ΣΤΡΟΦΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΑΤΜΟΥ και ΑΞΟΝΙΚΟΣ ΕΜΒΟΛΟΚΙΝΗΤΗΣ ΑΤΜΟΥ

Ατμός περιστροφικός κινητήρας(Ατμομηχανή περιστροφικού τύπου) είναι μοναδικό ηλεκτρικό μηχάνημα, η ανάπτυξη της παραγωγής της οποίας δεν έχει λάβει την κατάλληλη εξέλιξη μέχρι σήμερα.

Από τη μία πλευρά, διάφορα σχέδια περιστροφικών κινητήρων υπήρχαν στο τελευταίο τρίτο του 19ου αιώνα και μάλιστα λειτουργούσαν καλά, μεταξύ άλλων για την οδήγηση δυναμό με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρική ενέργειακαι τροφοδοσία όλων των αντικειμένων. Αλλά η ποιότητα και η ακρίβεια της κατασκευής τέτοιων ατμομηχανών (ατμομηχανών) ήταν πολύ πρωτόγονη, επομένως είχαν χαμηλή απόδοση και χαμηλή ισχύ. Από τότε μικρό ατμομηχανέςανήκουν στο παρελθόν, αλλά μαζί με τις πραγματικά αναποτελεσματικές και απρόβλεπτες ατμομηχανές με έμβολα, οι περιστροφικές ατμομηχανές, που έχουν καλό μέλλον, ανήκουν επίσης στο παρελθόν.

Ο κύριος λόγος είναι ότι στο επίπεδο της τεχνολογίας στα τέλη του 19ου αιώνα, δεν ήταν δυνατό να κατασκευαστεί ένας πραγματικά υψηλής ποιότητας, ισχυρός και ανθεκτικός περιστροφικός κινητήρας.
Επομένως, από όλη την ποικιλία ατμομηχανών και ατμομηχανών, μόνο ατμοστρόβιλοι τεράστιας ισχύος (από 20 MW και άνω), που σήμερα παράγουν περίπου το 75% της ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα μας, έχουν επιβιώσει με ασφάλεια και ενεργητικότητα μέχρι σήμερα. Περισσότεροι ατμοστρόβιλοι υψηλή ισχύςπαρέχουν ενέργεια από πυρηνικούς αντιδραστήρες σε πολεμικά υποβρύχια που μεταφέρουν πυραύλους και μεγάλα αρκτικά παγοθραυστικά. Αλλά αυτό είναι όλο τεράστια αυτοκίνητα. Οι ατμοστρόβιλοι χάνουν δραματικά όλη την απόδοσή τους καθώς μειώνεται το μέγεθός τους.

…. Γι' αυτό δεν υπάρχουν ηλεκτρικές ατμομηχανές και ατμομηχανές με ισχύ κάτω από 2000 - 1500 kW (2 - 1,5 mW), που θα λειτουργούσαν αποτελεσματικά με ατμό που προέρχεται από την καύση φθηνού στερεού καυσίμου και διαφόρων ελεύθερων εύφλεκτων αποβλήτων, στον κόσμο .
Είναι σε αυτό το κενό πεδίο της τεχνολογίας σήμερα (και σε μια απολύτως γυμνή, αλλά εμπορική θέση που έχει μεγάλη ανάγκη από προμήθεια προϊόντων), σε αυτήν την αγορά μηχανών χαμηλής ισχύος, που οι περιστροφικές μηχανές ατμού μπορούν και πρέπει να αντέχουν αξιόλογη θέση. Και η ανάγκη τους μόνο στη χώρα μας είναι δεκάδες και δεκάδες χιλιάδες... Ειδικά μικρομεσαίες μηχανές για αυτόνομη ηλεκτροπαραγωγή και ανεξάρτητη παροχή ρεύματος χρειάζονται οι μικρομεσαίες επιχειρήσεις σε περιοχές απομακρυσμένες από μεγάλες πόλεις και μεγάλες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής: - σε μικρά πριονιστήρια, απομακρυσμένα ορυχεία, σε κατασκηνώσεις και δασικά οικόπεδα κ.λπ., κ.λπ.
…..

..
Ας δούμε τους δείκτες που κάνουν τις περιστροφικές ατμομηχανές καλύτερες από τους πλησιέστερους συγγενείς τους - ατμομηχανές με τη μορφή ατμομηχανών εμβόλου και ατμοστρόβιλοι.
… — 1) Οι περιστροφικοί κινητήρες είναι μηχανές ισχύοςογκομετρική διαστολή - όπως εμβολοφόροι κινητήρες. Εκείνοι. έχουν χαμηλή κατανάλωση ατμού ανά μονάδα ισχύος, επειδή ατμός παρέχεται στις κοιλότητες εργασίας τους κατά διαστήματα, και σε αυστηρά δόσεις, και όχι σε συνεχή άφθονη ροή, όπως στο ατμοστρόβιλοι. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι περιστροφικές μηχανές ατμού είναι πολύ πιο οικονομικές από τους ατμοστρόβιλους ανά μονάδα ισχύος εξόδου.
— 2) Οι περιστροφικές ατμομηχανές διαθέτουν βραχίονα εφαρμογής της λειτουργίας δυνάμεις αερίου(βραχίονας ροπής) είναι σημαντικά (πολλές φορές) μεγαλύτερη από τις ατμομηχανές με έμβολα. Ως εκ τούτου, η ισχύς που αναπτύσσουν είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των ατμομηχανών με έμβολα.
— 3) Οι περιστροφικές ατμομηχανές έχουν πολύ μεγαλύτερη διαδρομή από τις ατμομηχανές με έμβολα, δηλ. έχουν την ικανότητα να μετατρέπουν το μεγαλύτερο μέρος της εσωτερικής ενέργειας του ατμού σε χρήσιμη εργασία.
— 4) Οι περιστροφικές μηχανές ατμού μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά με κορεσμένο (υγρό) ατμό, χωρίς δυσκολία επιτρέποντας σε σημαντικό μέρος του ατμού να συμπυκνωθεί σε νερό απευθείας στα λειτουργικά τμήματα της περιστροφικής μηχανής ατμού. Αυτό αυξάνει επίσης την απόδοση μιας ατμοηλεκτρικής μονάδας που χρησιμοποιεί μια περιστροφική μηχανή ατμού.
— 5 ) Οι περιστροφικές μηχανές ατμού λειτουργούν με ταχύτητες 2-3 χιλιάδες στροφές ανά λεπτό, που είναι η βέλτιστη ταχύτητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε αντίθεση με τις πολύ χαμηλές στροφές εμβολοφόρους κινητήρες(200-600 rpm) παραδοσιακών ατμομηχανών τύπου ατμομηχανής ή από τουρμπίνες πολύ υψηλής ταχύτητας (10-20 χιλιάδες rpm).

