Auruenergia kasutamise võimalused olid teada juba meie ajastu alguses. Seda kinnitab Vana-Kreeka mehaaniku Aleksandria Heroni poolt loodud seade nimega Heronian aeolipile. Iidse leiutise võib seostada auruturbiiniga, mille kuul veeaurujugade jõul pöörles.
Mootorite käitamiseks sai auru kasutamine võimalikuks 17. sajandil. Seda leiutist ei kasutatud kaua, kuid see andis olulise panuse inimkonna arengusse. Lisaks on aurumasinate leiutamise ajalugu väga põnev.
Kontseptsioon
Aurumasin koosneb välispõlemissoojusmasinast, mis kasutab veeauru energiat kolvi mehaanilise liikumise tekitamiseks, mis omakorda pöörab võlli. Aurumasina võimsust mõõdetakse tavaliselt vattides.
Leiutamise ajalugu
Aurumasinate leiutamise ajalugu on seotud Vana-Kreeka tsivilisatsiooni teadmistega. Selle ajastu teoseid ei kasutanud keegi pikka aega. 16. sajandil üritati luua auruturbiini. Selle kallal töötas Egiptuses Türgi füüsik ja insener Takiyuddin al-Shami.
Huvi selle probleemi vastu tekkis uuesti 17. sajandil. 1629. aastal pakkus Giovanni Branca välja oma versiooni auruturbiinist. Leiutised kaotasid aga suure hulga energiat. Edasine areng eeldas vastavaid majandustingimusi, mis ilmnevad hiljem.
Denis Papini peetakse esimeseks, kes leiutas aurumasina. Leiutis oli silinder kolviga, mis tõuseb auru toimel ja langeb selle kondenseerumise tagajärjel. Sama tööpõhimõte oli ka Savery ja Newcomeni (1705) seadmetel. Seadmeid kasutati kaevandamise käigus vee väljapumpamiseks.
Wattil õnnestus seadet lõpuks täiustada 1769. aastal.
Denis Papini leiutised
Denis Papin oli hariduselt arst. Sündis Prantsusmaal ja kolis 1675. aastal Inglismaale. Ta on kuulus paljude oma leiutiste poolest. Üks neist on kiirkeetja, mida kutsuti “Papeni padaks”.
Ta suutis tuvastada seose kahe nähtuse, nimelt vedeliku (vee) keemistemperatuuri ja sellest tuleneva rõhu vahel. Tänu sellele lõi ta kinnise pada, mille sees tõsteti rõhku, mistõttu läks vesi tavapärasest hiljem keema ja tõusis sinna pandud toodete töötlemistemperatuur. See suurendas toiduvalmistamise kiirust.
1674. aastal lõi meditsiiniline leiutaja püssirohumootori. Selle töö seisnes selles, et kui püssirohi silindris süttis, kolb liikus. Silindrisse tekkis nõrk vaakum ja atmosfäärirõhk viis kolvi oma kohale tagasi. Sel juhul tekkinud gaasilised elemendid väljusid läbi klapi ja ülejäänud jahutati.
1698. aastaks õnnestus Papenil luua samal põhimõttel üksus, mis töötas mitte püssirohu, vaid vee peal. Nii loodi esimene aurumasin. Vaatamata märkimisväärsele edule, milleni idee võis viia, ei toonud see leiutajale märkimisväärset kasu. Selle põhjuseks oli asjaolu, et varem oli teine mehaanik Savery aurupumba juba patenteerinud ja selleks ajaks polnud sellistele agregaatidele muud rakendust veel leiutatud.
Denis Papin suri Londonis 1714. Hoolimata sellest, et ta leiutas esimese aurumasina, lahkus ta siit maailmast abivajajate ja üksinduse käes.
Thomas Newcomeni leiutised
Dividendide osas osutus edukamaks inglane Newcomen. Kui Papin oma masina lõi, oli Thomas 35-aastane. Ta uuris hoolikalt Savery ja Papini loomingut ning suutis mõista mõlema kavandi puudusi. Neilt võttis ta kõik parimad ideed.
Juba 1712. aastaks lõi ta koostöös klaasi- ja torustikumeistri John Culleyga oma esimese mudeli. Nii jätkus aurumasinate leiutamise ajalugu.
Loodud mudelit saab lühidalt selgitada järgmiselt:
- Disain ühendas vertikaalse silindri ja kolvi, nagu Papini oma.
- Auru tekitamine toimus eraldi katlas, mis töötas Savery masina põhimõttel.
- Tihedus aurusilindris saavutati tänu nahale, millega kolb oli kaetud.
Newcomeni üksus tõstis kaevandustest vett atmosfäärirõhu abil. Masin oli suurte mõõtmetega ja vajas töötamiseks palju kivisütt. Nendele puudustele vaatamata kasutati Newcomeni mudelit kaevandustes pool sajandit. See lubas isegi põhjavee üleujutuse tõttu mahajäetud kaevandusi uuesti avada.
1722. aastal tõestas Newcomeni vaimusünnitus oma tõhusust, pumbates Kroonlinnas laevalt vett välja vaid kahe nädalaga. Tuuleveski süsteem võiks seda teha aastaga.
Kuna masin loodi varasemate versioonide põhjal, ei õnnestunud inglise mehaanikul sellele patenti saada. Disainerid püüdsid leiutist kasutada sõiduki teisaldamiseks, kuid see ei õnnestunud. Aurumasinate leiutamise ajalugu sellega ei piirdunud.
Watti leiutis
James Watt leiutas esimesena seadmed, mis olid küll kompaktse suurusega, kuid piisavalt võimsad. Aurumasin oli esimene omataoline. Glasgow ülikooli mehaanik alustas Newcomeni auruseadme remonti 1763. aastal. Remondi tulemusena sai ta aru, kuidas kütusekulu vähendada. Selleks oli vaja hoida silindrit pidevalt kuumutatud olekus. Kuid Watti aurumasin ei saanud valmis olla enne, kui auru kondenseerumise probleem oli lahendatud.
