Dampfmaschinen – von der ersten Dampfmaschine bis heute. Geschichte der Dampfmaschinen Das Funktionsprinzip von Dampfmaschinen

DAMPFROTORMOTOR und DAMPFAXIALKOLBENMOTOR

Eine Dampfrotationsmaschine (Rotationsdampfmaschine) ist eine einzigartige Kraftmaschine, deren Entwicklung noch nicht richtig entwickelt wurde.

Einerseits gab es bereits im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts verschiedene Bauarten von Wankelmotoren, die auch gut funktionierten, unter anderem für den Antrieb von Dynamos zur Erzeugung elektrischer Energie und zum Antrieb von Gegenständen aller Art. Aber die Qualität und Präzision der Herstellung solcher Dampfmaschinen ( Dampfmaschinen) waren sehr primitiv, daher hatten sie einen geringen Wirkungsgrad und eine geringe Leistung. Seitdem gehören kleine Dampfmaschinen der Vergangenheit an, ebenso wie die wirklich wirkungslosen und erfolglosen Kolbenmaschinen Dampfmaschinen Auch die zukunftsträchtigen Dampfkolbenmaschinen gehören der Vergangenheit an.

Der Hauptgrund liegt darin, dass es auf dem Stand der Technik des späten 19. Jahrhunderts nicht möglich war, einen wirklich hochwertigen, leistungsstarken und langlebigen Wankelmotor herzustellen.
Daher haben von der gesamten Vielfalt der Dampfmaschinen und Dampfmaschinen bis heute nur Dampfturbinen mit enormer Leistung (ab 20 MW und mehr), die heute etwa 75 % des Stroms in unserem Land produzieren, sicher und aktiv überlebt. Mehr Dampfturbinen hohe Energie Bereitstellung von Energie aus Kernreaktoren in raketentragenden Kampf-U-Booten und großen arktischen Eisbrechern. Aber das sind alles riesige Maschinen. Dampfturbinen verlieren mit abnehmender Größe dramatisch an Effizienz.

…. Aus diesem Grund gibt es weltweit keine Kraftdampfmaschinen und Dampfmaschinen mit einer Leistung unter 2000 - 1500 kW (2 - 1,5 mW), die effektiv mit Dampf betrieben werden könnten, der aus der Verbrennung billiger Festbrennstoffe und verschiedener frei brennbarer Abfälle gewonnen wird .
In diesem heute leeren Technologiefeld (und einer absolut leeren, aber kommerziellen Nische, die dringend einer Produktversorgung bedarf), in dieser Marktnische von Maschinen mit geringer Leistung können und sollten sich Dampfrotationsmotoren durchsetzen würdiger Ort. Und der Bedarf dafür liegt allein in unserem Land bei Zehntausenden... Insbesondere kleine und mittlere Kraftmaschinen zur autonomen Stromerzeugung und unabhängigen Stromversorgung werden von kleinen und mittleren Unternehmen in Gebieten abseits von Großstädten benötigt große Kraftwerke: - in kleinen Sägewerken, abgelegenen Minen, in Feldlagern und Waldgrundstücken usw. usw.
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Schauen wir uns die Faktoren an, die Rotationsdampfmaschinen besser machen als ihre nächsten Verwandten – Dampfmaschinen in Form von Kolbendampfmaschinen und Dampfturbinen.
… — 1) Wankelmotoren sind – wie Kolbenmotoren – Verdrängerkraftmaschinen. Diese. Sie haben einen geringen Dampfverbrauch pro Leistungseinheit, da ihren Arbeitsräumen von Zeit zu Zeit und in streng dosierten Portionen Dampf zugeführt wird und nicht in einem konstanten, reichlichen Strom wie bei Dampfturbinen. Aus diesem Grund sind Dampfrotationsmotoren bezogen auf die Ausgangsleistung wesentlich wirtschaftlicher als Dampfturbinen.
— 2) Rotationsdampfmaschinen haben eine deutlich (mehrmals) größere Angriffsschulter der wirkenden Gaskräfte (Drehmomentschulter) als Kolbendampfmaschinen. Daher ist die Leistung, die sie entwickeln, viel höher als die von Dampfkolbenmaschinen.
— 3) Rotationsdampfmaschinen haben einen viel längeren Hub als Kolbendampfmaschinen, d. h. die Fähigkeit zum Übersetzen haben am meisten innere Energie von Dampf in nützliche Arbeit.
— 4) Dampfrotationsmotoren können effektiv mit gesättigtem (Nass-)Dampf betrieben werden, ohne dass ein erheblicher Teil des Dampfes direkt in den Arbeitsabschnitten der Dampfrotationsmaschine zu Wasser kondensieren kann. Dadurch erhöht sich auch der Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerks mit Dampfrotationsmotor.
— 5 ) Dampfrotationsmotoren arbeiten mit Geschwindigkeiten von 2-3.000 Umdrehungen pro Minute, was die optimale Geschwindigkeit für die Stromerzeugung ist, im Gegensatz zu den zu langsam laufenden Kolbenmotoren (200-600 Umdrehungen pro Minute) herkömmlicher Dampfmaschinen vom Lokomotivtyp oder von zu schnell laufenden Turbinen (10-20.000 Umdrehungen pro Minute).

Gleichzeitig sind Dampfrotationsmotoren technologisch relativ einfach herzustellen, was ihre Produktionskosten relativ niedrig macht. Im Gegensatz zu Dampfturbinen, deren Herstellung extrem teuer ist.

Also eine kurze Zusammenfassung dieses Artikels — Eine Dampfrotationsmaschine ist eine sehr effektive Dampfkraftmaschine zur Umwandlung des Dampfdrucks aus der Wärme beim Verbrennen fester Brennstoffe und brennbarer Abfälle in mechanische Kraft und elektrische Energie.