Ταυτόχρονα, τεχνολογικά, οι περιστροφικές μηχανές ατμού είναι σχετικά απλές στην κατασκευή, γεγονός που καθιστά το κόστος παραγωγής τους σχετικά χαμηλό. Σε αντίθεση με τους ατμοστρόβιλους, οι οποίοι είναι εξαιρετικά ακριβοί στην παραγωγή τους.

ΛΟΙΠΟΝ, ΜΙΑ ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΑΥΤΟΥ ΤΟΥ ΑΡΘΡΟΥ — μια περιστροφική μηχανή ατμού είναι μια πολύ αποτελεσματική ατμοηλεκτρική μηχανή για τη μετατροπή της πίεσης ατμού από τη θερμότητα της καύσης στερεών καυσίμων και των εύφλεκτων αποβλήτων σε μηχανική και ηλεκτρική ενέργεια.

Ο συγγραφέας αυτού του ιστότοπου έχει ήδη λάβει περισσότερα από 5 διπλώματα ευρεσιτεχνίας για εφευρέσεις σχετικά με διάφορες πτυχές του σχεδιασμού των περιστροφικών κινητήρων ατμού. Έχει επίσης παραχθεί ένας αριθμός μικρών περιστροφικών κινητήρων με ισχύ από 3 έως 7 kW. Αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε εξέλιξη ο σχεδιασμός περιστροφικών ατμομηχανών ισχύος από 100 έως 200 kW.
Αλλά οι περιστροφικοί κινητήρες έχουν ένα "γενικό μειονέκτημα" - ένα πολύπλοκο σύστημα σφραγίδων, το οποίο για μικρούς κινητήρες αποδεικνύεται πολύ περίπλοκο, μικροσκοπικό και ακριβό στην κατασκευή.

Ταυτόχρονα, ο συγγραφέας του ιστότοπου αναπτύσσει ατμομηχανές αξονικού εμβόλου με αντίθετη - αντίστροφη κίνηση εμβόλων. Αυτή η διάταξηείναι η πιο ενεργειακά αποδοτική παραλλαγή από όλες πιθανά σχήματαεφαρμογή ενός συστήματος εμβόλου.
Αυτοί οι κινητήρες σε μικρά μεγέθη είναι κάπως φθηνότεροι και απλούστεροι περιστροφικοί κινητήρεςκαι οι σφραγίδες που χρησιμοποιούν είναι οι πιο παραδοσιακές και απλές.

Παρακάτω είναι ένα βίντεο χρήσης ενός μικρού αξονικού εμβόλου κινητήρας μπόξερμε αντίστροφη κίνηση εμβόλων.

Επί του παρόντος, κατασκευάζεται ένας τέτοιος αντίθετος κινητήρας με αξονικό έμβολο 30 kW. Η διάρκεια ζωής του κινητήρα αναμένεται να είναι αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες ώρες, επειδή οι στροφές της ατμομηχανής είναι 3-4 φορές χαμηλότερες από τις στροφές του κινητήρα εσωτερικής καύσης, σε ζεύγος τριβής " έμβολο-κύλινδρος"—υπόκειται σε νιτρίωση πλάσματος ιόντων σε περιβάλλον κενού και η σκληρότητα των επιφανειών τριβής είναι 62-64 μονάδες HRC. Για λεπτομέρειες σχετικά με τη διαδικασία επιφανειακής σκλήρυνσης με τη μέθοδο της νιτρίδωσης, βλ.

Εδώ είναι ένα κινούμενο σχέδιο της αρχής λειτουργίας ενός παρόμοιου κινητήρα boxer αξονικού εμβόλου με αντίθετα κινούμενα έμβολα

Ατμομηχανή Tower 3 Σεπτεμβρίου 2016

Εδώ είναι από τι ενδιαφέρουσες μηχανέςέχουμε ήδη συζητήσει μαζί σας: εδώ, αλλά εδώ είναι ένα πολύ γνωστό

Σήμερα θα συζητήσουμε μια άλλη ασυνήθιστη επιλογή. Αντί για τον συνηθισμένο κύλινδρο, αυτή η ατμομηχανή είχε μια σφαίρα. Μια κούφια σφαίρα μέσα στην οποία συνέβαιναν όλα.

Ένας δίσκος περιστρεφόταν και ταλαντευόταν στη σφαίρα, σε κάθε πλευρά της οποίας τα τέταρτα της μπάλας «πεταχτούν» μπρος-πίσω. Όπως μπορείτε να δείτε, είναι αρκετά δύσκολο να το εξηγήσετε αυτό με λόγια, οπότε εδώ είναι το animation:

Κόκκινα βέλη - παροχή φρέσκου ατμού, μπλε - ατμός εξάτμισης.