Lahendus tuli siis, kui pesumajadest möödus mehaanik, kes märkas boileri kaante alt väljumas aurupilvi. Ta mõistis, et aur on gaas ja see peab liikuma vähendatud rõhuga silindris.
Tihendades aurusilindri sisemuse õlis leotatud kanepiköiega, suutis Watt atmosfäärirõhu kõrvaldada. See oli suur samm edasi.
1769. aastal sai mehaanik patendi, mis väitis, et aurumasina mootori temperatuur on alati võrdne auru temperatuuriga. Õnnetu leiutaja jaoks ei läinud aga asjad ootuspäraselt. Ta oli sunnitud võlgade patendi pantima.
1772. aastal kohtus ta Matthew Boltoniga, kes oli jõukas tööstur. Ta ostis ja tagastas Watti patendid. Leiutaja naasis Boltoni toetusel tööle. 1773. aastal testiti Watti aurumasinat ja see näitas, et see tarbis oluliselt vähem kivisütt kui tema kolleegid. Aasta hiljem alustati tema autode tootmist Inglismaal.
1781. aastal õnnestus leiutajal patenteerida oma järgmine looming – tööstusmasinate juhtimiseks mõeldud aurumasin. Aja jooksul võimaldavad kõik need tehnoloogiad ronge ja aurulaevu auru abil liigutada. See muudab inimese elu täielikult.
Üks inimestest, kes paljude elu muutis, oli James Watt, kelle aurumasin kiirendas tehniline progress.
Polzunovi leiutis
Esimese aurumasina konstruktsioon, mis võis toita mitmesuguseid töömehhanisme, loodi 1763. aastal. Selle töötas välja Vene mehaanik I. Polzunov, kes töötas Altai kaevandustehastes.
Tehaste juht tutvus projektiga ja sai Peterburist loa seadme loomiseks. Tunnustati Polzunovi aurumasinat, mille loomine usaldati projekti autorile. Viimane soovis mudelit esmalt miniatuurselt kokku panna, et tuvastada ja kõrvaldada võimalikud puudused, mis paberil näha ei olnud. Siiski kästi tal alustada suure võimsa masina ehitamist.
Polzunovile anti abilised, kellest kaks olid mehaanilise kaldega ja kaks pidid tegema abitöid. Aurumasina loomiseks kulus üks aasta ja üheksa kuud. Kui Polzunovi aurumasin oli peaaegu valmis, haigestus ta tarbimisse. Looja suri paar päeva enne esimesi katseid.
Kõik toimingud masinas toimusid automaatselt, see võis töötada pidevalt. Seda tõestas 1766. aastal, kui Polzunovi õpilased tegid viimased katsed. Kuu aega hiljem pandi seadmed tööle.
Auto mitte ainult ei hüvitanud kulutatud raha, vaid andis omanikele ka kasumit. Sügiseks lekkis katel ja töö seiskus. Seadet sai remontida, kuid tehase juhtkond ei olnud sellest huvitatud. Auto jäeti maha ja kümmekond aastat hiljem võeti see ebavajalikuna lahti.
Tööpõhimõte
Kogu süsteemi tööks on vaja aurukatelt. Tekkiv aur paisub ja surub kolvile, mille tulemuseks on mehaaniliste osade liikumine.
Tööpõhimõtet saab paremini uurida alloleva illustratsiooni abil.
Detailidesse laskumata on aurumasina tööks auru energia muundamine kolvi mehaaniliseks liikumiseks.
Tõhusus
Aurumasina kasuteguri määrab kasuliku mehaanilise töö suhe kütuses sisalduva kulutatud soojushulgaga. Arvesse ei võeta soojusena keskkonda eralduvat energiat.
Aurumasina efektiivsust mõõdetakse protsentides. Praktiline efektiivsus on 1-8%. Kondensaatori olemasolul ja voolutee laiendamisel võib see näitaja tõusta kuni 25%.
Eelised
Auruseadmete peamine eelis on see, et katel saab kütusena kasutada mis tahes soojusallikat, nii kivisütt kui ka uraani. See eristab seda märkimisväärselt mootorist sisepõlemine. Olenevalt viimase tüübist on vaja teatud tüüpi kütust.
Aurumasinate leiutamise ajalugu on näidanud eeliseid, mis on märgatavad ka tänapäeval, kuna auruekvivalendiks saab kasutada tuumaenergiat. Tuumareaktor iseenesest ei saa oma energiat muundada mehaaniline töö, kuid see on võimeline tootma suurel hulgal soojust. Seda kasutatakse auru genereerimiseks, mis paneb auto liikuma. Päikeseenergiat saab kasutada samamoodi.
Auruga töötavad vedurid toimivad hästi suurtel kõrgustel. Nende töö efektiivsus ei kannata mägedes madala atmosfäärirõhu all. Ladina-Ameerika mägedes kasutatakse auruvedureid siiani.
Austrias ja Šveitsis on kasutusel kuival aurul töötavate auruvedurite uued versioonid. Tänu paljudele täiustustele näitavad need kõrget efektiivsust. Need ei vaja hooldust ja tarbivad kütusena petrooleetri fraktsioone. Majandusnäitajatelt on need võrreldavad tänapäevaste elektriveduritega. Samal ajal on auruvedurid palju kergemad kui nende diisel- ja elektrimootorid. See on mägistel aladel suur eelis.
Puudused
Puuduste hulgas on esiteks madal efektiivsus. Sellele tuleks lisada disaini mahukus ja väike kiirus. See muutus eriti märgatavaks pärast sisepõlemismootori tulekut.
