlostí až 160 km/h. Pouhých 25 sekund dělilo okamžik zážehu od okamžiku startu. Trvalo dalších 10 sekund, než auto o hmotnosti 1,2 tuny zrychlilo na 120 km/h!

Všechny tyto vysokorychlostní vlastnosti byly zakomponovány do čtyřválcového motoru. Dva písty byly vytlačeny párou o vysokém tlaku 140 atmosfér, zatímco další dva poslaly ochlazenou páru nízký tlak do voštinového kondenzátoru-radiátoru. Ale v první polovině 30. let se tyto krásky bratří Doble přestaly vyrábět.

Parní vozy

Neměli bychom však zapomínat, že v nákladní dopravě se rychle rozvíjela parní trakce. Právě ve městech parní vozy způsobily, že snobové začali být alergičtí. Zboží je ale nutné doručit za každého počasí a nejen do města. Co meziměstské autobusy a vojenská technika? S malými auty se tam nedá vystoupit.

Nákladní doprava má oproti osobním vozům jednu podstatnou výhodu – to jsou její rozměry.

Nákladní doprava má oproti osobním vozům jednu podstatnou výhodu – to jsou její rozměry. Umožňují umístit výkonné elektrárny kdekoli v autě. Navíc to jen zvýší nosnost a propustnost. A na to, jak bude kamion vypadat, není vždy věnována pozornost.

Mezi parními vozy bych vyzdvihl anglický Sentinel a sovětský NAMI. Samozřejmě bylo mnoho dalších, například Foden, Fowler, Yorkshire. Ale právě Sentinel a NAMI se ukázaly jako nejhouževnatější a vyráběly se až do konce 50. let minulého století. Mohli pracovat na jakémkoli tuhé palivo- uhlí, dřevo, rašelina. Všežravost těchto parních náklaďáků je postavila mimo vliv cen ropy a umožnila také jejich použití na těžko dostupných místech.

Workoholik Santinel s anglickým přízvukem

Tyto dva vozíky se liší nejen zemí výroby. Rozdílné byly i zásady umístění parogenerátorů. Sentinely se vyznačují horním a spodním uspořádáním parních strojů vzhledem ke kotli. V horním místě přiváděl parogenerátor horkou páru přímo do motorové komory, která byla s mosty spojena soustavou kardanových hřídelí. Při nižším umístění parního stroje, tedy na podvozku, kotel ohříval vodu a potrubím přiváděl páru do motoru, což zaručovalo teplotní ztráty.

Sentinely se vyznačují horním a spodním uspořádáním parních strojů vzhledem ke kotli.

Pro oba typy byla typická přítomnost řetězového převodu ze setrvačníku parního stroje na kardany. To umožnilo konstruktérům sjednotit výrobu Sentinelů v závislosti na zákazníkovi. Pro horké země jako je Indie se vyráběly parní vozy s nižším, odděleným uspořádáním kotle a motoru. Pro země s chladnými zimami - s horním, kombinovaným typem.

Pro horké země jako je Indie se vyráběly parní vozy s nižším, odděleným uspořádáním kotle a motoru.

Na tyto vozy bylo použito mnoho osvědčených technologií. Cívky a parní distribuční ventily, jednočinné a dvoučinné motory, vysokotlaké nebo nízkotlaké, s převodovkou nebo bez převodovky. Životnost anglických parních vozů to však neprodloužilo. Přestože se vyráběly do konce 50. let 20. století a dokonce sloužily v armádě před 2. světovou válkou a během ní, byly stále objemné a trochu připomínaly parní lokomotivy. A protože se o jejich zásadní modernizaci nenašli zájemci, jejich osud byl zpečetěn.

Přestože se vyráběly do konce 50. let 20. století a dokonce sloužily v armádě před 2. světovou válkou a během ní, byly stále objemné a trochu připomínaly parní lokomotivy.

Komu co, a nám – NÁM

Pozvednout válkou zničenou ekonomiku Sovětský svaz, bylo nutné najít způsob, jak neplýtvat ropnými zdroji alespoň na těžko dostupných místech – na severu země a na Sibiři. Sovětští inženýři dostali příležitost prostudovat konstrukci Sentinelu s nadzemním čtyřválcovým přímočinným parním strojem a vyvinout vlastní „odpověď na Chamberlaina“.

Ve 30. letech se ruské instituty a projekční kanceláře opakovaně pokoušely vytvořit alternativní nákladní automobil pro dřevařský průmysl.

Ve 30. letech se ruské instituty a projekční kanceláře opakovaně pokoušely vytvořit alternativní nákladní automobil pro dřevařský průmysl. Ale pokaždé se případ zastavil ve fázi testování. S využitím vlastních zkušeností a možnosti studovat ukořistěná parní vozidla se inženýrům podařilo přesvědčit vedení země o potřebě takového parního vozu. Benzín navíc stojí 24krát více než uhlí. A s náklady na palivové dříví v tajze to obecně nemůžete zmínit.