Οι άξονες τοποθετήθηκαν σε γωνία 135 μοιρών μεταξύ τους. Ο ατμός, από μια τρύπα στο τέταρτο, έμπαινε κάτω από το αεροπλάνο πιεσμένος στον δίσκο, επεκτεινόταν (παράγοντας χρήσιμο έργο) και, αφού γύριζε το τέταρτο, έβγαινε από την ίδια τρύπα. Τα τέταρτα χρησίμευαν έτσι ως βαλβίδες παροχής/αφαίρεσης ατμού. Ο κρεμαστός δίσκος έκανε αυτό που κάνει ένα έμβολο σε μια συνηθισμένη ατμομηχανή. Αλλά δεν υπήρχε καθόλου μηχανισμός στροφάλου, επομένως δεν υπήρχε ανάγκη να μετατραπεί η παλινδρομική κίνηση σε περιστροφική κίνηση.

Κύριος κόμβος:

Ενώ η διαδρομή εργασίας (διαστολή ατμού) γινόταν στη μία πλευρά του τριμήνου, ρελαντί(αποδέσμευση ατμού καυσαερίων). Στην άλλη πλευρά του δίσκου, το ίδιο συνέβη με μια μετατόπιση φάσης 90 μοιρών. Λόγω της σχετικής θέσης των τεταρτημορίων, δόθηκε στον δίσκο περιστροφή και δονήσεις.

Ουσιαστικά, ήταν ένας δίσκος κάρδανου με εσωτερική πηγή ενέργειας. Πράσινος σταυρός δίσκος μετάδοση cardanεκτελεί τις ίδιες περιστροφικές-ταλαντωτικές κινήσεις:

Η περιστροφή μεταδόθηκε σε δύο άξονες που βγαίνουν από τον κινητήρα. Ήταν δυνατό να αφαιρεθεί ενέργεια και από τα δύο, αλλά στην πράξη, κρίνοντας από τα σχέδια, το ένα χρησιμοποιήθηκε για την κίνηση.

Οπως σημειώθηκε Γαλλικό περιοδικό"La Nature" του 1884, ο σφαιρικός κινητήρας επέτρεπε υψηλότερες ταχύτητες περιστροφής σε σύγκριση με τους αντίστοιχους εμβόλου και, ως εκ τούτου, ήταν κατάλληλος ως κίνηση ηλεκτρικής γεννήτριας.
Ο κινητήρας είχε χαμηλά επίπεδαθόρυβος και κραδασμούς και ήταν πολύ συμπαγής. Ένας κινητήρας με εσωτερική διάμετρο μπάλας 10 cm και ταχύτητα περιστροφής 500 rpm σε πίεση ατμού 3 atm παρήγαγε 1 ιπποδύναμη, στις 8,5 atm - 2,5 ίπποι. Το ίδιο μεγάλο μοντέλομε διάμετρο 63 cm, είχε ισχύ 624 «άλογα».

Αλλά. Ο σφαιρικός κινητήρας ήταν δύσκολο να κατασκευαστεί για το τεχνολογικό επίπεδο εκείνης της εποχής και απαιτούσε υψηλή κατανάλωση ατμού λόγω της αδυναμίας κατασκευής εξαρτημάτων με το απαιτούμενο επίπεδο ανοχών. Κατασκευάστηκε και πραγματικά χρησιμοποιήθηκε για κάποιο χρονικό διάστημα ως κίνηση γεννήτριας στο Βρετανικό Ναυτικό και μετά σιδηροδρόμωναχ Great Eastern Railway (εγκατεστημένο σε λέβητα ατμού και χρησιμεύει για ηλεκτρικό φωτισμό βαγονιών). Ωστόσο, λόγω αυτών των ελλείψεων, δεν ρίζωσε.

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο εφευρέτης της σφαιρικής μηχανής αλόγων, Beauchamp Tower, δεν χάθηκε στη μηχανική.

Προφανώς, ήταν ο πρώτος που παρατήρησε τη «σφήνα λαδιού» σε απλά ρουλεμάν και μέτρησε την πίεση σε αυτήν. Εκείνοι. Η σύγχρονη μηχανολογία εξακολουθεί να χρησιμοποιεί την έρευνα του κ. Tower μέχρι σήμερα.

πηγές

Μία από τις λίγες περιστροφικές μηχανές ατμού που αναπτύχθηκαν στη Ρωσία και η οποία χρησιμοποιήθηκε ενεργά σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας και των μεταφορών ήταν η περιστροφική μηχανή ατμού (περιστροφική μηχανή) του μηχανολόγου μηχανικού N.N. Tverskoy. Ο κινητήρας χαρακτηριζόταν από ανθεκτικότητα, απόδοση και υψηλή ροπή. Αλλά με την εμφάνιση των ατμοστροβίλων ξεχάστηκε. Παρακάτω είναι αρχειακό υλικό που συγκεντρώθηκε από τον συγγραφέα αυτού του ιστότοπου. Τα υλικά είναι πολύ εκτεταμένα, επομένως μόνο ένα μέρος τους παρουσιάζεται εδώ μέχρι στιγμής.

φωτογραφίες, βίντεο, πολλά γράμματα:

Σχέδιο λειτουργίας της περιστροφικής μηχανής ατμού N. Tverskoy:

Δοκιμαστική κύλιση συμπιεσμένος αέραςΠεριστροφική μηχανή ατμού (3,5 atm).
Το μοντέλο έχει σχεδιαστεί για ισχύ 10 kW στις 1500 rpm σε πίεση ατμού 28-30 atm.

Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι «περιστροφικές μηχανές του Tverskoy» ξεχάστηκαν επειδή οι ατμομηχανές με έμβολα αποδείχτηκαν πιο απλές και πιο προηγμένες τεχνολογικά στην κατασκευή (για τις βιομηχανίες εκείνης της εποχής) και οι ατμοστρόβιλοι παρείχαν περισσότερη ισχύ.
Αλλά η παρατήρηση σχετικά με τις τουρμπίνες ισχύει μόνο για το μεγάλο βάρος και τις συνολικές τους διαστάσεις. Πράγματι, με ισχύ μεγαλύτερη από 1,5-2 χιλιάδες kW, οι πολυκύλινδροι ατμοστρόβιλοι υπερτερούν των περιστροφικών κινητήρων ατμού από κάθε άποψη, ακόμη και με το υψηλό κόστος των στροβίλων. Και στις αρχές του 20ου αιώνα, όταν τα πλοία σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειαςΚαι μονάδες ισχύοςοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής άρχισαν να έχουν χωρητικότητα πολλών δεκάδων χιλιάδων κιλοβάτ, τότε μόνο οι τουρμπίνες μπορούσαν να παρέχουν τέτοιες δυνατότητες.

ΑΛΛΑ - οι τουρμπίνες έχουν ένα άλλο μειονέκτημα. Κατά την κλιμάκωση των παραμέτρων των διαστάσεων μάζας προς τα κάτω, τα χαρακτηριστικά απόδοσης των ατμοστροβίλων επιδεινώνονται απότομα. Η συγκεκριμένη ισχύς μειώνεται σημαντικά, η απόδοση πέφτει, ενώ παραμένει το υψηλό κόστος κατασκευής και οι υψηλές στροφές του κύριου άξονα (η ανάγκη για κιβώτιο ταχυτήτων). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο - στην περιοχή ισχύος μικρότερης από 1.000 kW (1 mW), είναι σχεδόν αδύνατο να βρεθεί ένας ατμοστρόβιλος που να είναι αποτελεσματικός από όλες τις απόψεις, ακόμη και για πολλά χρήματα...

Γι' αυτό εμφανίστηκε ένα ολόκληρο «μπουκέτο» εξωτικών και ελάχιστα γνωστών σχεδίων σε αυτό το εύρος ισχύος. Τις περισσότερες φορές όμως είναι και ακριβές και αναποτελεσματικές... Βιδωτοί στρόβιλοι, τουρμπίνες Tesla, αξονικές τουρμπίνεςκαι ούτω καθεξής.
Αλλά για κάποιο λόγο όλοι ξέχασαν τις «περιστροφικές μηχανές» ατμού. Εν τω μεταξύ, αυτά τα μηχανήματα είναι πολλές φορές φθηνότερα από οποιονδήποτε μηχανισμό λεπίδας και βίδας (το λέω εν γνώσει του θέματος, ως άνθρωπος που έχει ήδη φτιάξει πάνω από δώδεκα τέτοια μηχανήματα με δικά του χρήματα). Ταυτόχρονα, οι «περιστροφικές μηχανές» ατμού του N. Tverskoy έχουν ισχυρή ροπή από πολύ χαμηλές στροφές και έχουν χαμηλή ταχύτητα περιστροφής του κύριου άξονα σε πλήρη ταχύτητα από 800 έως 1500 rpm. Εκείνοι. Τέτοιες μηχανές, είτε πρόκειται για ηλεκτρική γεννήτρια είτε για ατμοκίνητο αυτοκίνητο (τρακτέρ, τρακτέρ), δεν θα απαιτούν κιβώτιο ταχυτήτων, συμπλέκτη κ.λπ., αλλά θα συνδέονται απευθείας με τον άξονα τους με το δυναμό, τους τροχούς του αυτοκινήτου κ.λπ.
Έτσι, με τη μορφή μιας περιστροφικής μηχανής ατμού - το σύστημα «N Tverskoy περιστροφική μηχανή», έχουμε μια γενική ατμομηχανή που θα παράγει τέλεια ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτείται από έναν λέβητα στερεών καυσίμων σε ένα απομακρυσμένο δασαρχείο ή ένα χωριό τάιγκα, σε ένα στρατόπεδο. , ή παράγουν ηλεκτρική ενέργεια σε λεβητοστάσιο σε αγροτικό οικισμό ή «περιστρέφονται» με τα απόβλητα θερμότητας διεργασιών (ζεστός αέρας) σε εργοστάσιο τούβλων ή τσιμέντου, σε χυτήριο κ.λπ., κ.λπ. Όλες αυτές οι πηγές θερμότητας έχουν ισχύ μικρότερη από 1 mW, γι' αυτό οι συμβατικοί στρόβιλοι χρησιμοποιούνται ελάχιστα εδώ. Αλλά η γενική τεχνική πρακτική δεν γνωρίζει ακόμη άλλα μηχανήματα για την ανακύκλωση της θερμότητας με την πίεση του ατμού που προκύπτει σε λειτουργία. Αυτή η θερμότητα λοιπόν δεν αξιοποιείται με κανέναν τρόπο - απλώς χάνεται ανόητα και ανεπανόρθωτα.
Έχω ήδη δημιουργήσει μια "περιστροφική μηχανή ατμού" για την κίνηση μιας ηλεκτρικής γεννήτριας 10 kW, αν όλα πάνε όπως έχουν προγραμματιστεί, τότε σύντομα θα υπάρχει μια μηχανή με 25 και 40 kW. Ό,τι ακριβώς χρειάζεται για την παροχή φθηνής ηλεκτρικής ενέργειας από έναν λέβητα στερεών καυσίμων ή τη σπατάλη θερμότητας διεργασίας σε αγροτικό κτήμα, μικρό αγρόκτημα, κατασκήνωση, κ.λπ., κ.λπ.
Κατ' αρχήν, οι περιστροφικοί κινητήρες κλιμακώνονται αρκετά προς τα πάνω, επομένως, τοποθετώντας πολλά τμήματα ρότορα σε έναν άξονα, είναι εύκολο να αυξηθεί επανειλημμένα η ισχύς τέτοιων μηχανών, απλώς αυξάνοντας τον αριθμό των τυπικών μονάδων ρότορα, δηλ. είναι πολύ πιθανό να δημιουργηθούν περιστροφικές μηχανές ατμού με ισχύ 80-160-240-320 kW ή περισσότερο...