Rakendus
Juba on teada, kes leiutas aurumasina. Jääb üle välja selgitada, kus neid kasutati. Kuni kahekümnenda sajandi keskpaigani kasutati tööstuses aurumasinaid. Neid kasutati ka raudtee- ja aurutranspordiks.
Aurumasinaid kasutanud tehased:
- suhkur;
- vaste;
- paberivabrikud;
- tekstiil;
- toiduettevõtted (mõnel juhul).
Selle varustuse juurde kuuluvad ka auruturbiinid. Elektrigeneraatorid töötavad siiani nende abiga. Umbes 80% maailma elektrienergiast toodetakse auruturbiinide abil.
Omal ajal loodi need erinevat tüüpi aurumasina jõul töötav transport. Mõned ei juurdunud lahendamata probleemide tõttu, teised jätkavad tööd täna.
Auruga töötav transport:
- auto;
- traktor;
- ekskavaator;
- lennuk;
- vedur;
- laev;
- traktor.
See on aurumasinate leiutamise ajalugu. Vaatleme lühidalt 1902. aastal loodud Serpolle võidusõiduauto edukat näidet. See püstitas maailma kiirusrekordi 120 km tunnis maismaal. Seetõttu olid auruautod konkurentsivõimelised elektri- ja bensiinimootoritega.
Nii toodeti USA-s 1900. aastal kõige rohkem aurumasinaid. Neid leiti teedel kuni kahekümnenda sajandi kolmekümnendate aastateni.
Suurem osa seda tüüpi transpordist muutus ebapopulaarseks pärast sisepõlemismootori tulekut, mille kasutegur on palju suurem. Sellised autod olid ökonoomsemad, samas kerged ja kiired.
Steampunk kui aurumasinate ajastu trend
Rääkima aurumootorid, tahaksin mainida populaarset trendi - steampunk. Mõiste koosneb kahest ingliskeelsest sõnast - "steam" ja "protest". Steampunk on teatud tüüpi ulme, mille tegevus toimub 19. sajandi teisel poolel viktoriaanlikul Inglismaal. Seda perioodi ajaloos nimetatakse sageli auruajastuks.
Kõikidel teostel on üks eripära - need räägivad elust 19. sajandi teisel poolel, jutustamislaad meenutab H. G. Wellsi romaani “Ajamasin”. Lugudes kirjeldatakse linnamaastikke, avalikke hooneid ja tehnikat. Eriline koht on õhulaevadele, iidsetele autodele ja veidratele leiutistele. Kõik metallosad kinnitati neetidega, kuna keevitamist polnud veel kasutatud.
Mõiste "steampunk" tekkis 1987. aastal. Selle populaarsust seostatakse romaani "Erinevusmootor" ilmumisega. Selle kirjutasid 1990. aastal William Gibson ja Bruce Sterling.
21. sajandi alguses ilmus selles suunas mitu kuulsat filmi:
- "Ajamasin";
- "Erakordsete Härrasmeeste Liiga";
- "Kaubik Helsing".
Aurupungi eelkäijate hulka kuuluvad Jules Verne’i ja Grigory Adamovi teosed. Huvi selle trendi vastu avaldub aeg-ajalt kõigis eluvaldkondades – kinost igapäevarõivasteni.
Aurumasin on soojusmasin, milles paisuva auru potentsiaalne energia muundatakse tarbijale tarnitavaks mehaaniliseks energiaks.
Tutvume masina tööpõhimõttega, kasutades joonisel fig. 1.
Silindri 2 sees on kolb 10, mis võib aururõhul edasi-tagasi liikuda; Silindril on neli kanalit, mida saab avada ja sulgeda. Kaks ülemist auru etteandekanalit1 Ja3 on torustiku kaudu ühendatud aurukatlaga ja nende kaudu pääseb silindrisse värske aur. Kahe alumise tilga kaudu vabanevad silindrist 9 ja 11 paari, mis on juba töö lõpetanud.
Diagramm näitab hetke, mil kanalid 1 ja 9 on avatud, kanalid 3 ja11 suletud. Seetõttu värske aur katlast läbi kanali1 siseneb silindri vasakusse õõnsusse ja liigutab oma rõhuga kolvi paremale; sel ajal eemaldatakse heitgaasi aur kanali 9 kaudu silindri parempoolsest õõnsusest. Kui kolb on äärmises parempoolses asendis, siis kanalid1 Ja9 on suletud ning 3 värske auru sissevõtmiseks ja 11 kasutatud auru väljalaskmiseks on avatud, mille tulemusena liigub kolb vasakule. Kui kolb on äärmises vasakpoolses asendis, avanevad kanalid1 ja 9 ning kanalid 3 ja 11 suletakse ning protsessi korratakse. Seega tekib kolvi sirgjooneline edasi-tagasi liikumine.
Selle liikumise muutmiseks pöörlemiseks kasutatakse nn väntmehhanismi. See koosneb kolvivardast - 4, mis on ühest otsast ühendatud kolviga ja teisest küljest pööratavalt liuguri (ristpea) 5 abil, mis libiseb juhtparalleelide vahel, ühendusvardaga 6, mis edastab liikumise kolvile. peavõll 7 läbi põlve või vända 8.
Peavõlli pöördemoment ei ole konstantne. Tegelikult jõuduR , mis on suunatud piki varda (joonis 2), saab jagada kaheks komponendiks:TO , mis on suunatud piki ühendusvarda jaN , juhtparalleelide tasapinnaga risti. Jõud N ei mõjuta liikumist, vaid surub liuguri ainult vastu juhtparalleeli. JõudTO edastatakse mööda ühendusvarda ja mõjub vändale. Siin saab selle taas jagada kaheks komponendiks: jõudZ , mis on suunatud piki vända raadiust ja surub võlli laagrite vastu ning jõudT , mis on vändaga risti ja põhjustab võlli pöörlemist. Jõu T suurus määratakse kolmnurka AKZ arvesse võttes. Kuna nurk ZAK = ? +?, siis
T = K patt (? + ?).