Skupina konstruktérů vedená Yu.Shebalinem maximálně zjednodušila parní jednotku jako celek. Do jednoho celku spojili čtyřválcový motor a kotel a umístili jej mezi nástavbu a kabinu. Tuto instalaci jsme nasadili na podvozek sériového YaAZ (MAZ) -200. Práce páry a její kondenzace byly spojeny v uzavřeném cyklu. Přísun dřevěných ingotů z bunkru probíhal automaticky.

Tak se zrodil NAMI-012, lépe řečeno na terénní les. Je zřejmé, že princip krmení v bunkru tuhé palivo a umístění parního stroje na nákladním automobilu bylo vypůjčeno z praxe plynárenských zařízení.

Osud majitele lesů - NAMI-012

Vlastnosti parního domácího valníku a nosiče dřeva NAMI-012 byly následující

  • Nosnost - 6 tun
  • Rychlost - 45 km/h
  • Dojezd bez doplňování paliva - 80 km, pokud by bylo možné obnovit dodávku vody, pak 150 km
  • Točivý moment při nízkých rychlostech - 240 kgm, což bylo téměř 5krát vyšší než u základního YaAZ-200
  • Kotel s přirozenou cirkulací vytvořil tlak 25 atmosfér a přivedl páru na teplotu 420 °C
  • Prostřednictvím ejektorů bylo možné doplňovat zásoby vody přímo z nádrže
  • Celokovová kabina neměla kapotu a byla posunuta dopředu
  • Rychlost byla řízena množstvím páry v motoru pomocí posuvné/vypínací páky. S jeho pomocí byly válce naplněny z 25/40/75 %.
  • Jeden zpátečka a tři ovládací pedály.

Závažnými nedostatky parního vozu byla spotřeba 400 kg palivového dřeva na 100 km trati a nutnost zbavit se vody v kotli v chladném počasí.

Závažnými nedostatky parního vozu byla spotřeba 400 kg palivového dřeva na 100 km trati a nutnost zbavit se vody v kotli v chladném počasí. Ale hlavní nevýhodou, která byla přítomna v prvním vzorku, byla špatná průchodnost v nezatíženém stavu. Pak se ukázalo, že přední náprava byla přetížena kabinou a parním agregátem, oproti zadní. S tímto úkolem jsme se vyrovnali instalací modernizované parní elektrárny na pohon všech kol YaAZ-214. Nyní byl výkon nosiče dřeva NAMI-018 zvýšen na 125 koní.

Protože se však neměl čas rozšířit po celé zemi, všechny vozy s parogenerátory byly v druhé polovině 50. let minulého století zlikvidovány.

Protože se však neměl čas rozšířit po celé zemi, všechny vozy s parogenerátory byly v druhé polovině 50. let minulého století zlikvidovány. Nicméně společně s plynovými generátory. Protože náklady na přestavbu automobilů, ekonomický dopad a snadnost provozu byly ve srovnání s benzinovými a naftovými nákladními vozy náročné na práci a sporné. Navíc v té době již byla v Sovětském svazu zavedena těžba ropy.

Rychlý a cenově dostupný moderní parní vůz

Nemyslete si, že myšlenka parního auta je navždy zapomenuta. Nyní výrazně roste zájem o motory, které jsou alternativou ke spalovacím motorům na benzín a naftu. Světové zásoby ropy nejsou neomezené. Ano, a náklady na ropné produkty neustále rostou. Konstruktéři se tak snažili vylepšit spalovací motor, že jejich nápady téměř dosáhly svého limitu.

Elektromobily, vodíkové vozy, plynové generátory a parní vozy se opět staly horkými tématy. Dobrý den, zapomenuté 19. století!

Nyní výrazně roste zájem o motory, které jsou alternativou ke spalovacím motorům na benzín a naftu.

Britský inženýr (opět Anglie!) předvedl nové možnosti parního stroje. Svůj Inspuration vytvořil nejen proto, aby demonstroval význam parou poháněných vozů. Jeho duchovní dítě je stvořené pro záznamy. 274 km/h - to je rychlost, kterou urychluje dvanáct kotlů instalovaných na 7,6metrovém voze. Stačí 40 litrů vody zkapalněný plyn doslova v mžiku zvýšil teplotu páry na 400 °C. Jen si pomyslete, historii trvalo 103 let, než překonala rychlostní rekord pro parní automobil vytvořený Rocketem!

V moderním vyvíječi páry můžete použít práškové uhlí nebo jiná levná paliva, jako je topný olej, zkapalněný plyn. Parní vozy proto vždy byly a budou oblíbené.

Aby ale nastala ekologická budoucnost, je opět nutné překonat odpor ropných lobbistů.

Parní stroje se používaly jako hnací motor v čerpacích stanicích, lokomotivách, na parních lodích, traktorech, parních vozech a dalších. Vozidlo Ach. Parní stroje přispěly k širokému komerčnímu využití strojů v podnicích a byly energetickým základem průmyslové revoluce 18. století. Parní stroje byly později nahrazeny spalovacími motory, parními turbínami, elektromotory a jadernými reaktory, které jsou účinnější.