Der Autor dieser Website hat bereits mehr als 5 Patente für Erfindungen zu verschiedenen Aspekten der Konstruktion von Dampfrotationsmotoren erhalten. Es wurden auch eine Reihe kleiner Wankelmotoren mit einer Leistung von 3 bis 7 kW hergestellt. Derzeit wird an der Konstruktion von Dampfrotationsmotoren mit einer Leistung von 100 bis 200 kW gearbeitet.
Rotationsmotoren haben jedoch einen „allgemeinen Nachteil“ – ein komplexes Dichtungssystem, das sich für kleine Motoren als zu komplex, zu klein und zu teuer in der Herstellung herausstellt.

Gleichzeitig entwickelt der Autor der Website Dampf-Axialkolbenmotoren mit gegenläufiger Kolbenbewegung. Diese Anordnung ist die energieeffizienteste Variante aller möglichen Einsatzmöglichkeiten eines Kolbensystems.
Diese Motoren in kleinen Größen sind etwas billiger und einfacher als Rotationsmotoren und die verwendeten Dichtungen sind die traditionellsten und einfachsten.

Unten sehen Sie ein Video zur Verwendung eines kleinen Axialkolbens Boxermotor mit Gegenbewegung der Kolben.

Derzeit wird ein solcher 30-kW-Axialkolbenmotor hergestellt. Die Lebensdauer des Motors wird voraussichtlich mehrere hunderttausend Stunden betragen, da die Geschwindigkeit der Dampfmaschine drei- bis viermal niedriger ist als die Motorgeschwindigkeit Verbrennungs, im Reibpaar „Kolben-Zylinder“ – einer Ionenplasmanitrierung in einer Vakuumumgebung unterzogen und die Härte der Reibflächen beträgt 62-64 HRC-Einheiten. Einzelheiten zum Prozess der Oberflächenhärtung im Nitrierverfahren finden Sie unter.

Hier ist eine Animation des Funktionsprinzips eines ähnlichen Axialkolben-Boxermotors mit gegenläufigen Kolben

Dampfmaschine

Produktionszeit: Ein Tag

Vorhandene Materialien: ████████░░ 80 %

In diesem Artikel erkläre ich Ihnen, wie Sie mit Ihren eigenen Händen eine Dampfmaschine bauen. Der Motor wird ein kleiner Einkolbenmotor mit Schieberventil sein. Die Leistung reicht völlig aus, um den Rotor eines kleinen Generators zu drehen und diesen Motor beim Wandern als autonome Stromquelle zu nutzen.

• Teleskopantenne (kann von einem alten Fernseher oder Radio entfernt werden), der Durchmesser des dicksten Rohrs sollte mindestens 8 mm betragen
• Röhrchen für das Kolbenpaar (Sanitärfachgeschäft).
• Kupferdraht mit einem Durchmesser von ca. 1,5 mm (erhältlich in einer Transformatorspule oder im Radiofachhandel).
• Bolzen, Muttern, Schrauben
• Blei (in einem Angelgeschäft oder in einem alten gefunden Autobatterie). Es wird benötigt, um das Schwungrad in die Form zu gießen. Ich habe ein fertiges Schwungrad gefunden, aber dieser Artikel könnte für Sie nützlich sein.
• Holzstäbe.
• Speichen für Fahrradräder
• Ständer (in meinem Fall aus einer 5 mm dicken Leiterplatte, aber Sperrholz geht auch).
• Holzklötze (Brettstücke)
• Olivenglas
• Eine Tube

• Sekundenkleber, Kaltschweißen, Epoxidharz (Baumarkt).
• Schmirgel
• Bohren
• Lötkolben
• Säge

Wie man eine Dampfmaschine baut




Motordiagramm






Zylinder und Spulenrohr.

Schneiden Sie 3 Teile von der Antenne ab:
? Das erste Stück ist 38 mm lang und hat einen Durchmesser von 8 mm (der Zylinder selbst).
? Das zweite Stück ist 30 mm lang und hat einen Durchmesser von 4 mm.
? Der dritte ist 6 mm lang und hat einen Durchmesser von 4 mm.




Nehmen wir Rohr Nr. 2 und bohren wir in der Mitte ein Loch mit einem Durchmesser von 4 mm hinein. Nehmen Sie Tube Nr. 3 und kleben Sie diese senkrecht auf Tube Nr. 2. Nach dem Trocknen des Sekundenklebers alles mit Kaltschweißung (z. B. POXIPOL) abdecken.




An Teil Nr. 3 (der Durchmesser ist etwas größer als Rohr Nr. 1) befestigen wir eine runde Eisenscheibe mit einem Loch in der Mitte und verstärken sie nach dem Trocknen durch Kaltschweißen.


Zusätzlich beschichten wir alle Nähte mit Epoxidharz für eine bessere Dichtheit.

Wie man einen Kolben mit Pleuel herstellt

Nehmen Sie einen Bolzen (1) mit einem Durchmesser von 7 mm und spannen Sie ihn in einen Schraubstock. Wir fangen an, Kupferdraht (2) etwa 6 Windungen lang darum zu wickeln. Wir bestreichen jede Umdrehung mit Sekundenkleber. Wir schneiden die überschüssigen Enden des Bolzens ab.




Wir beschichten den Draht mit Epoxidharz. Nach dem Trocknen stellen wir den Kolben mit Schleifpapier unter dem Zylinder so ein, dass er sich dort frei bewegen kann, ohne Luft durchzulassen.




Aus einem Aluminiumblech fertigen wir einen 4 mm langen und 19 mm langen Streifen. Geben Sie ihm die Form des Buchstabens P (3).




