Сделай Сам Свою Работу на 5

Появление первых паровых двигателей и их особенности

Введение

Актуальность темы

В настоящее время вопрос паровых двигателей является актуальным, несмотря на то, что массовое производство паровых машин остановилось в 1950-х годах. История развития паровых машин не подошла к концу. В 1985 году был установлен рекорд скорости на паровом автомобиле 234 км/ч, а в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» который был способен перемещаться со скоростью 241,7 км/час .

Сегодня паровые турбины, как разновидность парового двигателя, применяются на электростанциях. Тепло для подогревания воды, приводящей в движение турбины, может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора.

Современные паровые машины могут иметь КПД до 30%, что примерно соответствует некоторым ДВС. Их можно применять как на транспорте, так и на стационарных объектах, например, на мини электростанциях.

Объект исследования: паровые двигатели.

Предмет исследования: выявление основных этапов развития паровых двигателей.

Цель исследования: определение особенностей каждого этапа развития паровых двигателей.

Для достижения цели ставятся следующие задачи исследования:

— рассмотреть особенности первых паровых машин;

— выявить причины перехода к паровой машине второго поколения;

— проанализировать предпосылки к появлению паровой машины непрерывного действия;

— рассмотреть проблемы применения паровых машин на транспорте;

— определить современные тенденции в использовании паровых машин.

В первом разделе использовался метод анализа и исторический метод.

Во втором разделе использовались исторический метод и метод аналогии.

В третьем разделе использован эвристический метод и метод анализа.

В четвёртом разделе использованы структурный и исторический методы.

В пятом разделе использован метод индукции и эвристический метод.


 

Появление первых паровых двигателей и их особенности

Первые двигатели, используемые для питания рабочих машин, использовали силу известного еще в древности водяного колеса. Но их можно было использовать только около рек. Бурное развитие машинного производства потребовало изобретения универсальных двигателей, которые можно было бы использовать в любом месте.



Паровой двигатель — это машина, в которой происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле в энергию движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах, их поступательное движение преобразуется во вращательное посредством подсоединяемых механизмов. Двигатели с такой конструкцией называются поршневыми. Паровые двигатели, дающие непосредственно вращательное движение, называются паровыми турбинами. Они приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В отличие от паровой машины, совершающей работу за счет использования потенциальной энергии пара, паровая турбина использует кинетическую энергию струи пара, преобразуя ее во вращательную энергию вала [3].

Силовое действие пара было открыто в 1643 году Эванджелистом Торричелли, но ещё задолго до этого существовали идеи его использования как движущего средства. Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из сопел, закреплённых на шаре, заставлял его вращаться.

Реальная паровая турбина была изобретена в средневековом Египте астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил вращать вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало ёмкости с грузом. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях.

Принцип действия и применение паровых машин было описано в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан. Однако никто не был готов рисковать деньгами ради этой революционной идеи, и паровая машина осталась неразработанной.

Таким образом, развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики могли бы воспользоваться результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения.

В 1674 году французский изобретатель Дени Папен проводил опыты по созданию вакуума в закрытом цилиндре. В Париже он, сотрудничая с голландским физиком Гюйгенсом, работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва в нём пороха. Когда избыток газов выходил из цилиндра через специальный клапан, а оставшийся газ охлаждался, в цилиндре создавался частичный вакуум, и поршень возвращался в исходное положение под действием атмосферного давления.

 

Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Новая машина состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался — так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Таким образом, Папен смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой через систему блоков. Система работала только как показательная модель: для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому он считается изобретателем парового котла, хотя и не предложил конструкцию действующей паровой машины.

 


 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.