Parní stroj v akci

vynález a vývoj

První známé zařízení poháněné párou bylo popsáno Herónem Alexandrijským v prvním století, tzv. „Valavčí koupel“ nebo „aeolipil“. Pára vycházející tangenciálně z trysek upevněných na kouli způsobila, že se koule otáčí. Předpokládá se, že přeměna páry na mechanický pohyb byla známa v Egyptě v období římské nadvlády a byla používána v jednoduchých zařízeních.

První průmyslové motory

Žádné z popsaných zařízení nebylo ve skutečnosti použito jako prostředek k řešení užitečných problémů. Prvním parním strojem použitým ve výrobě byl „požární stroj“, navržený anglickým vojenským inženýrem Thomasem Saverym v roce 1698. Savery získal patent na své zařízení v roce 1698. Bylo to pístové parní čerpadlo a zjevně nepříliš účinné, protože teplo páry se ztratilo při každém ochlazení nádoby, a v provozu docela nebezpečné, protože kvůli vysokému tlaku páry se nádrže a potrubí motoru někdy explodoval. Vzhledem k tomu, že toto zařízení bylo možné použít jak k otáčení kol vodního mlýna, tak k čerpání vody z dolů, nazval jej vynálezce „horníkův přítel“.

Pak anglický kovář Thomas Newcomen v roce 1712 předvedl svůj „atmosférický motor“, což byl první parní stroj, po kterém mohla být komerční poptávka. Jednalo se o vylepšení Saveryho parního stroje, ve kterém Newcomen podstatně snížil provozní tlak páry. Newcomen mohl vycházet z popisu Papinových experimentů pořádaných Královskou společností v Londýně, k nimž mohl mít přístup prostřednictvím člena společnosti Roberta Hooka, který spolupracoval s Papinem.

Schéma parního stroje Newcomen.
– Pára je zobrazena fialově, voda modře.
– Otevřete ventily zobrazeno v zeleném, uzavřený - červený

První aplikací motoru Newcomen bylo čerpání vody z hlubinného dolu. V důlním čerpadle bylo vahadlo spojeno s tyčí, která se spouštěla ​​do dolu do čerpací komory. Vratné pohyby tahu se přenášely na píst čerpadla, které přivádělo vodu nahoru. Ventily raných motorů Newcomen se otevíraly a zavíraly ručně. Prvním vylepšením byla automatizace ventilů, které byly poháněny samotným strojem. Legenda vypráví, že toto vylepšení provedl v roce 1713 chlapec Humphrey Potter, který musel otevírat a zavírat ventily; když ho to omrzelo, svázal držadla ventilů provazy a šel si hrát s dětmi. V roce 1715 byl již vytvořen pákový ovládací systém, poháněný mechanismem samotného motoru.

První dvouválcový vakuový parní stroj v Rusku zkonstruoval mechanik I.I. Polzunov v roce 1763 a postavil ho v roce 1764 pro pohon dmychadel v továrnách Barnaul Kolyvano-Voskresensky.

Humphrey Gainsborough sestrojil v 60. letech 18. století modelový kondenzátorový parní stroj. V roce 1769 si skotský mechanik James Watt (možná s využitím Gainsboroughových nápadů) patentoval první významná vylepšení vakuového motoru Newcomen, díky kterému byl mnohem účinnější. Wattův příspěvek spočíval v oddělení kondenzační fáze vakuového motoru v samostatné komoře, zatímco píst a válec měly teplotu páry. Watt přidal k motoru Newcomen několik dalších důležitých detailů: umístil píst dovnitř válce k vytlačení páry a převedl vratný pohyb pístu na rotační pohyb hnacího kola.

Na základě těchto patentů sestrojil Watt v Birminghamu parní stroj. V roce 1782 byl Wattův parní stroj více než 3krát účinnější než Newcomenův. Zlepšení účinnosti Wattova motoru vedlo k využití parní energie v průmyslu. Wattův motor navíc na rozdíl od motoru Newcomen umožňoval přenášet rotační pohyb, zatímco u raných modelů parních strojů byl píst spojen s vahadlem, a nikoli přímo s ojnicí. Tento motor měl již hlavní rysy moderních parních strojů.

Dalším zvýšením účinnosti bylo použití vysokotlaké páry (Američan Oliver Evans a Angličan Richard Trevithick). R. Trevithick úspěšně postavil vysokotlaké průmyslové jednodobé motory, známé jako „cornishové motory“. Pracovaly při 50 psi nebo 345 kPa (3,405 atmosfér). S rostoucím tlakem však hrozilo i větší nebezpečí výbuchů strojů a kotlů, což zpočátku vedlo k četným nehodám. Z tohoto pohledu byl nejdůležitějším prvkem vysokotlakého stroje pojistný ventil, který uvolňoval přetlak. Spolehlivý a bezpečný provoz začala teprve shromažďováním zkušeností a standardizací postupů při stavbě, provozu a údržbě zařízení.