Kuid OCD kolmnurgast on jõudu
K= P/ cos ?
Sellepärast
T= Psin( ? + ?) / cos ? ,
Kui masin töötab ühe võlli pöörde jooksul, siis nurgad? Ja? ja jõuduR muutuda pidevalt ja seega ka pöördemomendi (tangentsiaalse) jõu suurusT ka muutuv. Peavõlli ühtlase pöörlemise loomiseks ühe pöörde jooksul paigaldatakse sellele raske hooratas, mille inertsi tõttu säilitatakse võlli konstantne pöörlemisnurk. Nendel hetkedel, kui jõuduT suureneb, ei saa see võlli pöörlemiskiirust kohe suurendada, kuni hooratta liikumine kiireneb, mis ei juhtu kohe, kuna hooratta mass on suur. Nendel hetkedel, mil töö tehtud pöördemomendi jõulT , väheneb tarbija tekitatud takistusjõudude töö, hooratas ei saa jällegi oma inertsi tõttu kohe oma kiirust alandada ja, andes tagasi kiirendusel saadud energia, aitab kolvil koormusest üle saada.
Kolvi äärmistes asendites, nurgad? + ? = 0, seega sin (? + ?) = 0 ja järelikult T = 0. Kuna nendes asendites pole pöörlevat jõudu, siis kui masin oleks ilma hoorattata, peaks see seisma jääma. Neid kolvi äärmuslikke asendeid nimetatakse surnud positsioonideks või surnud punktideks. Nendest käib hooratta inertsist läbi ka vänt.
Surnud asendites ei puutu kolb silindrikatetega kokku, kolvi ja kaane vahele jääb nn kahjulik ruum. Kahjuliku ruumi maht hõlmab ka aurukanalite mahtu aurujaotusorganitest silindrisse.
KolvikäikS on teekond, mille kolb liigub ühest äärmisest asendist teise. Kui kaugus peavõlli keskpunktist vända tihvti keskpunktini - vända raadius - on tähistatud tähega R, siis S = 2R.
Silindri töömaht V h on kolvi poolt kirjeldatud maht.
Tavaliselt on aurumasinad kahetoimelised (kahetoimelised) (vt joonis 1). Mõnikord kasutatakse ühetoimelisi masinaid, milles aur avaldab kolvile survet ainult kaane küljelt; silindri teine pool jääb sellistes masinates avatuks.
Sõltuvalt rõhust, millega aur silindrist väljub, jagunevad masinad heitgaasiks, kui aur läheb atmosfääri, kondensatsiooniks, kui aur läheb kondensaatorisse (külmik, kus hoitakse alandatud rõhku) ja kütteks. mille jaoks masinast välja lastud auru kasutatakse mis tahes eesmärgil (küte, kuivatamine jne)
Kogu oma ajaloo jooksul on aurumasinal olnud palju metallist teostusvariante. Üks neist kehastustest oli mehaanikainseneri N.N. rotor-aurumootor. Tverskoi. Seda pöörlevat aurumootorit (aurumasinat) kasutati aktiivselt erinevates tehnika- ja transpordivaldkondades. 19. sajandi vene tehnikatraditsioonis nimetati sellist pöörlevat mootorit pöörlevaks masinaks. Mootorit iseloomustas vastupidavus, tõhusus ja suur pöördemoment. Kuid auruturbiinide tulekuga unustati see. Allpool on selle saidi autori kogutud arhiivimaterjalid. Materjalid on väga ulatuslikud, seega on siin välja toodud vaid osa neist.
Katsetage pöörlemist suruõhuga (3,5 atm) auruga pöörlev mootor.
Mudel on mõeldud 10 kW võimsusele 1500 p/min juures aururõhul 28-30 atm.
19. sajandi lõpus unustati aurumasinad – “N. Tverskoi rootormootorid”, sest kolb-aurumasinad osutusid lihtsamateks ja tehnoloogiliselt arenenumateks (tolleaegsete tööstuste jaoks) ning auruturbiinid andsid rohkem võimsust. .
Kuid märkus auruturbiinide kohta peab paika ainult nende suure kaalu ja üldmõõtmete osas. Tõepoolest, enam kui 1,5–2 tuhande kW võimsusega mitmesilindrilised auruturbiinid ületavad kõigis aspektides pöörlevaid aurumootoreid isegi turbiinide kõrge hinna juures. Ja 20. sajandi alguses, kui laevad Elektrijaamad Ja jõuüksused elektrijaamad hakkasid olema mitmekümne tuhande kilovatti võimsusega, siis suutsid selliseid võimeid pakkuda vaid turbiinid.
AGA - auruturbiinidel on veel üks puudus. Massimõõtmete parameetrite vähendamisel halvenevad auruturbiinide jõudlusnäitajad järsult. Erivõimsus väheneb oluliselt, efektiivsus langeb, hoolimata asjaolust, et kõrged tootmiskulud ja kõrged pöörded peavõll (vajab käigukasti) - jääb alles. Seetõttu on alla 1,5 tuhande kW (1,5 MW) võimsuse alal peaaegu võimatu leida igas mõttes tõhusat auruturbiini, isegi suure raha eest...
Seetõttu ilmus sellesse võimsusvahemikku terve “bukett” eksootilisi ja vähetuntud kujundusi. Kuid enamasti on need ka kallid ja ebaefektiivsed... Kruviturbiinid, Tesla turbiinid, aksiaalturbiinid jne.