Wir bohren an beiden Enden Löcher (4) mit 2 mm Durchmesser, damit ein Stück der Stricknadel eingeführt werden kann. Die Seiten des U-förmigen Teils sollten 7x5x7 mm groß sein. Wir kleben es mit der 5 mm Seite auf den Kolben.





Die Pleuelstange (5) besteht aus Fahrradspeichen. An beide Enden der Stricknadel kleben wir zwei kleine Antennenrohrstücke (6) mit einem Durchmesser und einer Länge von 3 mm. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Pleuel beträgt 50 mm. Als nächstes stecken wir die Pleuelstange an einem Ende in das U-förmige Teil und klappen es mit einer Stricknadel ein.


Wir kleben die Stricknadel an beiden Enden fest, damit sie nicht herausfällt.






Dreieckspleuel

Die Dreiecksverbindungsstange wird auf ähnliche Weise hergestellt, nur dass sich auf der einen Seite ein Stück Stricknadel und auf der anderen ein Rohr befindet. Pleuellänge 75 mm.







Dreieck und Spule


Wir schneiden ein Dreieck aus einem Blech aus und bohren 3 Löcher hinein.
Spule. Die Länge des Spulenkolbens beträgt 3,5 mm und er sollte sich frei entlang des Spulenrohrs bewegen können. Die Länge der Stange hängt von der Größe Ihres Schwungrads ab.






Die Kolbenstangenkurbel sollte 8 mm und die Spulenkurbel 4 mm haben.


• Dampfkessel

  
  Der Dampfkessel wird ein Olivenglas mit versiegeltem Deckel sein. Ich habe auch eine Mutter angelötet, damit Wasser hindurch gegossen werden konnte, und sie mit der Schraube fest anziehen. Ich habe auch das Rohr an den Deckel gelötet.
  Hier ist ein Bild:
  

  

  
  

  Foto der Motormontage

  
  

  Wir montieren den Motor auf einer Holzplattform und platzieren jedes Element auf einer Unterlage

  
  

  

  
  

  

  
  

  

  
  

  Video einer Dampfmaschine in Aktion

  
  
  
  

• Version 2.0

  
  Kosmetische Modifikation des Motors. Der Tank verfügt jetzt über eine eigene Holzplattform und einen Untersetzer für Trockenbrennstofftabletten. Alle Teile sind in schönen Farben lackiert. Als Wärmequelle eignet sich übrigens am besten ein selbstgemachtes.

Der Prozess der Erfindung der Dampfmaschine dauerte, wie so oft in der Technik, fast ein Jahrhundert, daher ist die Wahl des Datums für dieses Ereignis ziemlich willkürlich. Allerdings bestreitet niemand, dass der Durchbruch, der zur technologischen Revolution führte, dem Schotten James Watt gelang.

Schon in der Antike dachte man darüber nach, Dampf als Arbeitsmedium zu nutzen. Allerdings erst an der Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert. gelang es, einen Weg zu finden, mit Dampf nützliche Arbeit zu leisten. Einer der ersten Versuche, Dampf in den Dienst des Menschen zu stellen, wurde 1698 in England unternommen: Die Maschine des Erfinders Savery war für die Entwässerung von Minen und das Pumpen von Wasser gedacht. Zwar handelte es sich bei Saverys Erfindung noch nicht um einen Motor im eigentlichen Sinne, da er bis auf einige manuell zu öffnende und zu schließende Ventile über keine beweglichen Teile verfügte. Saverys Maschine funktionierte wie folgt: Zuerst wurde ein versiegelter Tank mit Dampf gefüllt, dann wurde die Außenfläche des Tanks mit kaltem Wasser gekühlt, wodurch der Dampf kondensierte und im Tank ein Teilvakuum entstand. Anschließend wurde Wasser, beispielsweise vom Boden des Schachts, durch das Ansaugrohr in den Tank gesaugt und nach dem Einleiten der nächsten Dampfportion wieder herausgeschleudert.

Die erste Dampfmaschine mit Kolben wurde 1698 vom Franzosen Denis Papin gebaut. In einem vertikalen Zylinder mit einem Kolben wurde Wasser erhitzt, und der entstehende Dampf drückte den Kolben nach oben. Als der Dampf abkühlte und kondensierte, bewegte sich der Kolben unter dem Einfluss des Atmosphärendrucks nach unten. Durch ein System von Blöcken konnte Papens Dampfmaschine verschiedene Mechanismen, wie zum Beispiel Pumpen, antreiben.

Eine fortschrittlichere Maschine wurde 1712 vom englischen Schmied Thomas Newcomen gebaut. Wie bei Papins Maschine bewegte sich der Kolben in einem vertikalen Zylinder. Dampf aus dem Kessel drang in den Boden des Zylinders ein und hob den Kolben nach oben. Beim Einspritzen von kaltem Wasser in den Zylinder kondensierte der Dampf, im Zylinder entstand ein Vakuum und unter dem Einfluss des Atmosphärendrucks fiel der Kolben nach unten. Dieser Rückwärtshub entfernte Wasser aus dem Zylinder und hob über eine Kette, die mit einem Kipphebel verbunden war, der sich wie eine Schaukel bewegte, die Pumpenstange an. Als sich der Kolben am unteren Ende seines Hubs befand, trat erneut Dampf in den Zylinder ein und mit Hilfe eines an der Pumpenstange oder am Kipphebel befestigten Gegengewichts stieg der Kolben auf Ausgangsposition. Danach wiederholte sich der Zyklus.

Die Newcomen-Maschine war in Europa über 50 Jahre lang weit verbreitet. In den 1740er Jahren erledigte eine Maschine mit einem Zylinder von 2,74 m Länge und 76 cm Durchmesser an einem Tag die Arbeit, die ein Team von 25 Männern und 10 Pferden im Schichtbetrieb in einer Woche erledigte. Und doch war seine Effizienz äußerst gering.