Francouzský vynálezce Nicolas-Joseph Cugnot předvedl v roce 1769 první funkční samohybné parní vozidlo: „fardier à vapeur“ (parní vozík). Možná lze jeho vynález považovat za první automobil. Samojízdný parní traktor se ukázal jako velmi užitečný jako mobilní zdroj mechanické energie, která uváděla do pohybu další zemědělské stroje: mlátičky, lisy atd. V roce 1788 již pravidelně provozoval parní člun Johna Fitche. Řeka Delaware mezi Philadelphií (Pennsylvánie) a Burlingtonem (stát New York). Na palubu zvedl 30 cestujících a jel rychlostí 7-8 mil za hodinu. Parník J. Fitche nebyl komerčně úspěšný, protože jeho trase konkurovala dobrá pozemní silnice. V roce 1802 postavil skotský inženýr William Symington konkurenční parník a v roce 1807 americký inženýr Robert Fulton použil Wattův parní stroj k pohonu prvního komerčně úspěšného parníku. 21. února 1804 byla v železárnách Penydarren v Merthyr Tydfil v jižním Walesu vystavena první železniční parní lokomotiva s vlastním pohonem, postavená Richardem Trevithickem.

Pístové parní stroje

Pístové motory využívají páru k pohybu pístu v utěsněné komoře nebo válci. Vratný pohyb pístu může být mechanicky převeden na lineární pohyb u pístových čerpadel nebo na rotační pohyb pro pohon rotujících částí obráběcích strojů nebo kol vozidel.

vakuové stroje

Brzy parní stroje byly nazývány nejprve “požární motory”, a také “atmosférický” nebo “kondenzační” Watt motory. Fungovaly na vakuovém principu a jsou proto známé také jako „vakuové motory“. Takové stroje fungovaly pro pohon pístových čerpadel, každopádně neexistuje žádný důkaz, že byly používány k jiným účelům. Při provozu parního stroje vakuového typu je na začátku cyklu přiváděna nízkotlaká pára do pracovní komory nebo válce. Vstupní ventil se poté uzavře a pára se ochladí a kondenzuje. U motoru Newcomen je chladicí voda rozstřikována přímo do válce a kondenzát uniká do sběrače kondenzátu. Tím se ve válci vytvoří vakuum. Atmosférický tlak v horní části válce tlačí na píst a způsobuje jeho pohyb dolů, tj. výkonový zdvih.

Neustálé chlazení a dohřívání pracovního válce stroje bylo velmi nehospodárné a neefektivní, nicméně tyto parní stroje umožňovaly čerpat vodu z větší hloubky, než bylo možné před jejich objevením. V roce se objevila verze parního stroje, kterou vytvořil Watt ve spolupráci s Matthew Boultonem, jejíž hlavní inovací bylo odstranění kondenzačního procesu ve speciální oddělené komoře (kondenzátoru). Tato komora byla umístěna do lázně s studená voda, a byl připojen k válci trubkou překrytou ventilem. Ke kondenzační komoře byla připevněna speciální malá vývěva (prototyp vývěvy na kondenzát), poháněná vahadlem a sloužící k odvodu kondenzátu z kondenzátoru. Vzniklá teplá voda byla dodávána speciálním čerpadlem (prototyp napájecího čerpadla) zpět do kotle. Další radikální novinkou bylo uzavření horního konce pracovního válce, na jehož vrcholu byla nyní nízkotlaká pára. Stejná pára byla přítomna v dvojitém plášti válce a udržovala si konstantní teplotu. Při pohybu pístu směrem vzhůru byla tato pára převáděna speciálními trubkami do spodní části válce, aby při dalším zdvihu zkondenzovala. Stroj ve skutečnosti přestal být „atmosférický“ a jeho výkon nyní závisel na tlakovém rozdílu mezi nízkotlakou párou a vakuem, které bylo možné získat. U parního stroje Newcomen byl píst mazán malé množství nalila se na něj voda, to se ve Wattově stroji znemožnilo, protože v horní části válce byla nyní pára, bylo nutné přejít na mazání směsí tuku a oleje. Stejné mazivo bylo použito v ucpávce tyče válců.

Vakuové parní stroje, přes zřejmá omezení jejich účinnosti, byly relativně bezpečné, využívaly nízkotlakou páru, což bylo zcela v souladu s obecně nízkou úrovní technologie kotlů 18. století. Výkon stroje byl omezen nízkým tlakem páry, velikostí válce, rychlostí spalování paliva a vypařování vody v kotli a velikostí kondenzátoru. Maximální teoretická účinnost byla omezena relativně malým teplotním rozdílem na obou stranách pístu; vyrobila vakuové stroje určené pro průmyslové využití příliš velké a drahé.