Kuid millegipärast unustasid kõik auru "pöördmasinad" - pöörlevad aurumasinad. Samas on need aurumasinad kordades odavamad kui suvalised tera- ja kruvimehhanismid (ütlen seda asja teadmisega, kui inimene, kes on oma rahaga juba üle kümne sellise masina teinud). Samas on N. Tverskoy auru-"pöördmasinatel" võimas pöördemoment väga madalatel pööretel ja peavõlli keskmine pöörlemiskiirus täiskiirusel 1000-3000 p/min. Need. Sellised masinad, olgu siis elektrigeneraatoriks või auruautoks (veoauto, traktor, traktor), ei vaja käigukasti, sidurit vms, vaid ühendatakse otse oma võlliga dünamo, auruauto rataste jms külge. .
Seega on meil pöörleva aurumootori - süsteemi "N. Tverskoy pöördmasin" kujul - universaalne aurumasin, mis toodab suurepäraselt elektrit, mida toidab tahkekütuse katla kauges metsanduses või taigakülas, välilaagris. , või toota elektrit maa-asula katlaruumis või protsessisoojuse jäätmetel (kuum õhk) “ketramine” tellise- või tsemenditehases, valukojas jne.
Kõik sellised soojusallikad on võimsusega alla 1 mW, mistõttu on tavaturbiinidest siin vähe kasu. Kuid üldine tehniline praktika ei tea veel teisi masinaid soojuse taaskasutamiseks, muundades tekkiva auru rõhu tööks. Nii et seda soojust ei kasutata kuidagi ära – see läheb lihtsalt rumalalt ja pöördumatult kaotsi.
Olen juba loonud “auru pöörleva masina” 3,5 - 5 kW elektrigeneraatori (olenevalt aururõhust) käitamiseks, kui kõik läheb plaanipäraselt, on varsti nii 25 kui 40 kW masin. Just see, mida on vaja odava elektri saamiseks tahkeküttekatlast või heitsoojusest maakinnistusse, väike põlluharimine, välilaager jne jne.
Põhimõtteliselt ulatuvad pöörlevad mootorid hästi ülespoole, seetõttu on paljude rootorisektsioonide paigutamisel ühele võllile lihtne selliste masinate võimsust korduvalt suurendada, lihtsalt suurendades standardsete rootorimoodulite arvu. See tähendab, et on täiesti võimalik luua pöörlevaid aurumasinaid võimsusega 80-160-240-320 kW või rohkem...
Kuid lisaks keskmistele ja suhteliselt suurtele auruelektrijaamadele on väikestes elektrijaamades nõutud ka väikeste pöörlevate aurumootoritega auruvooluahelad.
Näiteks üks minu leiutistest on "Kämpingu ja turistide elektrigeneraator, mis kasutab kohalikku tahket kütust".
Allpool on video, kus testitakse sellise seadme lihtsustatud prototüüpi.
Väike aurumasin aga keerutab juba rõõmsalt ja energiliselt oma elektrigeneraatorit ning toodab puitu ja muud karjamaakütust kasutades elektrit.
Rotoaurumootorite (rotatsioonaurumasinate) kaubandusliku ja tehnilise kasutuse põhisuund on odava elektrienergia tootmine odava tahke kütuse ja põlevjäätmete abil. Need. väikesemahuline energia - hajutatud elektritootmine pöörlevate aurumootorite abil. Kujutage ette, kuidas pöördaurumasin sobiks suurepäraselt saeveski tööskeemi, kuskil Venemaa põhjaosas või Siberis (Kaug-Idas), kus puudub tsentraalne toiteallikas, elektrit annab kalli hinnaga diiselmootoriga diiselgeneraator. kaugelt imporditud kütus. Aga saeveski ise toodab päevas vähemalt pool tonni saepuruhaket - plaati, mida pole kuhugi panna...
Sellistel puidujäätmetel on otsetee katla ahju, katel toodab auru kõrgsurve, aur toidab pöörlevat aurumasinat, mis lülitab sisse elektrigeneraatori.
Samamoodi on võimalik põletada piiramatult miljoneid tonne põllukultuuride jäätmeid jne. Ja seal on ka odav turvas, odav soojussüsi jne. Saidi autor arvutas, et väikese auruelektrijaama (aurumasina) kaudu elektri tootmisel 500 kW võimsusega pöördmootoriga on kütusekulud 0,8–1.
2 rubla kilovati kohta.
Teine huvitav võimalus rootor-aurumootori kasutamiseks on sellise aurumasina paigaldamine auruautole. Veok on traktor-aurusõiduk, võimsa pöördemomendiga ja odavat tahket kütust kasutav - väga vajalik aurumasin põllumajanduses ja metsatööstuses. Kaasaegsete tehnoloogiate ja materjalide kasutamisega ning termodünaamilises tsüklis orgaanilise Rankine tsükli kasutamisega on võimalik odavat tahket kütust (või odavat vedelkütust) kasutades tõsta efektiivset efektiivsust 26-28%-ni, nagu "ahjukütus" või kasutatud mootoriõli). Need. veoauto - aurumasinaga traktor
ja pöörlev aurumasin võimsusega umbes 100 kW, kulub 100 km kohta umbes 25-28 kg termilist kivisütt (kulu 5-6 rubla kg) või umbes 40-45 kg saepuruhakke (mille hind Põhja on vaba)...
Pöörleva aurumasina kasutusalasid on palju huvitavamaid ja paljutõotavamaid, kuid selle lehe suurus ei võimalda meil neid kõiki üksikasjalikult käsitleda. Selle tulemusel võib aurumasin paljudes kaasaegse tehnoloogia valdkondades ja paljudes rahvamajanduse sektorites endiselt väga silmapaistva koha hõivata.