Το κύριο πλεονέκτημα των ατμομηχανών είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν σχεδόν οποιαδήποτε πηγή θερμότητας για να τη μετατρέψουν σε μηχανική εργασία. Αυτό τους διακρίνει από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, κάθε τύπος των οποίων απαιτεί τη χρήση συγκεκριμένου τύπου καυσίμου. Αυτό το πλεονέκτημα είναι πιο αισθητό στη χρήση της πυρηνικής ενέργειας, καθώς ένας πυρηνικός αντιδραστήρας δεν είναι σε θέση να παράγει μηχανική ενέργεια, αλλά παράγει μόνο θερμότητα, η οποία χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού για την κίνηση ατμομηχανών (συνήθως ατμοστρόβιλους). Επιπλέον, υπάρχουν και άλλες πηγές θερμότητας που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητήρες εσωτερικής καύσης, όπως η ηλιακή ενέργεια. Μια ενδιαφέρουσα κατεύθυνση είναι η χρήση ενέργειας από διαφορές θερμοκρασίας στον Παγκόσμιο Ωκεανό σε διαφορετικά βάθη

Άλλοι τύποι κινητήρων έχουν επίσης παρόμοιες ιδιότητες. εξωτερική καύση, όπως Ο κινητήρας του Stirling, τα οποία μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλή απόδοση, αλλά έχουν σημαντικά μεγαλύτερο βάρος και μέγεθος από τους σύγχρονους τύπους ατμομηχανών.

Οι ατμομηχανές αποδίδουν καλά σε μεγάλα υψόμετρα, καθώς η απόδοση λειτουργίας τους δεν μειώνεται λόγω της χαμηλής ατμοσφαιρικής πίεσης. Οι ατμομηχανές εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στις ορεινές περιοχές της Λατινικής Αμερικής, παρά το γεγονός ότι στις πεδινές περιοχές έχουν αντικατασταθεί εδώ και πολύ καιρό από περισσότερες μοντέρνους τύπουςατμομηχανές.

Στην Ελβετία (Brienz Rothorn) και στην Αυστρία (Schafberg Bahn), οι νέες ατμομηχανές που χρησιμοποιούν ξηρό ατμό έχουν αποδείξει την αποτελεσματικότητά τους. Αυτός ο τύπος ατμομηχανής αναπτύχθηκε με βάση τα μοντέλα Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) της δεκαετίας του 1930, με πολλές σύγχρονες βελτιώσεις όπως η χρήση ρουλεμάν κυλίνδρων, σύγχρονη θερμομόνωση, καύση κλασμάτων ελαφρού λαδιού ως καύσιμο, βελτιωμένοι αγωγοί ατμού κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, τέτοιες ατμομηχανές έχουν 60% χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου και σημαντικά χαμηλότερες απαιτήσεις συντήρησης. Οι οικονομικές ιδιότητες τέτοιων μηχανών είναι συγκρίσιμες με τις σύγχρονες ντίζελ και ηλεκτρικές ατμομηχανές.

Επιπλέον, οι ατμομηχανές είναι πολύ ελαφρύτερες από τις ντίζελ και τις ηλεκτρικές, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους ορεινούς σιδηρόδρομους. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των ατμομηχανών είναι ότι δεν απαιτούν μετάδοση, μεταδίδοντας δύναμη απευθείας στους τροχούς. Ταυτόχρονα, η ατμομηχανή της ατμομηχανής συνεχίζει να αναπτύσσει πρόσφυση ακόμα κι αν οι τροχοί σταματήσουν (εστιάζοντας στον τοίχο), κάτι που διαφέρει από όλους τους άλλους τύπους κινητήρων που χρησιμοποιούνται στις μεταφορές.

Αποδοτικότητα

Μια ατμομηχανή που απελευθερώνει ατμό στην ατμόσφαιρα θα έχει πρακτική απόδοση (συμπεριλαμβανομένου του λέβητα) από 1 έως 8%, αλλά ένας κινητήρας με συμπυκνωτή και επέκταση της διαδρομής ροής μπορεί να βελτιώσει την απόδοση στο 25% ή ακόμα περισσότερο. Θερμικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειαςΜε υπερθερμαντήραςκαι η αναγεννητική θέρμανση νερού μπορεί να επιτύχει απόδοση 30 - 42%. Φυτά συνδυασμένου κύκλουσυνδυασμένος κύκλος, στον οποίο η ενέργεια του καυσίμου χρησιμοποιείται για πρώτη φορά για την οδήγηση τουρμπίνα αερίου, και στη συνέχεια για μια τουρμπίνα ατμού, μπορεί να φτάσει έναν συντελεστή χρήσιμη δράση 50 - 60%. Στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, η απόδοση αυξάνεται με τη χρήση μερικώς εξαντλημένου ατμού για τις ανάγκες θέρμανσης και παραγωγής. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται έως και το 90% της ενέργειας του καυσίμου και μόνο το 10% διαχέεται άχρηστα στην ατμόσφαιρα.

Αυτές οι διαφορές στην αποτελεσματικότητα εμφανίζονται λόγω των χαρακτηριστικών θερμοδυναμικός κύκλοςατμομηχανές. Για παράδειγμα, το μεγαλύτερο φορτίο θέρμανσης εμφανίζεται σε χειμερινή περίοδο, επομένως, η απόδοση των θερμοηλεκτρικών σταθμών αυξάνεται το χειμώνα.