Komprese

Výstupní otvor válce parního stroje se mírně uzavře dříve, než píst dosáhne své koncové polohy, přičemž ve válci zůstane část výfukové páry. To znamená, že v cyklu provozu dochází ke kompresní fázi, která tvoří tzv. „parní polštář“, který zpomaluje pohyb pístu v jeho krajních polohách. Eliminuje také náhlý pokles tlaku na samém začátku sací fáze, kdy čerstvá pára vstupuje do válce.

Záloha

Popsaný efekt „parního polštáře“ je umocněn i tím, že nasávání čerstvé páry do válce začíná o něco dříve, než píst dosáhne krajní polohy, tedy dochází k určitému předstihu sání. Tento předstih je nutný k tomu, aby předtím, než píst zahájí svůj pracovní zdvih působením čerstvé páry, pára stihla zaplnit mrtvý prostor, který vznikl v důsledku předchozí fáze, tedy sací a výfukové kanály a objem válce nevyužitý pro pohyb pístu.

jednoduché prodloužení

Jednoduchá expanze předpokládá, že pára funguje pouze tehdy, když expanduje ve válci, a výfuková pára se uvolňuje přímo do atmosféry nebo vstupuje do speciálního kondenzátoru. Zbytkové teplo páry pak lze využít například k vytápění místnosti nebo vozidla a také k předehřevu vody vstupující do kotle.

Sloučenina

Při procesu expanze ve válci vysokotlakého stroje klesá teplota páry úměrně s její expanzí. Protože nedochází k výměně tepla (adiabatický proces), ukazuje se, že pára vstupuje do válce s vyšší teplotou, než z něj vychází. Takové kolísání teploty ve válci vede ke snížení účinnosti procesu.

Jeden ze způsobů řešení tohoto teplotního rozdílu navrhl v roce 1804 anglický inženýr Arthur Wolfe, který si nechal patentovat Vysokotlaký složený parní stroj Wulff. U tohoto stroje se vysokoteplotní pára z parního kotle dostávala do vysokotlakého válce a následně v něm odváděná pára o nižší teplotě a tlaku vstupovala do nízkotlakého válce (nebo válců). Tím se snížil teplotní rozdíl v každém válci, což obecně snížilo teplotní ztráty a zlepšilo celkovou účinnost parního stroje. Nízkotlaká pára měla větší objem, a proto vyžadovala větší objem válce. Proto u složených strojů měly nízkotlaké válce větší průměr (a někdy i delší) než vysokotlaké válce.

Toto uspořádání je také známé jako "dvojitá expanze", protože expanze páry probíhá ve dvou fázích. Někdy byl jeden vysokotlaký válec spojen se dvěma nízkotlakými válci, takže vznikly tři přibližně stejně velké válce. Takové schéma bylo snazší vyvážit.

Dvouválcové míchací stroje lze klasifikovat jako:

  • Křížová směs- Válce jsou umístěny vedle sebe, jejich kanály pro vedení páry jsou překřížené.
  • Tandemová směs- Válce jsou uspořádány v sérii a používají jednu tyč.
  • Úhlová sloučenina- Válce jsou vůči sobě pod úhlem, obvykle 90 stupňů, a fungují na jednu kliku.

Po 80. letech 19. století se složené parní stroje rozšířily ve výrobě a dopravě a staly se prakticky jediným typem používaným na parnících. Jejich použití na parních lokomotivách nebylo tak rozšířené, protože se ukázaly jako příliš složité, částečně kvůli obtížným provozním podmínkám parních strojů v železniční dopravě. Přestože se složené lokomotivy nikdy nestaly fenoménem hlavního proudu (zejména ve Spojeném království, kde byly velmi vzácné a po třicátých letech se vůbec nepoužívaly), v několika zemích si získaly určitou popularitu.

Vícenásobné rozšíření

Zjednodušené schéma trojnásobného expanzního parního stroje.
Vysokotlaká pára (červená) z kotle prochází strojem a opouští kondenzátor pod nízkým tlakem (modrá).

Logickým vývojem složeného schématu bylo přidání dalších expanzních stupňů, které zvýšily efektivitu práce. Výsledkem bylo schéma vícenásobné expanze známé jako trojité nebo dokonce čtyřnásobné expanzní stroje. Takové parní stroje využívaly řadu dvojčinných válců, jejichž objem se s každým stupněm zvětšoval. Někdy se místo zvětšení objemu nízkotlakých lahví použilo zvýšení jejich počtu, stejně jako u některých složených strojů.

Na obrázku vpravo je v provozu trojitý expanzní parní stroj. Pára proudí strojem zleva doprava. Ventilový blok každého válce je umístěn vlevo od odpovídajícího válce.