AURUMOOTORIGA AURUTOIMUSE ELEKTRIGENERAATORI EKSPERIMENTAALSE MUDELI KÄITLEMINE
mai -2018 Pärast pikki katseid ja prototüüpe valmis väike kõrgsurvekatel. Katel on survestatud 80 atm rõhuni, nii et see peab vastu töörõhk 40-60 atm juures ilma raskusteta. Kasutusele võetud aksiaalse auru prototüüpmudeliga kolbmootor minu disain. Töötab suurepäraselt – vaadake videot. Puidul süttimisest 12-14 minutiga on see valmis kõrgsurveauru tootmiseks.
Nüüd hakkan valmistuma selliste agregaatide tüki tootmiseks - kõrgsurvekatel, aurumasin (pöörd- või aksiaalkolb) ja kondensaator. Seadmed töötavad suletud ahelas vee-auru-kondensaadi ringlusega.
Nõudlus selliste generaatorite järele on väga suur, kuna 60% Venemaa territooriumist puudub tsentraalne toiteallikas ja toetub diiseltootmisele. Ja diislikütuse hind kasvab kogu aeg ja on jõudnud juba 41-42 rubla liitri kohta. Ja isegi seal, kus on elekter, tõstavad energiafirmad tariife ja nõuavad uute võimsuste ühendamiseks palju raha.
See alustas oma laienemist 19. sajandi alguses. Ja juba sel ajal ei ehitatud tööstuslikuks otstarbeks mitte ainult suuri üksusi, vaid ka dekoratiivseid. Enamik nende klientidest olid rikkad aadlikud, kes tahtsid ennast ja oma lapsi lõbustada. Pärast seda, kui auruagregaadid said ühiskonna osaks, hakati ülikoolides ja koolides haridusmudelitena kasutama dekoratiivmootoreid.
Kaasaegsed aurumasinad
20. sajandi alguses hakkas aurumasinate tähtsus vähenema. Üks vähestest ettevõtetest, kes jätkas dekoratiivsete minimootorite tootmist, oli Briti ettevõte Mamod, mis võimaldab osta selliste seadmete näidist ka tänapäeval. Kuid selliste aurumasinate maksumus ületab kergesti kahesaja naelsterlingi, mis pole paariõhtuse nipsasja kohta nii vähe. Veelgi enam, neile, kellele meeldib kõikvõimalikke mehhanisme iseseisvalt kokku panna, on palju huvitavam luua oma kätega lihtne aurumasin.
Väga lihtne. Tuli soojendab poti vett. Temperatuuri mõjul muutub vesi auruks, mis surub kolvi. Kuni anumas on vett, liigub kolviga ühendatud hooratas. See on aurumasina ehituse standardskeem. Kuid saate kokku panna täiesti erineva konfiguratsiooniga mudeli.
Noh, liigume teoreetilisest osast põnevamate asjade juurde. Kui olete huvitatud midagi oma kätega tegemast ja teid üllatavad sellised eksootilised masinad, siis see artikkel on just teile, milles räägime hea meelega erinevatest viisidest, kuidas oma kätega aurumasinat kokku panna. käed. Samal ajal pakub mehhanismi loomise protsess iseenesest mitte vähem rõõmu kui selle käivitamine.
1. meetod: DIY miniaurumootor
Niisiis, alustame. Paneme oma kätega kokku kõige lihtsama aurumasina. Jooniseid, keerulisi tööriistu ja eriteadmisi pole vaja.
Alustuseks võtame igast joogist. Lõika sellest alumine kolmandik ära. Kuna tulemuseks on teravad servad, tuleb need tangidega sissepoole painutada. Teeme seda ettevaatlikult, et mitte end ära lõigata. Kuna enamikul alumiiniumpurkidest on nõgus põhi, tuleb see tasandada. Piisab, kui vajutad seda tihedalt sõrmega mõnele kõvale pinnale.
Saadud "klaasi" ülemisest servast 1,5 cm kaugusel peate tegema kaks auku üksteise vastas. Selleks on soovitatav kasutada augurauda, kuna nende läbimõõt peab olema vähemalt 3 mm. Asetage purgi põhja dekoratiivne küünal. Nüüd võtame tavalise lauafooliumi, kortsutame selle ja mähime seejärel oma minipõleti igast küljest.
Minipihustid
Järgmisena peate võtma tüki vasktoru 15-20 cm pikk.On oluline, et see oleks seest õõnes, sest see on meie peamine mehhanism konstruktsiooni liikuma panemiseks. Toru keskosa keeratakse 2 või 3 korda ümber pliiatsi, et moodustada väike spiraal.
Nüüd peate selle elemendi asetama nii, et kumer koht asetatakse otse küünla tahte kohale. Selleks anname torule M-tähe kuju. Samal ajal toome välja need alad, mis läbi purki tehtud aukude alla lähevad. Seega on vasktoru tahi kohal jäigalt fikseeritud ja selle servad toimivad omamoodi düüsina. Konstruktsiooni pöörlemiseks on vaja M-elemendi vastasotsad 90 kraadi eri suundades painutada. Aurumasina disain on valmis.
Mootori käivitamine
Purk asetatakse veega anumasse. Sel juhul on vajalik, et toru servad oleksid selle pinna all. Kui otsikud ei ole piisavalt pikad, võite lisada purgi põhja väikese raskuse. Kuid olge ettevaatlik, et mitte kogu mootorit uputada.
Nüüd peate toru veega täitma. Selleks saab ühe otsa vette lasta ja teisega justkui läbi kõrre õhku sisse tõmmata. Me langetame purgi vette. Süüta küünlataht. Mõne aja pärast muutub spiraalis olev vesi auruks, mis rõhu all lendab düüside vastasotstest välja. Purk hakkab konteineris üsna kiiresti pöörlema. Nii tegime omale aurumasina. Nagu näete, on kõik lihtne.