Am deutlichsten manifestierte sich die industrielle Revolution in England, vor allem in der Textilindustrie. Die Diskrepanz zwischen dem Angebot an Stoffen und der schnell steigenden Nachfrage lockte die besten Designer zur Entwicklung von Spinn- und Webmaschinen. Die Namen Cartwright, Kay, Crompton und Hargreaves werden für immer in die Geschichte der englischen Technologie eingehen. Doch die von ihnen geschaffenen Spinn- und Webmaschinen benötigten einen qualitativ neuen, universellen Motor, der die Maschinen kontinuierlich und gleichmäßig (genau das konnte ein Wasserrad nicht leisten) in eine unidirektionale Rotationsbewegung versetzte. Hier zeigte sich das Talent des berühmten Ingenieurs, des „Zauberers aus Greenock“ James Watt, in seiner ganzen Brillanz.

Watt wurde in der schottischen Stadt Greenock in die Familie eines Schiffbauers hineingeboren. Als Lehrling in Werkstätten in Glasgow erwarb James in den ersten beiden Jahren die Qualifikationen eines Graveurs, eines Meisters in der Herstellung mathematischer, geodätischer, optischer Instrumente und verschiedener Navigationsinstrumente. Auf Anraten seines Professoronkels ging James als Mechaniker an die örtliche Universität. Hier begann Watt mit der Arbeit an Dampfmaschinen.

James Watt versuchte, die Dampf-Atmosphären-Maschine von Newcomen zu verbessern, die im Allgemeinen nur zum Pumpen von Wasser geeignet war. Für ihn war klar, dass der Hauptnachteil von Newcomens Maschine das abwechselnde Heizen und Kühlen des Zylinders war. Im Jahr 1765 kam Watt auf die Idee, dass der Zylinder konstant heiß bleiben könnte, wenn der Dampf vor der Kondensation über eine Rohrleitung mit Ventil in einen separaten Tank umgeleitet würde. Darüber hinaus nahm Watt noch einige weitere Verbesserungen vor, die die Dampf-Atmosphärenmaschine schließlich in eine Dampfmaschine verwandelten. Zum Beispiel erfand er einen Scharniermechanismus – „Watts Parallelogramm“ (so genannt, weil ein Teil der Verbindungen – Hebel, aus denen er besteht – ein Parallelogramm bildet), der die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Hauptwelle umwandelte. Jetzt konnten die Webstühle kontinuierlich arbeiten.

Im Jahr 1776 wurde Watts Maschine getestet. Seine Effizienz war doppelt so hoch wie die von Newcomens Maschine. Im Jahr 1782 entwickelte Watt die erste universelle doppeltwirkende Dampfmaschine. Dampf trat abwechselnd von einer Seite des Kolbens und dann von der anderen in den Zylinder ein. Daher vollzog der Kolben sowohl den Arbeits- als auch den Rückhub mit Hilfe von Dampf, was bei früheren Maschinen nicht der Fall war. Da bei einer doppeltwirkenden Dampfmaschine die Kolbenstange sowohl ziehend als auch schiebend wirkte, musste das bisherige Antriebssystem aus Ketten und Kipphebeln, das nur auf Zug reagierte, umgestaltet werden. Watt entwickelte ein System gekoppelter Stangen und nutzte einen Planetenmechanismus, um die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange in eine Drehbewegung umzuwandeln. Er verwendete ein schweres Schwungrad, einen Zentrifugalgeschwindigkeitsregler, ein Scheibenventil und ein Manometer zur Messung des Dampfdrucks. Watts patentierte „Rotationsdampfmaschine“ fand zunächst breite Anwendung in Spinnereien und Webereien, später auch in anderen Industriebetrieben. Watts Motor war für jede Maschine geeignet, und die Erfinder selbstfahrender Mechanismen machten sich diesen Vorteil schnell zunutze.

Watts Dampfmaschine war wirklich die Erfindung des Jahrhunderts und markierte den Beginn der industriellen Revolution. Aber der Erfinder hörte hier nicht auf. Nachbarn sahen mehr als einmal verblüfft zu, wie Watt mit speziell ausgewählten Gewichten mit Pferden über die Wiese raste. So entstand die Einheit der Macht - Pferdestärken, das später allgemeine Anerkennung fand.

Leider zwangen finanzielle Schwierigkeiten Watt bereits im Erwachsenenalter dazu, geodätische Vermessungen durchzuführen, am Bau von Kanälen zu arbeiten, Häfen und Yachthäfen zu bauen und schließlich eine wirtschaftlich versklavende Allianz mit dem Unternehmer John Rebeck einzugehen, der bald einen völligen finanziellen Zusammenbruch erlitt.

Am 12. April 1933 startete William Besler mit einem Dampfflugzeug vom Oakland Municipal Airfield in Kalifornien.
Die Zeitungen schrieben:

„Der Start verlief in jeder Hinsicht normal, bis auf den fehlenden Lärm. Tatsächlich schien es den Beobachtern, als das Flugzeug bereits den Boden verlassen hatte, noch nicht ausreichend an Geschwindigkeit gewonnen zu haben. An volle Kraft Der Lärm war nicht stärker wahrnehmbar als bei einem Gleitflugzeug. Man konnte nur das Pfeifen der Luft hören. Bei Volldampfbetrieb erzeugte der Propeller nur geringe Geräusche. Es war möglich, das Geräusch der Flamme durch das Geräusch des Propellers zu unterscheiden...