Vzhled tohoto typu parních strojů se stal zvláště relevantním pro flotilu, protože požadavky na velikost a hmotnost lodních motorů nebyly příliš přísné, a co je nejdůležitější, takové schéma usnadnilo použití kondenzátoru, který vrací výfukovou páru ve formě čerstvou vodu zpět do kotle (pro napájení kotlů nebylo možné použít slanou mořskou vodu). Pozemní parní stroje obvykle neměly problémy s dodávkou vody, a proto mohly vypouštět výfukovou páru do atmosféry. Proto pro ně bylo takové schéma méně relevantní, zejména s ohledem na jeho složitost, velikost a váhu. Nadvláda vícenásobných expanzních parních strojů skončila až s příchodem a rozšířením parních turbín. Moderní parní turbíny však využívají stejný princip rozdělování proudu do vysokotlakých, středotlakých a nízkotlakých válců.

Parní stroje s přímým prouděním

Průtokové parní stroje vznikly jako důsledek snahy překonat jednu nevýhodu, která tomu je vlastní parní stroje s tradičním rozvodem páry. Faktem je, že pára v běžném parním stroji neustále mění svůj směr pohybu, protože pro vstup i výstup páry se používá stejné okno na každé straně válce. Když výfuková pára opouští válec, ochlazuje jeho stěny a parní distribuční kanály. Čerstvá pára tedy spotřebuje určitou část energie na jejich ohřev, což vede k poklesu účinnosti. Průtočné parní stroje mají přídavný port, který se na konci každé fáze otevírá pístem a kterým pára opouští válec. To zlepšuje účinnost stroje, protože pára se pohybuje jedním směrem a teplotní gradient stěn válce zůstává víceméně konstantní. Průtočné stroje s jednou expanzí vykazují přibližně stejnou účinnost jako kombinované stroje s konvenčním rozvodem páry. Navíc mohou pracovat při vyšších otáčkách, a proto se před nástupem parních turbín často používaly k pohonu elektrocentrál, které vyžadují vysoké otáčky.

Průtočné parní stroje jsou jednočinné nebo dvojčinné.

Parní turbíny

Parní turbína je série točivých disků upevněných na jedné ose, nazývaných rotor turbíny, a série pevných disků, které se s nimi střídají, upevněných na základně, nazývané stator. Rotorové kotouče mají na vnější straně lopatky, k těmto lopatkám je přiváděna pára a otáčí disky. Kotouče statoru mají podobné lopatky nastavené v opačných úhlech, které slouží k přesměrování proudu páry na následující kotouče rotoru. Každý rotorový kotouč a jemu odpovídající statorový kotouč se nazývá turbínový stupeň. Počet a velikost stupňů každé turbíny se volí tak, aby se maximalizovala užitečná energie páry rychlosti a tlaku, která je do ní dodávána. Odpadní pára opouštějící turbínu vstupuje do kondenzátoru. Turbíny se točí velmi vysokými otáčkami, a proto se při přenosu výkonu na jiná zařízení běžně používají speciální převodovky s nižším stupněm poklesu. Turbíny navíc nemohou měnit svůj směr otáčení a často vyžadují další zpětné mechanismy (někdy se používají další stupně zpětného otáčení).

Turbíny přeměňují energii páry přímo na rotaci a nevyžadují další mechanismy pro přeměnu vratného pohybu na rotaci. Turbíny jsou navíc kompaktnější než pístové stroje a mají konstantní sílu na výstupní hřídel. Vzhledem k tomu, že turbíny jsou jednodušší konstrukce, vyžadují méně údržby.

Jiné typy parních strojů

aplikace

Parní stroje lze klasifikovat podle jejich použití takto:

Stacionární stroje

parní buchar

Parní stroj ve starém cukrovaru na Kubě

Stacionární parní stroje lze podle způsobu použití rozdělit do dvou typů:

  • Stroje s proměnlivým provozem, jako jsou válcovny, parní navijáky a podobná zařízení, která se musí často zastavovat a měnit směr.
  • Pohánějí stroje, které se málokdy zastaví a nemusí měnit směr otáčení. Patří mezi ně výkonové motory v elektrárnách, stejně jako průmyslové motory používané v továrnách, továrnách a lanových drahách před rozšířeným používáním elektrické trakce. Nízkovýkonové motory se používají v námořních modelech a ve speciálních zařízeních.

Parní naviják je v podstatě stacionární motor, ale namontovaný základový rám aby se to dalo posunout. Lze jej zajistit lankem ke kotvě a vlastním tahem přesunout na nové místo.

Dopravní vozidla

K pohonu sloužily parní stroje různé typy vozidla, včetně:

  • Pozemní vozidla:
    • parní vůz
    • parní traktor
    • Parní rypadlo, a dokonce
  • Parní letadlo.

V Rusku byla první provozní parní lokomotiva postavena E. A. a M. E. Čerepanovovými v závodě Nižnij Tagil v roce 1834 pro přepravu rudy. Vyvinul rychlost 13 mil za hodinu a nesl více než 200 liber (3,2 tuny) nákladu. Délka první železnice byla 850 m.