Ένας από τους λόγους για τη μείωση της απόδοσης είναι ότι η μέση θερμοκρασία του ατμού στον συμπυκνωτή είναι ελαφρώς υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλον(το λεγομενο διαφορά θερμοκρασίας). Η μέση διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να μειωθεί με τη χρήση πυκνωτών πολλαπλών διελεύσεων. Η χρήση εξοικονομητών, θερμαντήρες αέρα αναγέννησης και άλλα μέσα βελτιστοποίησης του κύκλου ατμού αυξάνει επίσης την απόδοση.

Οι ατμομηχανές έχουν ένα πολύ σημαντική περιουσίαείναι ότι η ισοθερμική διαστολή και συστολή συμβαίνουν σε σταθερή πίεση. Επομένως, ο εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να είναι οποιουδήποτε μεγέθους και η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ρευστού εργασίας και του ψυγείου ή του θερμαντήρα είναι σχεδόν 1 βαθμός. Ως αποτέλεσμα, οι απώλειες θερμότητας μπορούν να ελαχιστοποιηθούν. Για σύγκριση, οι διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ του θερμαντήρα ή του ψυγείου και του ρευστού εργασίας στο Stirling μπορεί να φτάσουν τους 100 °C

Εκτός από τις ατμομηχανές με έμβολα, οι περιστροφικές ατμομηχανές χρησιμοποιήθηκαν ενεργά τον 19ο αιώνα. Στη Ρωσία, στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, ονομάζονταν "περιστροφικές μηχανές" (δηλαδή, "περιστροφή ενός τροχού" από τη λέξη "kolo" - "τροχός"). Υπήρχαν διάφοροι τύποι, αλλά ο πιο επιτυχημένος και αποτελεσματικός ήταν η «περιστροφική μηχανή» του μηχανολόγου μηχανικού της Αγίας Πετρούπολης N. N. Tverskoy. Ατμομηχανή N. N. Tverskoy. Το μηχάνημα ήταν ένα κυλινδρικό σώμα στο οποίο περιστρεφόταν ένα στροφείο-στροφείο και οι θάλαμοι διαστολής κλειδώνονταν με ειδικά τύμπανα ασφάλισης. Η «Περιστροφική μηχανή» του N. N. Tverskoy δεν είχε ούτε ένα εξάρτημα που να εκτελεί παλινδρομικές κινήσεις και να είναι τέλεια ισορροπημένο. Ο κινητήρας Tverskoy δημιουργήθηκε και λειτούργησε κυρίως με τον ενθουσιασμό του συγγραφέα του, αλλά χρησιμοποιήθηκε σε πολλά αντίτυπα σε μικρά πλοία, σε εργοστάσια και για να οδηγεί δυναμό. Ένας από τους κινητήρες εγκαταστάθηκε ακόμη και στο αυτοκρατορικό γιοτ "Standard", και ως α μηχάνημα επέκτασης- οδηγούμενος από έναν κύλινδρο με συμπιεσμένο αέριο αμμωνίας, αυτός ο κινητήρας οδήγησε ένα από τα πρώτα πειραματικά υποβρύχια υποβρύχια - έναν "υποβρύχιο καταστροφέα", ο οποίος δοκιμάστηκε από τον N. N. Tverskoy στη δεκαετία του '80 του 19ου αιώνα στα νερά του Κόλπου της Φινλανδίας . Ωστόσο, με την πάροδο του χρόνου, όταν οι ατμομηχανές αντικαταστάθηκαν από κινητήρες εσωτερικής καύσης και ηλεκτρικούς κινητήρες, η «περιστροφική μηχανή» του N. N. Tverskoy πρακτικά ξεχάστηκε. Ωστόσο, αυτές οι «περιστροφικές μηχανές» μπορούν να θεωρηθούν πρωτότυπα των σημερινών περιστροφικών μηχανών εσωτερικής καύσης

Π

Οι σταθερές ατμομηχανές μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους ανάλογα με τον τρόπο χρήσης τους:

Μηχανήματα μεταβλητής λειτουργίας, που περιλαμβάνουν μηχανές ελασματουργεία μετάλλων, βαρούλκα ατμού και παρόμοιες συσκευές που πρέπει συχνά να σταματούν και να αλλάζουν κατεύθυνση περιστροφής.

• Ηλεκτροκίνητα μηχανήματα που σπάνια σταματούν και δεν πρέπει να αλλάζουν φορά περιστροφής. Περιλαμβάνουν ενεργειακούς κινητήρες σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, και βιομηχανικοί κινητήρες, χρησιμοποιείται σε εργοστάσια, εργοστάσια και συρματόσχοιναπριν από την ευρεία χρήση της ηλεκτρικής έλξης. Οι κινητήρες χαμηλής ισχύος χρησιμοποιούνται σε θαλάσσια μοντέλα και σε ειδικές συσκευές.

Το βαρούλκο ατμού είναι ουσιαστικά σταθερός κινητήρας, αλλά τοποθετείται σε πλαίσιο στήριξης ώστε να μπορεί να μετακινηθεί. Μπορεί να ασφαλιστεί με ένα καλώδιο σε μια άγκυρα και να μετακινηθεί με τη δική του έλξη σε μια νέα θέση.