Als das Flugzeug landete und die Feldgrenze überquerte, stoppte der Propeller und startete langsam Rückseite mit Rückwärtsgang und anschließender kleiner Gasöffnung. Selbst bei einer sehr langsamen Rückwärtsdrehung des Propellers wurde der Sinkflug spürbar steiler. Unmittelbar nach der Bodenberührung gab der Pilot Vollgas umkehren, was zusammen mit den Bremsen das Auto schnell zum Stehen brachte. Der kurze Anlauf machte sich in diesem Fall besonders bemerkbar, da während des Tests kein Wind wehte und der Landeweg meist mehrere hundert Fuß betrug.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden fast jedes Jahr Rekorde für die von Flugzeugen erreichte Flughöhe aufgestellt:

Die Stratosphäre versprach erhebliche Vorteile für den Flug: geringerer Luftwiderstand, konstante Winde, keine Wolken, Geheimhaltung, Unzugänglichkeit für die Luftverteidigung. Aber wie fliegt man beispielsweise in eine Höhe von 20 Kilometern?

Die Leistung eines [Benzin-]Motors nimmt schneller ab als die Luftdichte.

In einer Höhe von 7000 m nimmt die Motorleistung fast um das Dreifache ab. Um die Flugleistung von Flugzeugen in großer Höhe zu verbessern, wurden in der Zeit von 1924 bis 1929 auch am Ende des imperialistischen Krieges Versuche unternommen, die Aufladung zu nutzen. Kompressoren werden immer häufiger in die Produktion eingeführt. Allerdings wird es immer schwieriger, die Leistung eines Verbrennungsmotors in Höhen über 10 km aufrechtzuerhalten.

Um die „Höhengrenze“ anzuheben, richten Konstrukteure aus allen Ländern ihr Augenmerk zunehmend auf die Dampfmaschine, die als Höhenlok zahlreiche Vorteile mit sich bringt. Einige Länder, wie etwa Deutschland, wurden auf diesem Weg durch strategische Überlegungen vorangetrieben, insbesondere durch die Notwendigkeit, im Falle eines größeren Krieges Unabhängigkeit von Ölimporten zu erreichen.

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Versuche unternommen, eine Dampfmaschine in ein Flugzeug einzubauen. Das schnelle Wachstum der Luftfahrtindustrie am Vorabend der Krise und die Monopolpreise für ihre Produkte ermöglichten es, experimentelle Arbeiten und angesammelte Erfindungen nicht überstürzt umzusetzen. Diese Versuche nahmen während der Wirtschaftskrise von 1929–1933 besondere Ausmaße an. und die darauf folgende Depression ist für den Kapitalismus kein zufälliges Phänomen. In der Presse, insbesondere in Amerika und Frankreich, wurden häufig Vorwürfe laut große Bedenkenüber ihre Vereinbarungen, die Umsetzung neuer Erfindungen künstlich zu verzögern.

Es haben sich zwei Richtungen herauskristallisiert. Die eine wurde in Amerika durch Besler repräsentiert, der einen konventionellen Kolbenmotor in ein Flugzeug einbaute, während die andere auf die Verwendung einer Turbine als Triebwerk zurückzuführen war Flugzeugmotor und wird vor allem mit der Arbeit deutscher Designer in Verbindung gebracht.

Die Besler-Brüder nahmen die Kolbendampfmaschine von Dobl für das Auto als Grundlage und bauten sie in den Travel-Air-Doppeldecker ein [Eine Beschreibung ihres Demonstrationsfluges finden Sie am Anfang des Beitrags].
Video von diesem Flug:

Die Maschine ist mit einem Umkehrmechanismus ausgestattet, mit dem Sie die Drehrichtung der Maschinenwelle nicht nur im Flug, sondern auch bei der Landung des Flugzeugs einfach und schnell ändern können. Zusätzlich zum Propeller treibt der Motor über eine Kupplung einen Ventilator an, der Luft in den Brenner drückt. Beim Starten nutzen sie einen kleinen Elektromotor.

Die Maschine entwickelte eine Leistung von 90 PS, aber unter den Bedingungen einer bekannten Kesselerhöhung kann ihre Leistung auf 135 PS gesteigert werden. Mit.
Der Dampfdruck im Kessel beträgt 125 at. Die Dampftemperatur wurde bei etwa 400–430° gehalten. Um die Automatisierung des Kesselbetriebs zu maximieren, wurde ein Normalisierer oder eine Vorrichtung verwendet, mit deren Hilfe Wasser unter einem bekannten Druck in den Überhitzer eingespritzt wurde, sobald die Dampftemperatur 400 °C überstieg. Der Kessel war mit einer Speisepumpe und einem Dampfantrieb sowie mit Abdampf beheizten Primär- und Sekundärspeisewassererhitzern ausgestattet.

Im Flugzeug wurden zwei Kondensatoren installiert. Der leistungsstärkere wurde aus dem Kühler des OX-5-Motors umgebaut und oben auf dem Rumpf installiert. Der leistungsschwächere besteht aus einem Kondensator Dampfwagen Doppelt und befindet sich unter dem Rumpf. Die Leistung der Kondensatoren erwies sich laut Presse als nicht ausreichend, um die Dampfmaschine mit Vollgas zu betreiben, ohne in die Atmosphäre zu entweichen, „und entsprach etwa 90 % der Reiseleistung.“ Experimente haben gezeigt, dass bei einem Verbrauch von 152 Litern Kraftstoff 38 Liter Wasser benötigt wurden.

Das Gesamtgewicht der Dampfanlage des Flugzeugs betrug 4,5 kg pro 1 Liter. Mit. Im Vergleich zum OX-5-Motor, der dieses Flugzeug antreibt, ergab dies ein Mehrgewicht von 300 Pfund (136 kg). Es besteht kein Zweifel, dass das Gewicht der gesamten Anlage durch die Gewichtsreduzierung der Motorteile und Kondensatoren deutlich reduziert werden könnte.
Als Brennstoff diente Gasöl. In der Presse heißt es, dass „vom Einschalten der Zündung bis zum Anfahren mit voller Geschwindigkeit nicht mehr als 5 Minuten vergingen“.