Výhody parních strojů

Hlavní výhodou parních strojů je, že mohou využít téměř jakýkoli zdroj tepla k jeho přeměně na mechanickou práci. To je odlišuje od spalovacích motorů, z nichž každý typ vyžaduje použití specifického druhu paliva. Tato výhoda je nejvíce patrná při využití jaderné energie, protože jaderný reaktor není schopen vyrábět mechanickou energii, ale pouze vyrábí teplo, které se využívá k výrobě páry, která pohání parní stroje (obvykle parní turbíny). Kromě toho existují další zdroje tepla, které nelze ve spalovacích motorech využít, například solární energie. Zajímavým směrem je využití energie rozdílu teplot Světového oceánu v různých hloubkách.

Podobné vlastnosti mají i další typy motorů s vnějším spalováním, např. Stirlingův motor, který dokáže poskytnout velmi vysokou účinnost, ale je výrazně větší a těžší než moderní typy parních strojů.

Parní lokomotivy fungují dobře ve vysokých nadmořských výškách, protože jejich účinnost neklesá kvůli nízkému atmosférickému tlaku. Parní lokomotivy se stále používají v horských oblastech Latinské Ameriky, a to i přesto, že v nížinách byly již dávno nahrazeny modernějšími typy lokomotiv.

Ve Švýcarsku (Brienz Rothhorn) a Rakousku (Schafberg Bahn) se osvědčily nové parní lokomotivy využívající suchou páru. Tento typ parní lokomotivy byl vyvinut na základě modelů Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) s mnoha moderními vylepšeními jako je použití válečkových ložisek, moderní tepelná izolace, spalování lehkých ropných frakcí jako paliva, vylepšené parovody atd. . Díky tomu mají tyto lokomotivy o 60 % nižší spotřebu paliva a výrazně nižší nároky na údržbu. Ekonomické kvality takových lokomotiv jsou srovnatelné s moderními dieselovými a elektrickými lokomotivami.

Parní lokomotivy jsou navíc výrazně lehčí než dieselové a elektrické lokomotivy, což platí zejména pro horské dráhy. Charakteristickým rysem parních strojů je, že nepotřebují převodovku, která přenáší sílu přímo na kola.

Účinnost

Koeficient výkonu (COP) tepelného motoru lze definovat jako poměr užitečné mechanické práce k množství spotřebovaného tepla obsaženého v palivu. Zbytek energie se uvolňuje do okolí ve formě tepla. Účinnost tepelného motoru je

,

Zájem o vodní páru, jako dostupný zdroj energie, se objevil spolu s prvními vědeckými poznatky starověku. Lidé se tuto energii snaží zkrotit už tři tisíciletí. Jaké jsou hlavní fáze této cesty? Čí úvahy a projekty naučily lidstvo vytěžit z toho maximální užitek?

Předpoklady pro vznik parních strojů

Potřeba mechanismů, které mohou usnadnit pracně náročné procesy, vždy existovala. Zhruba do poloviny 18. století k tomu sloužily větrné mlýny a vodní kola. Možnost využití větrné energie přímo závisí na rozmarech počasí. A aby bylo možné využívat vodní kola, musely být továrny postaveny podél břehů řek, což není vždy pohodlné a účelné. A účinnost obou byla extrémně nízká. Byl potřeba zásadně nový motor, snadno ovladatelné a bez těchto nedostatků.

Historie vynálezu a zdokonalení parních strojů

Vytvoření parního stroje je výsledkem mnoha úvah, úspěchů a neúspěchů nadějí mnoha vědců.

Začátek cesty

První, jednotlivé projekty byly pouze zajímavými kuriozitami. Například, Archimedes postavil parní pistoli Volavka Alexandrijská využíval energii páry k otevírání dveří starověkých chrámů. A výzkumníci nacházejí poznámky o praktické aplikaci energie páry k ovládání dalších mechanismů v dílech Leonardo da Vinci.

Zvažte nejvýznamnější projekty na toto téma.

V 16. století vyvinul arabský inženýr Tagi al Din návrh primitivní parní turbíny. nicméně praktická aplikace neobdržela kvůli silnému rozptylu parního proudu přiváděného na lopatky turbínového kola.

Rychle vpřed do středověké Francie. Fyzik a talentovaný vynálezce Denis Papin se po mnoha neúspěšných projektech zastaví u následujícího návrhu: svislý válec byl naplněn vodou, nad nímž byl instalován píst.

Válec se zahřál, voda se vařila a odpařila. Expandující pára zvedla píst. Byl upevněn v horním bodě stoupání a očekávalo se, že se válec ochladí a pára bude kondenzovat. Po zkondenzování páry se ve válci vytvořilo vakuum. Píst, uvolněný z upevnění, se působením atmosférického tlaku dostal do vakua. Právě tento pád pístu měl sloužit jako pracovní zdvih.

Užitečný zdvih pístu byl tedy způsoben vytvořením vakua v důsledku kondenzace páry a vnějšího (atmosférického) tlaku.

Protože Papinův parní stroj stejně jako většina následujících projektů se jim říkalo parně-atmosférické stroje.