Aurumasina mudel täiskasvanutele
Nüüd teeme ülesande keerulisemaks. Paneme oma kätega tõsisema aurumasina kokku. Kõigepealt peate võtma värvipurgi. Peaksite veenduma, et see on täiesti puhas. Seinale, 2-3 cm põhjast, lõigake välja ristkülik mõõtudega 15 x 5 cm.Pikk külg asetatakse paralleelselt purgi põhjaga. Lõikasime metallvõrgust välja tüki pindalaga 12 x 24 cm. Mõõdame pika külje mõlemast otsast 6 cm. Painutame need lõigud 90 kraadise nurga all. Saame väikese "platvormlaua" pindalaga 12 x 12 cm ja 6 cm jalgadega. Saadud konstruktsiooni paigaldame purgi põhja.
Kaane perimeetri ümber on vaja teha mitu auku ja asetada need poolringikujuliselt mööda kaane ühte poolt. Soovitatav on, et aukude läbimõõt oleks umbes 1 cm. See on vajalik korraliku ventilatsiooni tagamiseks sisemine ruum. Aurumootor ei tööta hästi, kui tuleallikasse ei tarnita piisavalt õhku.
Peamine element
Teeme vasktorust spiraali. Peate võtma umbes 6 meetrit pehmet vasktoru läbimõõduga 1/4 tolli (0,64 cm). Mõõdame ühest otsast 30 cm.Sellest punktist alates on vaja teha viis keerdu spiraali läbimõõduga 12 cm. Ülejäänud toru on painutatud 15 rõngaks läbimõõduga 8 cm Seega teises otsas peaks olema 20 cm vaba toru.
Mõlemad juhtmed läbivad purgi kaanes olevaid õhutusavasid. Kui selgub, et sirge lõigu pikkusest selleks ei piisa, saate ühe spiraali pöörde lahti painutada. Kivisüsi asetatakse eelnevalt paigaldatud platvormile. Sel juhul tuleks spiraal asetada selle platvormi kohale. Kivisüsi asetatakse hoolikalt keerdude vahele. Nüüd saab purgi sulgeda. Selle tulemusena saime tulekambri, mis mootorit toidab. Aurumasin on peaaegu oma kätega tehtud. Jättis natuke.
Veemahuti
Nüüd peate võtma teise värvipurgi, kuid väiksema suurusega. Selle kaane keskele puuritakse 1 cm läbimõõduga auk, purgi küljele tehakse veel kaks auku - üks peaaegu põhja, teine üleval, kaane enda lähedal.
Võtke kaks koorikut, mille keskele tehakse vasktoru läbimõõduga auk. Ühte korki torgatakse 25 cm plasttoru, teise 10 cm, nii et nende serv pistab vaevu pistikutest välja. Väikese purgi alumisse auku sisestatakse pika toruga korok, ülemisse auku lühem toru. Väiksema purgi paneme suuremale värvipurgile nii, et põhjas olev auk jääb suure purgi tuulutuskäikudele vastasküljele.
Tulemus
Tulemuseks peaks olema järgmine kujundus. Väikesesse purki valatakse vesi, mis voolab läbi põhjas oleva augu vasktorusse. Spiraali all süüdatakse tuli, mis soojendab vasknõu. Kuum aur tõuseb torust üles.
Mehhanismi valmimiseks on vaja vasktoru ülemise otsa külge kinnitada kolb ja hooratas. Selle tulemusena muundatakse põlemisel tekkiv soojusenergia mehaanilised jõud ratta pöörlemine. Sellise välispõlemismootori loomiseks on tohutult palju erinevaid skeeme, kuid kõigis neis on alati kaasatud kaks elementi - tuli ja vesi.
Lisaks sellele kujundusele saate kokku panna auru, kuid see on materjal täiesti eraldi artikli jaoks.
Täpselt 212 aastat tagasi, 24. detsembril 1801 demonstreeris mehaanik Richard Trevithick Inglismaa väikelinnas Camborne'is avalikkusele esimest aurujõul töötavat autot Dog Carts. Tänapäeval võib selle sündmuse kergesti liigitada tähelepanuväärseks, kuid tähtsusetuks, eriti kuna aurumasin oli tuntud juba varem ja seda kasutati isegi sõidukites (kuigi nende autodeks nimetamine oleks väga suur venitus)... Aga huvitav on siin: see Praegu on tehnoloogiline areng tekitanud olukorra, mis meenutab rabavalt 19. sajandi alguse suure auru ja bensiini “lahingu” ajastut. Võitlema peavad ainult akud, vesinik ja biokütused. Kas soovite teada, kuidas see kõik lõpeb ja kes võidab? Ma ei anna vihjeid. Annan teile vihje: tehnoloogial pole sellega midagi pistmist...
1. Aurumasinate hullus on möödas ja aeg on käes sisepõlemismootorite jaoks. Asja huvides kordan: 1801. aastal veeres Camborne'i tänavatel neljarattaline vanker, mis suutis suhteliselt mugavalt ja aeglaselt vedada kaheksa reisijat. Autot juhtis ühesilindriline aurumasin ja kütuseks oli kivisüsi. Auruautode loomist alustati entusiastlikult ja juba 19. sajandi 20ndatel vedasid reisijate auru omnibussid sõitjaid kiirusega kuni 30 km/h ning keskmine läbisõit remonditööde vahel ulatus 2,5–3 tuhande km-ni.
Nüüd võrdleme seda teavet teistega. Samal 1801. aastal sai prantslane Philippe Lebon patendi kolb-sisepõlemismootori konstrueerimiseks, mis töötas valgustusgaasil. Juhtus nii, et kolm aastat hiljem Lebon suri ja teised pidid tema pakutud tehnilisi lahendusi välja töötama. Alles 1860. aastal pani Belgia insener Jean Etienne Lenoir kokku elektrilise sädesüütega gaasimootori ja viis selle disaini nii kaugele, et see sobiks sõidukile paigaldamiseks.