Eine weitere Richtung bei der Entwicklung eines Dampfkraftwerks für die Luftfahrt ist der Einsatz einer Dampfturbine als Triebwerk.
1932-1934. Die ausländische Presse ließ Informationen über eine originale Dampfturbine für ein Flugzeug durchsickern, die in Deutschland im Kraftwerk Klingenberg gebaut wurde. Sein Autor hieß der Chefingenieur dieser Anlage, Hütner.
Dampferzeuger und Turbine waren hier zusammen mit dem Kondensator zu einer rotierenden Einheit mit einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst. Hütner bemerkt: „Der Motor stellt ein Kraftwerk dar, etwas Besonderes.“ charakteristisches Merkmal das darin besteht, dass der rotierende Dampferzeuger mit einer gegenläufig rotierenden Turbine und einem Kondensator ein strukturelles und betriebliches Ganzes bildet.“
Der Hauptteil der Turbine ist ein rotierender Kessel, der aus mehreren V-förmigen Rohren besteht, wobei ein Bogen dieser Rohre mit dem Speisewasserverteiler und der andere mit dem Dampfkollektor verbunden ist. Der Kessel ist in Abb. dargestellt. 143.

Die Rohre sind radial um die Achse angeordnet und rotieren mit einer Geschwindigkeit von 3000-5000 U/min. Das in die Rohre eintretende Wasser strömt unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in die linken Zweige der V-förmigen Rohre, deren rechter Bogen als Dampferzeuger fungiert. Der linke Rohrbogen weist Rippen auf, die durch Flammen aus den Düsen erhitzt werden. An diesen Rippen vorbeiströmendes Wasser verwandelt sich in Dampf und unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte, die beim Drehen des Kessels entstehen, erhöht sich der Dampfdruck. Der Druck wird automatisch angepasst. Der Dichteunterschied in beiden Rohrzweigen (Dampf und Wasser) ergibt einen variablen Niveauunterschied, der eine Funktion der Zentrifugalkraft und damit der Rotationsgeschwindigkeit ist. Das Diagramm einer solchen Einheit ist in Abb. dargestellt. 144.

Eine Besonderheit der Kesselkonstruktion ist die Anordnung der Rohre, die bei der Rotation einen Unterdruck in der Brennkammer erzeugt und der Kessel somit als Sauggebläse fungiert. So, so Hütner, „bestimmt die Rotation des Kessels gleichzeitig seine Energieversorgung, die Bewegung heißer Gase und die Bewegung des Kühlwassers.“

Das Starten der Turbine dauert nur 30 Sekunden. Hütner erwartete einen Kesselwirkungsgrad von 88 % und einen Turbinenwirkungsgrad von 80 %. Zum Starten der Turbine und des Kessels sind Anlassermotoren erforderlich.

Im Jahr 1934 erschien in der Presse ein Bericht über die Entwicklung eines Projekts für ein großes Flugzeug in Deutschland, das mit einer Turbine mit rotierendem Kessel ausgestattet war. Zwei Jahre später behauptete die französische Presse, dass die Militärabteilung in Deutschland unter strengster Geheimhaltung ein Spezialflugzeug gebaut habe. Für ihn wurde ein Dampfgerät entworfen Steckdose Hütner-Anlagen mit einer Leistung von 2500 PS. Mit. Die Länge des Flugzeugs beträgt 22 m, die Flügelspannweite beträgt 32 m, das Fluggewicht (ungefähr) beträgt 14 Tonnen, die absolute Höchsthöhe des Flugzeugs beträgt 14.000 m, die Fluggeschwindigkeit in einer Höhe von 10.000 m beträgt 420 km/h. Der Aufstieg auf eine Höhe von 10 km dauert 30 Minuten.
Es ist durchaus möglich, dass diese Presseberichte stark übertrieben sind, aber es besteht kein Zweifel daran, dass deutsche Designer an diesem Problem arbeiten, und der bevorstehende Krieg könnte hier unerwartete Überraschungen bringen.

Was ist der Vorteil einer Turbine gegenüber einem Verbrennungsmotor?
1. Das Fehlen einer Hin- und Herbewegung bei hohen Drehzahlen ermöglicht es, die Turbine recht kompakt und kleiner als moderne leistungsstarke Flugzeugtriebwerke zu bauen.
2. Ein wichtiger Vorteil ist auch die relative Geräuschlosigkeit der Dampfmaschine, die sowohl aus militärischer Sicht als auch im Hinblick auf die Möglichkeit, das Flugzeug durch Schallschutzausrüstung in Passagierflugzeugen leichter zu machen, wichtig ist.
3. Eine Dampfturbine kann im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren, die fast nie eine Überlastung zulassen, bei konstanter Drehzahl kurzzeitig bis zu 100 % überlastet werden. Dieser Vorteil der Turbine ermöglicht eine Verkürzung der Startstrecke des Flugzeugs und erleichtert den Einstieg in die Luft.
4. Die einfache Konstruktion und das Fehlen einer großen Anzahl beweglicher und betätigender Teile sind ebenfalls ein wichtiger Vorteil der Turbine und machen sie im Vergleich zu Verbrennungsmotoren zuverlässiger und langlebiger.
5. Bezeichnend ist auch, dass die Dampfanlage über keinen Magnetzünder verfügt, dessen Funktion durch Funkwellen beeinflusst werden kann.
6. Die Möglichkeit, Schweröl (Öl, Heizöl) zu verwenden, macht die Dampfmaschine neben wirtschaftlichen Vorteilen auch feuersicherer. Darüber hinaus wird es möglich, das Flugzeug zu heizen.
7. Der Hauptvorteil einer Dampfmaschine besteht darin, dass sie ihre Nennleistung beibehält, wenn sie in die Höhe steigt.

