Máquinas de vapor: desde la primera máquina de vapor hasta la actualidad. Historia de las máquinas de vapor Cómo funcionan las máquinas de vapor

MOTOR ROTATIVO DE VAPOR y MOTOR DE PISTONES AXIALES DE VAPOR

La máquina de vapor rotativa (máquina de vapor de tipo rotativo) es una máquina de potencia única, cuyo desarrollo aún no se ha desarrollado adecuadamente.

Por un lado, en el último tercio del siglo XIX existían varios diseños de motores rotativos que incluso funcionaban bien, incluso para accionar dínamos para generar energía eléctrica y abastecer todo tipo de objetos. Pero la calidad y precisión de la fabricación de tales máquinas de vapor ( máquinas de vapor) era muy primitivo, por lo que tenían baja eficiencia y baja potencia. Desde entonces, las pequeñas máquinas de vapor se han convertido en cosa del pasado, pero junto con motores alternativos realmente ineficientes y poco prometedores máquinas de vapor Los motores rotativos de vapor, que tienen buenas perspectivas, también se han ido en el pasado.

La razón principal es que al nivel de tecnología de finales del siglo XIX, no era posible fabricar un motor rotativo realmente potente, duradero y de alta calidad.
Por lo tanto, de toda la variedad de máquinas de vapor y máquinas de vapor, solo las turbinas de vapor de enorme potencia (a partir de 20 MW) han sobrevivido exitosa y activamente hasta nuestros días, que hoy representan aproximadamente el 75% de la generación de electricidad en nuestro país. Más turbinas de vapor Alto Voltaje proporcionar energía de reactores nucleares en submarinos de combate que transportan misiles y en grandes rompehielos del Ártico. Pero todos son grandes coches. Las turbinas de vapor pierden drásticamente toda su eficiencia cuando se reducen de tamaño.

…. Es por eso que las máquinas de vapor de potencia y las máquinas de vapor con una potencia inferior a 2000 - 1500 kW (2 - 1,5 MW), que operarían efectivamente con vapor obtenido de la combustión de combustible sólido barato y varios desechos combustibles libres, no están ahora en el mundo.
Es en este campo vacío de la tecnología actual (y un nicho comercial absolutamente vacío, pero muy necesitado), en este nicho de mercado de máquinas de baja potencia, donde los motores rotativos de vapor pueden y deben ocupar su lugar digno. Y la necesidad de ellos solo en nuestro país es de decenas y decenas de miles ... Las pequeñas y medianas empresas en áreas alejadas de las grandes ciudades y grandes centrales eléctricas: - en pequeños aserraderos, minas remotas, en campamentos y terrenos forestales, etc., etc.
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Echemos un vistazo a los factores que hacen que las máquinas de vapor rotativas sean mejores que sus primos más cercanos, las máquinas de vapor en forma de máquinas de vapor alternativas y turbinas de vapor.
… — 1) Los motores rotativos son máquinas de potencia de expansión volumétrica, como los motores de pistón. Esos. tienen un bajo consumo de vapor por unidad de potencia, porque el vapor se suministra a sus cavidades de trabajo de vez en cuando, y en porciones estrictamente medidas, y no en un flujo abundante constante, como en las turbinas de vapor. Es por eso que los motores rotativos de vapor son mucho más económicos que las turbinas de vapor por unidad de potencia de salida.
— 2) Las máquinas de vapor rotatorias tienen un hombro para aplicar las fuerzas de gas que actúan (hombro de par) significativamente (muchas veces) más que las máquinas de vapor alternativas. Por lo tanto, la potencia que desarrollan es muy superior a la de los motores de pistón de vapor.
— 3) Los motores rotativos de vapor tienen una carrera de potencia mucho mayor que los motores de vapor alternativos, es decir, tienen la capacidad de convertir la mayor parte de la energía interna del vapor en trabajo útil.
— 4) Los motores rotativos de vapor pueden operar eficientemente con vapor saturado (húmedo), permitiendo sin dificultad la condensación de una parte significativa del vapor con su transición al agua directamente en las secciones de trabajo del motor rotativo de vapor. Esto también aumenta la eficiencia de la planta de energía de vapor que utiliza un motor rotativo de vapor.
— 5 ) Los motores rotativos de vapor funcionan a una velocidad de 2-3 mil revoluciones por minuto, que es la velocidad óptima para generar electricidad, en contraste con los motores de pistón de velocidad demasiado baja (200-600 revoluciones por minuto) de las locomotoras de vapor tradicionales. motores, o de turbinas de velocidad demasiado alta (10-20 mil revoluciones por minuto).

Al mismo tiempo, los motores rotativos de vapor son tecnológicamente relativamente fáciles de fabricar, lo que hace que sus costes de fabricación sean relativamente bajos. En contraste con las turbinas de vapor extremadamente costosas de fabricar.

ENTONCES, RESUMEN DE ESTE ARTÍCULO - un motor rotativo de vapor es una máquina de vapor muy eficiente para convertir la presión de vapor del calor de la quema de combustible sólido y desechos combustibles en potencia mecánica y en energía eléctrica.

El autor de este sitio ya ha recibido más de 5 patentes de invenciones en varios aspectos de los diseños de motores rotativos de vapor. También se produjeron una serie de pequeños motores rotativos con una potencia de 3 a 7 kW. Ahora estamos diseñando motores rotativos de vapor con potencia de 100 a 200 kW.
Pero los motores rotativos tienen un "defecto genérico": un sistema complejo de sellos, que para los motores pequeños son demasiado complejos, en miniatura y costosos de fabricar.