Στις περισσότερες παλινδρομικές ατμομηχανές, ο ατμός αλλάζει κατεύθυνση σε κάθε διαδρομή του κύκλου λειτουργίας, εισερχόμενος και έξοδος από τον κύλινδρο μέσω της ίδιας πολλαπλής. Πλήρης κύκλοςο κινητήρας παίρνει ένα πλήρης στροφήστρόφαλο και αποτελείται από τέσσερις φάσεις - εισαγωγή, εκτόνωση (φάση εργασίας), εξάτμιση και συμπίεση. Αυτές οι φάσεις ελέγχονται από βαλβίδες στο "κουτί ατμού" δίπλα στον κύλινδρο. Οι βαλβίδες ελέγχουν τη ροή του ατμού συνδέοντας τις πολλαπλές σε κάθε πλευρά του κυλίνδρου εργασίας σε σειρά με την εισαγωγή και πολλαπλή εξαγωγήςατμομηχανή. Οι βαλβίδες οδηγούνται από κάποιο τύπο μηχανισμού βαλβίδων. Ο απλούστερος μηχανισμός βαλβίδας δίνει σταθερή διάρκεια των φάσεων λειτουργίας και συνήθως δεν έχει τη δυνατότητα αλλαγής της φοράς περιστροφής του άξονα της μηχανής. Η πλειοψηφία μηχανισμοί βαλβίδωνείναι πιο προηγμένες, έχουν αντίστροφο μηχανισμό και σας επιτρέπουν επίσης να ρυθμίζετε την ισχύ και τη ροπή του μηχανήματος αλλάζοντας το "αποκοπή ατμού", δηλαδή αλλάζοντας την αναλογία των φάσεων εισαγωγής και εκτόνωσης. Δεδομένου ότι συνήθως η ίδια συρόμενη βαλβίδα ελέγχει τόσο τη ροή ατμού εισόδου όσο και εξόδου, η αλλαγή αυτών των φάσεων επηρεάζει επίσης συμμετρικά την αναλογία των φάσεων εξαγωγής και συμπίεσης. Και υπάρχει ένα πρόβλημα εδώ, καθώς η αναλογία αυτών των φάσεων ιδανικά δεν θα πρέπει να αλλάξει: εάν η φάση εξάτμισης γίνει πολύ μικρή, τότε το μεγαλύτερο μέρος του ατμού της εξάτμισης δεν θα έχει χρόνο να φύγει από τον κύλινδρο και θα δημιουργήσει σημαντική αντίθλιψη στη συμπίεση φάση. Στη δεκαετία του 1840 και του 1850, έγιναν πολλές προσπάθειες για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, κυρίως με τη δημιουργία κυκλωμάτων με μια πρόσθετη βαλβίδα διακοπής τοποθετημένη στην κύρια βαλβίδα ελέγχου, αλλά τέτοιοι μηχανισμοί δεν λειτουργούσαν ικανοποιητικά και ήταν επίσης πολύ ακριβοί και περίπλοκοι. Έκτοτε, μια κοινή συμβιβαστική λύση ήταν η επιμήκυνση των επιφανειών ολίσθησης των βαλβίδων μπομπίνας έτσι ώστε η θύρα εισόδου να κλείνει περισσότερο από τη θύρα εξόδου. Αργότερα, κυκλώματα με ξεχωριστή είσοδο και βαλβίδες εξαγωγής, το οποίο θα μπορούσε να παρέχει έναν σχεδόν ιδανικό κύκλο εργασίας, αλλά αυτά τα σχήματα χρησιμοποιήθηκαν σπάνια στην πράξη, ειδικά στις μεταφορές, λόγω της πολυπλοκότητάς τους και των λειτουργικών προβλημάτων που αντιμετωπίζουν

Πολλαπλή επέκταση

Μια λογική εξέλιξη του σύνθετου σχήματος ήταν η προσθήκη πρόσθετων σταδίων επέκτασης σε αυτό, τα οποία αύξησαν την αποτελεσματικότητα της εργασίας. Το αποτέλεσμα ήταν ένα σχήμα πολλαπλής επέκτασης γνωστό ως μηχανές τριπλής ή ακόμα και τετραπλής επέκτασης. Αυτές οι ατμομηχανές χρησιμοποιούσαν μια σειρά από κυλίνδρους διπλής ενέργειας, ο όγκος των οποίων αυξανόταν με κάθε στάδιο. Μερικές φορές αντί να αυξηθεί ο όγκος του κυλίνδρου χαμηλή πίεσηχρησιμοποιήθηκε αύξηση του αριθμού τους, όπως και σε ορισμένες μηχανές σύνθεσης.

Η εικόνα στα δεξιά δείχνει τη λειτουργία μιας ατμομηχανής τριπλής διαστολής. Ο ατμός περνά μέσα από το μηχάνημα από αριστερά προς τα δεξιά. Το μπλοκ βαλβίδων κάθε κυλίνδρου βρίσκεται στα αριστερά του αντίστοιχου κυλίνδρου.

Η εμφάνιση αυτού του τύπου ατμομηχανής έγινε ιδιαίτερα σημαντική για τον στόλο, καθώς οι απαιτήσεις μεγέθους και βάρους για τους κινητήρες πλοίων δεν ήταν πολύ αυστηρές και το πιο σημαντικό, αυτός ο σχεδιασμός διευκόλυνε τη χρήση ενός συμπυκνωτή που επιστρέφει τον ατμό με τη μορφή φρέσκο ​​νερό πίσω στο λέβητα (χρησιμοποιήστε αλατισμένο θαλασσινό νερό ήταν αδύνατο να τροφοδοτήσετε τους λέβητες). Οι επίγειες ατμομηχανές συνήθως δεν είχαν προβλήματα με την παροχή νερού και ως εκ τούτου μπορούσαν να απελευθερώσουν ατμό αποβλήτων στην ατμόσφαιρα. Επομένως, ένα τέτοιο σχέδιο ήταν λιγότερο σχετικό για αυτούς, ειδικά λαμβάνοντας υπόψη την πολυπλοκότητα, το μέγεθος και το βάρος του. Η κυριαρχία των ατμομηχανών πολλαπλής επέκτασης τελείωσε μόνο με την εμφάνιση και την ευρεία χρήση των ατμοστροβίλων. Ωστόσο, στις σύγχρονες ατμομηχανές