Einer der Einwände gegen die Dampfmaschine kommt hauptsächlich von Aerodynamikern und läuft auf die Größe und Kühlleistung des Kondensators hinaus. Tatsächlich hat ein Dampfkondensator eine fünf- bis sechsmal größere Oberfläche als der Wasserkühler eines Verbrennungsmotors.
Um den Luftwiderstand eines solchen Kondensators zu verringern, haben die Konstrukteure daher den Kondensator direkt auf der Oberfläche der Flügel in Form einer durchgehenden Reihe von Röhren platziert, die genau der Kontur und dem Profil des Flügels folgen. Dadurch wird nicht nur eine erhebliche Steifigkeit erreicht, sondern auch die Gefahr einer Vereisung des Flugzeugs verringert.

Natürlich gibt es noch eine Reihe weiterer technischer Schwierigkeiten beim Betrieb einer Turbine in einem Flugzeug.
- Das Verhalten der Düse in großen Höhen ist unbekannt.
- Um die schnelle Belastung der Turbine, die zu den Betriebsbedingungen eines Flugzeugtriebwerks gehört, zu ändern, ist entweder eine Wasserversorgung oder ein Dampfreservoir erforderlich.
- Es gibt bekannte Schwierigkeiten bei der Entwicklung eines Gutes automatisches Gerät um die Turbine einzustellen.
- Auch der Kreiseleffekt einer schnell rotierenden Turbine auf ein Flugzeug ist unklar.

Dennoch geben die erzielten Erfolge Anlass zur Hoffnung, dass in bald Der Dampfantrieb wird seinen Platz in modernen Luftflotten finden, insbesondere in kommerziellen Transportflugzeugen, aber auch auf großen Luftschiffen. Das Schwierigste auf diesem Gebiet ist bereits geschafft, und praktizierende Ingenieure werden in der Lage sein, den ultimativen Erfolg zu erzielen.

Das Interesse an Wasserdampf als zugänglicher Energiequelle entstand zusammen mit den ersten wissenschaftlichen Erkenntnissen der Antike. Seit dreitausend Jahren versuchen Menschen, diese Energie zu bändigen. Was sind die Hauptetappen dieses Weges? Wessen Gedanken und Projekte haben die Menschheit gelehrt, das Beste daraus zu machen?

Voraussetzungen für die Entstehung von Dampfmaschinen

Der Bedarf an Mechanismen, die arbeitsintensive Prozesse erleichtern können, bestand schon immer. Bis etwa zur Mitte des 18. Jahrhunderts wurden zu diesem Zweck Windmühlen und Wasserräder genutzt. Die Möglichkeit, Windenergie direkt zu nutzen, hängt von den Wetterverhältnissen ab. Und um Wasserräder nutzen zu können, mussten Fabriken entlang der Flussufer gebaut werden, was nicht immer praktisch oder praktisch ist. Und die Wirksamkeit beider war äußerst gering. War grundsätzlich notwendig neuer Motor, leicht zu handhaben und frei von diesen Nachteilen.

Geschichte der Erfindung und Verbesserung von Dampfmaschinen

Die Entwicklung einer Dampfmaschine ist das Ergebnis vieler Überlegungen, Erfolge und Enttäuschungen vieler Wissenschaftler.

Der Anfang des Weges

Die ersten, isolierten Projekte waren nur interessante Kuriositäten. Zum Beispiel, Archimedes entwarf eine Dampfpistole, Reiher von Alexandria nutzte Dampfenergie, um die Türen antiker Tempel zu öffnen. Und Forscher finden Hinweise zur praktischen Nutzung von Dampfenergie zum Antrieb anderer Mechanismen in den Werken Leonardo da Vinci.

Schauen wir uns die bedeutendsten Projekte zu diesem Thema an.

Im 16. Jahrhundert entwickelte der arabische Ingenieur Taghi al Din einen Entwurf für eine primitive Dampfturbine. Aufgrund der starken Streuung des den Schaufeln des Turbinenrades zugeführten Dampfstrahls fand es jedoch keine praktische Anwendung.

Gehen wir zurück ins mittelalterliche Frankreich. Der Physiker und talentierte Erfinder Denis Papin entschied sich nach vielen erfolglosen Projekten für den folgenden Entwurf: Ein vertikaler Zylinder wurde mit Wasser gefüllt, über dem ein Kolben installiert war.

Der Zylinder wurde erhitzt, das Wasser kochte und verdampfte. Der expandierende Dampf hob den Kolben an. Es wurde am oberen Punkt des Steigrohrs befestigt und man wartete, bis der Zylinder abgekühlt war und der Dampf kondensiert hatte. Nachdem der Dampf kondensiert war, bildete sich im Zylinder ein Vakuum. Der aus seiner Befestigung gelöste Kolben stürzte unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks ins Vakuum. Dieser Kolbensturz sollte als Arbeitshub genutzt werden.

Der Nutzhub des Kolbens wurde also durch die Bildung eines Vakuums aufgrund von Dampfkondensation und äußerem (atmosphärischem) Druck verursacht.

Weil Papens Dampfmaschine Wie die meisten späteren Projekte wurden sie Dampf-Atmosphären-Maschinen genannt.

Dieses Design hatte einen sehr erheblichen Nachteil: Eine Wiederholbarkeit des Zyklus war nicht gegeben. Denis kommt auf die Idee, Dampf nicht in einem Zylinder, sondern separat in einem Dampfkessel zu erzeugen.

Denis Papin ging als einer der größten in die Geschichte der Dampfmaschinenentwicklung ein wichtiges Detail- Dampfkessel.

