Сегодня мы расскажем, что такое паровая машина и турбина, как были устроены первые двигатели внутреннего сгорания, а также, каким образом они повлияли на развитие современных моторов
ПАРОВАЯ ТУРБИНА — РОДОНАЧАЛЬНИЦА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПЕРВЫХ МОТОРОВ
Ленуар, Отто, Даймлер, Дизель — это люди, с именами которых связано появление первых дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания. В одних двигателях для работы использовался газ или пар, а в других — бензин, керосин и даже сырая нефть.
Стоит сказать, что независимо от того, на каком топливном сырье функционирует тот или иной тип двигателя, у всех у них превращение тепловой энергии в механическую происходит путем сгорания топлива внутри цилиндров. Точнее можно сказать так: внутри цилиндров этих двигателей происходит двойное превращение энергии — сначала химическая энергия топлива превращается в тепловую, а затем тепловая в механическую.
Подобные моторы называют еще поршневыми двигателями внутреннего сгорания, потому что все они имеют движущийся внутри цилиндров поршень. Нам, живущим менее, чем сто лет спустя после их появления в окружении автомобилей, тракторов, самолетов, теплоходов и тепловозов, хорошо видно, какую огромную роль в жизни человека сыграли подобные ДВС.
ПАРОВЫЕ МАШИНЫ И ТУРБИНЫ — ОСНОВАТЕЛИ СОВРЕМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Современные двигатели многим отличаются от своих предшественников. Сменилось уже несколько поколений инженеров и конструкторов, которые во многих странах для разных целей совершенствовали эти двигатели.
Так, например, сегодняшний бензиновый двигатель автомобиля «Волга» или самолетный поршневой двигатель также мало похожи на двигатель Даймлера, как и современные могучие дизельные моторы, установленные на теплоходах и тепловозах, на первые ДВС от Рудольфа Дизеля.
Много труда было затрачено на то, чтобы улучшить их конструкцию, повысить экономичность и сделать эти двигатели более долговечными. Так появились и вошли в жизнь двигатели внутреннего сгорания, имеющие большие заслуги перед человечеством.
Последнее десятилетие уходящего XIX столетия подарило миру еще один двигатель — паровую турбину. Название нового двигателя — «турбина» происходит от латинского слова «турбо», что означает «вихрь» или «волчок». Вдумавшись в эти слова, нетрудно догадаться, что новый двигатель отличался небывалой до сих пор скоростью вращения.
Появление турбин было вызвано целым рядом важных причин. Прежде всего, большинство рабочих машин требовало для себя вращательного движения. Но поршень паровой машины имел возвратно-поступательное движение. Для того чтобы вал паровой машины мог вращаться, пришлось придумать кривошипно-шатунный механизм. Такая конструкция паровой машины мешала увеличивать ее мощность и быстроходность.
В то же время развитие техники требовало от двигателей, приводящих в движение рабочие машины, все больших скоростей и мощностей. Почему же невозможно было построить паровую машину, работающую с большой скоростью?
Дело в том, что при работе машины поршень в цилиндре движется неравномерно. Он то с ускорением идет в одну сторону, то останавливается, затем опять ускоренно движется в другую сторону, снова останавливается, и так все время, пока работает машина. Из-за неравномерности хода поршня во всех частях машины возникают сильные толчки.
Тяжелое маховое колесо, насаженное на вал машины, сглаживает эти удары. Но с этой задачей маховое колесо справляется лишь тогда, когда обороты машины сравнительно невелики. Конструкторы паровых машин дошли до некоторого барьера, дальше которого увеличивать скорость и мощность паровой машины было невозможно — происходили частые поломки.
Скорость двигателей внутреннего сгорания также имела свой барьер. Эти двигатели являются самыми «близкими родственниками» паровой машины. От нее они переняли и многие недостатки. Так, к двигателям внутреннего сгорания по наследству отошли поршень и кривошипно-шатунный механизм.
Изобретателям двигателей внутреннего сгорания пришлось немало потрудиться над тем, чтобы они работали равномерно. Итак, необходим был новый принцип действия двигателя — с вращающимся валом, но без поршня и кривошипно-шатунного механизма.
И тогда вспомнили об идеях, высказанных еще Героном Александрийским и Джованни Бранка. Герон построил шар, который вращался при помощи пара, с силой, выходящего через трубки наружу. А Джованни Бранка предложил колесо с лопатками. Оно вращалось благодаря струе пара, с силой, ударявшей по лопаткам колеса.
В этих «двигателях» сразу создавалось вращательное движение, и в какой-то мере они были прообразами турбин. Стоит сказать, что предпринималось много попыток создать паровую турбину, в которой поступающий из котла пар создавал бы вращательное движение рабочего колеса, а вместе с ним и вала турбины.
Известно, что подобные работы проводились и русскими изобретателями. Так, еще в 1806 — 1813 годах на одном из алтайских заводов русский изобретатель Поликарп Залесов строил модели паровых турбин. Но на примере, Фролова и Ползунова, усилия и начинания отдельных выдающихся изобретателей неизменно наталкивались на глухую стену непонимания со стороны царского правительства.
Появление первых, пригодных для практической работы паровых турбин относится к 1890 году. Среди их создателей наибольшая заслуга принадлежит шведскому инженеру, французу по происхождению — Густаву Лавалю и сыну английского лорда Росса — Чарлзу Парсонсу.
Примерно в одно и то же время и независимо друг от друга пришли они к своим изобретениям. Нужно сказать, что рождению паровой турбины в немалой степени способствовало и беспокойство углепромышленников за свои барыши. Широкое распространение дизельных двигателей и наступление нефти внушало им большие опасения.
Владельцы угольных копей были крайне заинтересованы в паровых двигателях, работающих на угле. Поэтому они всемерно поддерживали работы, направленные на создание нового парового двигателя. Война угля и нефти была в самом разгаре. В это время и появляется паровая турбина.
Уже первые образцы турбин выгодно отличались от паровых машин. Это стало возможным потому, что в паровой турбине гораздо лучше используется тепловая энергия подведенного пара.
В паровую машину пар поступает отдельными порциями. При расширении пара в цилиндре он охлаждается, и при этом охлаждаются частично и стенки цилиндра. Из каждой вновь поступившей порции пара часть тратится на подогрев цилиндра, не совершая при этом полезной работы.
В турбину же пар поступает непрерывным мощным потоком. И это создает в турбине постоянную температуру, что позволило уже первым турбинам, далеко несовершенным в конструктивном отношении, быть в два раза более экономичными, чем лучшие паровые машины того времени.
Итак, замена прерывистого потока тепловой энергии, подводимого к паровой машине, на непрерывный поток пара, поступающего в паровую турбину, открыла новые пути развития двигателей, использующих для своей работы тепловую энергию пара.
С появлением турбины дни паровой машины были сочтены. Паровая турбина явилась не только «могильщиком» паровой машины. Она вступила в борьбу за «сферы влияния» с дизельными двигателями. Здесь паровая турбина также одержала ряд крупных побед.
Видео: «Устройство, строение и принцип работы паровой турбины«
В заключении отметим, что и по сей день турбинам нет конкурентов на больших тепловых электростанциях (в качестве электрических генераторов), тепловозах, реактивных двигателях (самолеты), где они используются в качестве первичных моторов.
БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ.
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.