Seega on auto aurumasin ja sisepõlemismootor praktiliselt sama vanad. Sellise disainiga aurumasina efektiivsus oli neil aastatel umbes 10%. Lenoiri mootori kasutegur oli vaid 4%. Vaid 22 aastat hiljem, 1882. aastaks, parandas August Otto seda nii palju, et praeguse bensiinimootori kasutegur ulatus... tervelt 15%-ni.
2. Auruvedu on vaid lühike hetk edusammude ajaloos. Alates 1801. aastast jätkus aurutranspordi ajalugu aktiivselt ligi 159 aastat. 1960. aastal (!) ehitati USA-s veel aurumasinatega busse ja veoautosid. Aurumasinad paranesid selle aja jooksul oluliselt. 1900. aastal oli 50% USA autopargist aurujõul. Juba neil aastatel tekkis konkurents auru, bensiini ja – tähelepanu! - elektrikärud. Pärast Fordi mudeli T turuedu ja aurumasina näilist lüüasaamist toimus eelmise sajandi 20ndatel auruautode populaarsuse uus tõus: nende kütusekulu (kütteõli, petrooleum) oli oluliselt madalam. kui bensiini hind.
Kuni 1927. aastani tootis Stanley ettevõte umbes tuhat auruautot aastas. Inglismaal konkureerisid auruautod edukalt bensiiniautodega kuni 1933. aastani ja kaotasid vaid seetõttu, et võimud kehtestasid raske tollimaksu. kaubavedu ja tollimaksude vähendamine vedelate naftatoodete impordile Ameerika Ühendriikidest.
3. Aurumasin on ebaefektiivne ja ebaökonoomne. Jah, kunagi oli nii. "Klassikalise" aurumasina, mis paiskas atmosfääri jäätmeauru, kasutegur ei ületa 8%. Kondensaatori ja profileeritud vooluteega aurumasina kasutegur on aga kuni 25–30%. Auruturbiin annab 30–42%. Kombineeritud tsükliga tehased, kus kasutatakse koos gaasi- ja auruturbiine, on kasutegur kuni 55–65%. Viimane asjaolu ajendas BMW insenere asuma uurima võimalusi selle skeemi kasutamiseks autodes. Muide, tõhusus kaasaegne bensiinimootorid on 34%.
Aurumasina valmistamise maksumus on alati olnud madalam kui karburaatori maksumus ja diiselmootorid sama võimsus. Vedelkütuse kulu uutes aurumasinates, mis töötavad suletud tsüklis ülekuumendatud (kuiv) auruga ja on varustatud kaasaegsete määrdesüsteemide, kvaliteetsete laagrite ja elektroonilised süsteemid töötsükli reguleerimine on vaid 40% eelmisest.
4. Aurumasin käivitub aeglaselt. Ja see oli kunagi... Isegi Stanley seeriaautod “lahutasid paare” 10–20 minutiks. Katla konstruktsiooni täiustamine ja kaskaadkütterežiimi juurutamine võimaldas vähendada valmisolekuaega 40–60 sekundini.
5. Auruauto on liiga rahulik. See on vale. 1906. aasta kiirusrekord - 205,44 km/h - kuulub auruautole. Neil aastatel ei saanud bensiinimootoriga autod nii kiiresti sõita. 1985. aastal sõitis auruauto kiirusega 234,33 km/h. Ja aastal 2009 konstrueeris rühm Briti insenere auruajamiga auruturbiini "auto", mille võimsus oli 360 hj. s., kes suutis võistlusel liikuda rekordilise keskmise kiirusega - 241,7 km/h.
6. Auruauto suitseb ja on inetu. Vaadates iidseid jooniseid, mis kujutavad esimesi auruvaguneid, mis oma korstnatest pakse suitsu- ja tulepilvi välja paiskavad (mis muide viitab esimeste "aurumasinate" tulekambrite ebatäiuslikkusele), saate aru, kus on püsiv seos aurumasin ja tahm tulid.
Mis puudutab välimus autod, siin oleneb asi muidugi disaineri tasemest. Vaevalt, et keegi ütleks, et Abner Doble'i (USA) auruautod on koledad. Vastupidi, need on elegantsed isegi tänapäevaste standardite järgi. Ja nad sõitsid ka hääletult, sujuvalt ja kiiresti – kuni 130 km/h.
Huvitav on see, et tänapäevased uuringud automootorite vesinikkütuse vallas on tekitanud mitmeid “külgharusid”: vesinik klassikaliste kolb-aurumootorite ja eriti auruturbiinmasinate kütusena tagab absoluutse keskkonnasõbralikkuse. Sellise mootori “suits” on... veeaur.
7. Aurumasin on kapriisne. See ei ole tõsi. See on ehituslikult palju lihtsam kui sisepõlemismootor, mis iseenesest tähendab suuremat töökindlust ja vähenõudlikkust. Aurumasinate kasutusiga on mitukümmend tuhat tundi pidevat tööd, mis ei ole tüüpiline muud tüüpi mootoritele. Asi sellega siiski ei piirdu. Tänu tööpõhimõtetele ei kaota aurumasin efektiivsust atmosfäärirõhu langemisel. Just sel põhjusel sõidukid aurujõul töötavad mootorid sobivad erakordselt hästi kasutamiseks mägismaal, rasketel mäekurudel.
Huvitav on veel üks aurumasina kasulik omadus, mis, muide, sarnaneb elektrimootoriga alalisvool. Võlli kiiruse vähenemine (näiteks koormuse suurenemisel) põhjustab pöördemomendi suurenemist. Selle omaduse tõttu ei vaja aurumasinatega autod põhimõtteliselt käigukasti - mehhanismid ise on väga keerulised ja mõnikord kapriissed.