Und da außerhalb des Zylinders Dampf erzeugt wurde, wurde der Motor selbst zu einem externen Verbrennungsmotor. Aufgrund des Fehlens eines Verteilungsmechanismus zur Gewährleistung eines unterbrechungsfreien Betriebs fanden diese Projekte jedoch kaum praktische Anwendung.

Eine neue Etappe in der Entwicklung von Dampfmaschinen

Etwa 50 Jahre lang wurde es zum Pumpen von Wasser in Kohlebergwerken eingesetzt. Thomas Newcomen Dampfpumpe. Es wiederholte weitgehend frühere Konstruktionen, enthielt jedoch sehr wichtige neue Elemente – ein Rohr zum Abführen von kondensiertem Dampf und ein Sicherheitsventil zum Ablassen von überschüssigem Dampf.

Sein wesentlicher Nachteil bestand darin, dass der Zylinder entweder vor der Dampfinjektion erhitzt oder vor der Kondensation gekühlt werden musste. Der Bedarf an solchen Motoren war jedoch so groß, dass die letzten Exemplare dieser Maschinen trotz ihrer offensichtlichen Ineffizienz bis 1930 im Einsatz waren.

Im Jahr 1765 Der englische Mechaniker James Watt, Nachdem ich begonnen hatte, Newcomens Maschine zu verbessern, trennte den Kondensator vom Dampfzylinder.

Es wurde möglich, den Zylinder konstant beheizt zu halten. Die Effizienz der Maschine stieg sofort. In den folgenden Jahren verbesserte Watt sein Modell deutlich, indem er es mit einer Vorrichtung zur Dampfzufuhr auf der einen oder anderen Seite ausstattete.

Es wurde möglich, diese Maschine nicht nur als Pumpe, sondern auch zum Antrieb verschiedener Maschinen zu verwenden. Watt erhielt ein Patent für seine Erfindung – eine kontinuierlich arbeitende Dampfmaschine. Die Massenproduktion dieser Maschinen beginnt.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts waren in England mehr als 320-Watt-Dampfmaschinen im Einsatz. Andere europäische Länder begannen, sie zu kaufen. Dies trug zu einem deutlichen Anstieg der Industrieproduktion in vielen Branchen sowohl in England selbst als auch in den Nachbarländern bei.

Zwanzig Jahre früher als Watt arbeitete der Altai-Mechaniker Iwan Iwanowitsch Polzunow an einem Dampfmaschinenprojekt in Russland.

Die Fabrikleitung lud ihn ein, eine Einheit zu bauen, die das Gebläse des Schmelzofens antreiben sollte.

Die von ihm gebaute Maschine hatte einen Zweizylinder und sorgte für den kontinuierlichen Betrieb des daran angeschlossenen Geräts.

Nach mehr als anderthalb Monaten erfolgreichem Betrieb trat im Kessel ein Leck auf. Polzunov selbst lebte zu diesem Zeitpunkt nicht mehr. Das Auto wurde nicht repariert. Und die wunderbare Schöpfung des einsamen russischen Erfinders geriet in Vergessenheit.

Aufgrund der damaligen Rückständigkeit Russlands Die Welt erfuhr mit großer Verzögerung von der Erfindung von I. I. Polzunov...

Um eine Dampfmaschine zu betreiben, ist es also notwendig, dass sich der vom Dampfkessel erzeugte Dampf ausdehnt und auf den Kolben oder die Turbinenschaufeln drückt. Und dann wurde ihre Bewegung auf andere mechanische Teile übertragen.

Der Einsatz von Dampfmaschinen im Transportwesen

Obwohl der Wirkungsgrad der damaligen Dampfmaschinen 5 % nicht überschritt, wurden sie Ende des 18. Jahrhunderts aktiv in der Landwirtschaft und im Transportwesen eingesetzt:

• In Frankreich erscheint ein dampfbetriebenes Auto.
• in den USA nimmt ein Schiff den Betrieb zwischen den Städten Philadelphia und Burlington auf;
• In England wurde eine dampfbetriebene Eisenbahnlokomotive vorgeführt.
• Ein russischer Bauer aus der Provinz Saratow patentierte das Raupe Leistung 20 l. Mit.;
• Es wurden mehrere Versuche unternommen, ein Flugzeug mit Dampfmaschine zu bauen, aber leider scheiterten diese Versuche aufgrund der geringen Leistung dieser Einheiten in Verbindung mit dem hohen Gewicht des Flugzeugs.

Ende des 19. Jahrhunderts wichen die Dampfmaschinen, die zum technischen Fortschritt der Gesellschaft beigetragen hatten, den Elektromotoren.

Dampfgeräte im 21. Jahrhundert

Mit dem Aufkommen neuer Energiequellen im 20. und 21. Jahrhundert entsteht erneut die Notwendigkeit, Dampfenergie zu nutzen. Dampfturbinen werden zu einem integralen Bestandteil von Kernkraftwerken. Der Dampf, der sie antreibt, wird aus Kernbrennstoff gewonnen.

Auch in Brennwertkraftwerken werden diese Turbinen häufig eingesetzt.

In einer Reihe von Ländern werden Experimente zur Dampferzeugung mithilfe von Solarenergie durchgeführt.

Auch Kolbendampfmaschinen sind nicht in Vergessenheit geraten. In Berggebieten als Lokomotive Noch immer werden Dampflokomotiven eingesetzt.

Diese zuverlässigen Arbeitskräfte sind sowohl sicherer als auch kostengünstiger. Sie benötigen keine Stromleitungen und Brennstoff – Holz und billige Kohle – sind immer griffbereit.

Moderne Technologien ermöglichen es, bis zu 95 % der atmosphärischen Emissionen einzufangen und den Wirkungsgrad auf 21 % zu steigern, so dass man sich entschieden hat, sich davon vorerst nicht zu trennen und an einer neuen Generation von Dampflokomotiven zu arbeiten.

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