Ατμομηχανές άμεσης ροής

Οι ατμομηχανές άπαξ προέκυψαν ως αποτέλεσμα μιας προσπάθειας να ξεπεραστεί ένα μειονέκτημα που είναι εγγενές ατμομηχανέςμε παραδοσιακή διανομή ατμού. Το γεγονός είναι ότι ο ατμός σε μια συμβατική ατμομηχανή αλλάζει συνεχώς την κατεύθυνση της κίνησής του, καθώς το ίδιο παράθυρο σε κάθε πλευρά του κυλίνδρου χρησιμοποιείται τόσο για την εισαγωγή όσο και για την εξαγωγή ατμού. Όταν ο ατμός εξαγωγής φεύγει από τον κύλινδρο, ψύχει τα τοιχώματά του και τα κανάλια διανομής ατμού. Ο φρέσκος ατμός, κατά συνέπεια, ξοδεύει ένα ορισμένο ποσό ενέργειας για τη θέρμανση τους, γεγονός που οδηγεί σε πτώση της απόδοσης. Οι ατμομηχανές μιας φοράς έχουν ένα πρόσθετο παράθυρο, το οποίο ανοίγει από το έμβολο στο τέλος κάθε φάσης και μέσω του οποίου ο ατμός φεύγει από τον κύλινδρο. Αυτό αυξάνει την απόδοση της μηχανής επειδή ο ατμός κινείται προς μία κατεύθυνση και η κλίση θερμοκρασίας των τοιχωμάτων του κυλίνδρου παραμένει λίγο-πολύ σταθερή. Μηχανές άμεσης ροήςΟι μηχανές απλής διαστολής παρουσιάζουν περίπου την ίδια απόδοση με τις σύνθετες μηχανές με συμβατική διανομή ατμού. Επιπλέον, μπορούν να εργαστούν για περισσότερα υψηλή ταχύτητακαι επομένως, πριν από την εμφάνιση των ατμοστρόβιλων, χρησιμοποιούνταν συχνά για την κίνηση ηλεκτρικών γεννητριών που απαιτούσαν υψηλή ταχύτηταπεριστροφή.

Οι ατμομηχανές άμεσης ροής διατίθενται σε τύπους μονής και διπλής δράσης.

Ζω μόνο με κάρβουνο και νερό και έχω ακόμα αρκετή ενέργεια για να πάω 100 mph! Αυτό ακριβώς μπορεί να κάνει μια ατμομηχανή. Αν και αυτοί οι γιγάντιοι μηχανικοί δεινόσαυροι έχουν εξαφανιστεί στους περισσότερους σιδηροδρόμους του κόσμου, η τεχνολογία ατμού ζει στις καρδιές των ανθρώπων και ατμομηχανές όπως αυτή εξακολουθούν να χρησιμεύουν ως τουριστικά αξιοθέατα σε πολλούς ιστορικούς σιδηροδρόμους.

Οι πρώτες σύγχρονες ατμομηχανές εφευρέθηκαν στην Αγγλία στις αρχές του 18ου αιώνα και σηματοδότησε την αρχή της Βιομηχανικής Επανάστασης.

Σήμερα επιστρέφουμε ξανά στην ενέργεια ατμού. Λόγω του σχεδιασμού του, η διαδικασία καύσης μιας ατμομηχανής παράγει λιγότερη ρύπανση από μια μηχανή εσωτερικής καύσης. Σε αυτήν την ανάρτηση βίντεο, δείτε πώς λειτουργεί.

Σχεδιασμός και μηχανισμός δράσης ατμομηχανής

Τι τροφοδοτούσε την αρχαία ατμομηχανή;

Χρειάζεται ενέργεια για να κάνεις απολύτως ό,τι μπορείς να σκεφτείς: να κάνεις skateboard, να πετάξεις με αεροπλάνο, να πας για ψώνια ή να οδηγήσεις αυτοκίνητο στο δρόμο. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που χρησιμοποιούμε για τις μεταφορές σήμερα προέρχεται από πετρέλαιο, αλλά αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα, ο άνθρακας ήταν το καύσιμο της επιλογής στον κόσμο, τροφοδοτώντας τα πάντα, από τρένα και πλοία μέχρι τα δύσμοιρα αεροπλάνα ατμού που εφευρέθηκε από τον Αμερικανό επιστήμονα Samuel P. Langley, έναν πρώιμο ανταγωνιστή των αδελφών Wright. Τι το ιδιαίτερο έχει ο άνθρακας; Υπάρχει άφθονο μέσα στη Γη, επομένως ήταν σχετικά φθηνό και ευρέως διαθέσιμο.

Ο άνθρακας είναι μια οργανική χημική ουσία, που σημαίνει ότι βασίζεται στο στοιχείο άνθρακα. Ο άνθρακας σχηματίζεται κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών όταν τα υπολείμματα των νεκρών φυτών θάβονται κάτω από βράχους, συμπιέζονται υπό πίεση και μαγειρεύονται από την εσωτερική θερμότητα της Γης. Γι' αυτό λέγεται ορυκτό καύσιμο. Τα κομμάτια άνθρακα είναι πραγματικά σβώλοι ενέργειας. Ο άνθρακας στο εσωτερικό τους συνδέεται με άτομα υδρογόνου και οξυγόνου με δεσμούς που ονομάζονται χημικοί δεσμοί. Όταν καίμε κάρβουνο στη φωτιά, οι δεσμοί σπάνε και η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας.

Ο άνθρακας περιέχει περίπου τη μισή ενέργεια ανά κιλό από τα καθαρότερα ορυκτά καύσιμα όπως η βενζίνη. καύσιμο πετρελαίουκαι κηροζίνη - που είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι ατμομηχανές πρέπει να καίνε τόσο πολύ.