Tento design měl velmi významnou nevýhodu - nebyla zajištěna opakovatelnost cyklu. Denis přichází s myšlenkou získat páru ne ve válci, ale samostatně v parním kotli.

Denis Papin se do historie vzniku parních strojů zapsal jako vynálezce velmi důležitého detailu – parního kotle.

A protože začaly přijímat páru mimo válec, přešel i samotný motor do kategorie motorů s vnějším spalováním. Ale kvůli chybějícímu distribučnímu mechanismu, který by zajistil nepřetržitý provoz, tyto projekty jen stěží našly praktické uplatnění.

Nová etapa ve vývoji parních strojů

Asi 50 let se používá k čerpání vody v uhelných dolech. Parní čerpadlo Thomase Newcomena. Ten z velké části opakoval předchozí návrhy, ale obsahoval velmi důležité novinky - potrubí pro odvod kondenzované páry a pojistný ventil pro odvod přebytečné páry.

Jeho podstatnou nevýhodou bylo, že válec musel být před vstřikováním páry buď zahřátý, nebo před kondenzací ochlazován. Potřeba takových motorů však byla tak vysoká, že i přes jejich zjevnou neefektivitu sloužily poslední kopie těchto strojů až do roku 1930.

V roce 1765 anglický mechanik James Watt, zabývající se vylepšením Newcomenova stroje, oddělil kondenzátor od parního válce.

Bylo možné udržovat válec neustále zahřátý. Účinnost stroje se okamžitě zvýšila. V následujících letech Watt svůj model výrazně vylepšil a vybavil jej zařízením pro přívod páry z jedné strany na druhou.

Tento stroj bylo možné použít nejen jako čerpadlo, ale také k pohonu různých obráběcích strojů. Watt získal patent na svůj vynález – kontinuální parní stroj. Začíná sériová výroba těchto strojů.

Na začátku 19. století pracovalo v Anglii přes 320 wattů parních strojů. Začaly je kupovat i další evropské země. To přispělo k výraznému nárůstu průmyslové výroby v mnoha průmyslových odvětvích, jak v Anglii samotné, tak v sousedních státech.

O dvacet let dříve než Watt v Rusku pracoval na projektu parního stroje altajský mechanik Ivan Ivanovič Polzunov.

Vedení továrny navrhlo, aby postavil jednotku, která by poháněla dmychadlo tavicí pece.

Stroj, který sestrojil, byl dvouválec a zajišťoval nepřetržitý chod zařízení k němu připojeného.

Po více než měsíci a půl úspěšné práci kotel začal unikat. Sám Polzunov v této době již nežil. Auto nebylo opraveno. A úžasný výtvor jediného ruského vynálezce byl zapomenut.

Kvůli tehdejší zaostalosti Ruska svět se o vynálezu I. I. Polzunova dozvěděl s velkým zpožděním ....

Pro pohon parního stroje je tedy nutné, aby pára generovaná parním kotlem, expandující, tlačila na píst nebo na lopatky turbíny. A pak se jejich pohyb přenesl na další mechanické části.

Využití parních strojů v dopravě

Navzdory tomu, že účinnost tehdejších parních strojů nepřesáhla 5 %, do konec XVIII století se začaly aktivně používat v zemědělství a dopravě:

  • ve Francii jezdí auto s parním strojem;
  • v USA začíná mezi městy Philadelphia a Burlington jezdit parník;
  • v Anglii byla předvedena železniční lokomotiva na parní pohon;
  • ruský rolník z provincie Saratov si nechal patentovat jím vyrobený housenkový traktor o výkonu 20 koní. S.;
  • Opakovaně byly činěny pokusy o stavbu letounu s parním motorem, ale bohužel malý výkon těchto agregátů při velké hmotnosti letounu tyto pokusy ztroskotal.

Koncem 19. století parní stroje, které sehrály svou roli v technickém pokroku společnosti, ustoupily elektromotorům.

Parní zařízení v XXI století

S nástupem nových zdrojů energie ve 20. a 21. století se opět objevuje potřeba využití energie páry. Parní turbíny se stávají nedílnou součástí jaderných elektráren. Pára, která je pohání, se získává z jaderného paliva.

Tyto turbíny jsou také široce používány v kondenzačních tepelných elektrárnách.

V řadě zemí se provádějí experimenty na získávání páry díky solární energii.

Nezapomíná se ani na pístové parní stroje. V horských oblastech jako lokomotiva stále se používají parní lokomotivy.

Tito spolehliví pracovníci jsou bezpečnější a levnější. Nepotřebují elektrické vedení a palivo - dřevo a levné uhlí - jsou vždy po ruce.

Moderní technologie umožňují zachytit až 95 % emisí do atmosféry a zvýšit účinnost až o 21 %, takže se lidé rozhodli, že se s nimi zatím neloučí a pracují na nové generaci parních lokomotiv.

Pokud by vám tato zpráva byla užitečná, rád vás uvidím