Al mismo tiempo, el autor del sitio está desarrollando motores de pistones axiales de vapor con movimiento de pistón opuesto. Esta disposición es la variación más eficiente energéticamente en términos de potencia de todos los esquemas posibles para el uso de un sistema de pistón.
Estos motores en tamaños pequeños son algo más baratos y simples que los motores rotativos y los sellos en ellos se usan de la manera más tradicional y simple.

A continuación se muestra un video usando un pistón axial pequeño motor bóxer con pistones opuestos.

En la actualidad, se está fabricando un motor bóxer de pistones axiales de 30 kW. Se espera que el recurso del motor sea de varios cientos de miles de horas, porque la velocidad del motor de vapor es 3-4 veces menor que la velocidad del motor de combustión interna, el par de fricción pistón-cilindro está sujeto a nitruración de plasma iónico en un ambiente de vacío y la fricción la dureza de la superficie es de 62 a 64 unidades HRC. Para detalles sobre el proceso de endurecimiento superficial por nitruración, ver.

Aquí hay una animación del principio de funcionamiento de un motor bóxer de pistones axiales de este tipo, de diseño similar, con un movimiento de pistón que se aproxima.

máquina de vapor

Tiempo de producción: Un día

Materiales disponibles: ████████░░ 80%

En este artículo te diré cómo hacer una máquina de vapor con tus propias manos. El motor será pequeño, de un solo pistón con un carrete. La potencia es suficiente para hacer girar el rotor de un pequeño generador y usar este motor como una fuente autónoma de electricidad al caminar.

• Antena telescópica (se puede quitar de un televisor o radio antiguo), el diámetro del tubo más grueso debe ser de al menos 8 mm
• Tubo pequeño para un par de pistones (tienda de fontanería).
• Alambre de cobre con un diámetro de aproximadamente 1,5 mm (se puede encontrar en la bobina del transformador o en la tienda de radio).
• Pernos, tuercas, tornillos
• Plomo (en una tienda de pesca o encontrado en un viejo Batería de coche). Se necesita para moldear el volante. Encontré un volante listo para usar, pero este artículo puede serle útil.
• Barras de madera.
• radios para ruedas de bicicleta
• Soporte (en mi caso, de una hoja de textolita de 5 mm de espesor, pero también es adecuada la madera contrachapada).
• Bloques de madera (piezas de tablas)
• tarro de aceitunas
• Un tubo

• Superpegamento, soldadura en frío, resina epoxi (mercado de la construcción).
• Esmeril
• Taladro
• soldador
• Sierra

Cómo hacer una máquina de vapor




Diagrama del motor






Cilindro y tubo de carrete.

Corta 3 piezas de la antena:
? La primera pieza tiene 38 mm de largo y 8 mm de diámetro (el propio cilindro).
? La segunda pieza tiene 30 mm de largo y 4 mm de diámetro.
? El tercero tiene 6 mm de largo y 4 mm de diámetro.




Tome el tubo No. 2 y hágale un agujero con un diámetro de 4 mm en el medio. Tome el tubo No. 3 y péguelo perpendicularmente al tubo No. 2, después de que se seque el superpegamento, cubra todo con soldadura en frío (por ejemplo, POXIPOL).




Sujetamos una arandela de hierro redonda con un orificio en el medio a la pieza n. ° 3 (diámetro: un poco más que el tubo n. ° 1), después del secado, la fortalecemos con soldadura en frío.


Además, cubrimos todas las costuras con resina epoxi para una mejor estanqueidad.

Cómo hacer un pistón con una biela

Tomamos un perno (1) con un diámetro de 7 mm y lo sujetamos en un tornillo de banco. Comenzamos a enrollar alambre de cobre (2) alrededor de él durante unas 6 vueltas. Cubrimos cada vuelta con superpegamento. Cortamos los extremos sobrantes del perno.




Cubrimos el cable con epoxi. Después del secado, ajustamos el pistón con una lija debajo del cilindro para que se mueva libremente allí sin dejar pasar el aire.




De una hoja de aluminio hacemos una tira de 4 mm de largo y 19 mm de largo. Le damos la forma de la letra P (3).




Perforamos agujeros (4) con un diámetro de 2 mm en ambos extremos para que se pueda insertar un trozo de aguja de tejer. Los lados de la pieza en forma de U deben ser de 7x5x7 mm. Lo pegamos al pistón con el lado que es de 5 mm.





Hacemos una biela (5) con una aguja de tejer de bicicleta. Pegue en ambos extremos de los radios dos pequeños tubos (6) de la antena con un diámetro y una longitud de 3 mm. La distancia entre los centros de la biela es de 50 mm. A continuación, insertamos la biela con un extremo en la parte en forma de U y la fijamos con una aguja de tejer.


Pegamos la aguja de tejer en ambos extremos para que no se caiga.






Biela triangular

La biela triangular está hecha de manera similar, solo en un lado habrá un trozo de aguja de tejer y en el otro un tubo. Biela longitud 75 mm.







Triángulo y carrete


Recorta un triángulo de una hoja de metal y taladra 3 agujeros en él.
Carrete. El pistón del carrete tiene una longitud de 3,5 mm y debe moverse libremente en el tubo del carrete. La longitud del vástago depende del tamaño de su volante.






El cigüeñal del vástago del pistón debe ser de 8 mm y el cigüeñal del carrete debe ser de 4 mm.


• Caldera de vapor

  
  La caldera de vapor será un bote de aceitunas con tapa hermética. También soldé una tuerca para que se pudiera verter agua a través de ella y la apreté bien con un perno. También soldé el tubo a la tapa.
  Aquí hay una foto:
  

  

  
  

  Foto del montaje del motor.

  
  

  Montamos el motor sobre una tarima de madera, colocando cada elemento sobre un soporte

  
  

  

  
  

  

  
  

  

  
  

  vídeos de maquinas de vapor

  
  
  
  

• Versión 2.0

  
  Modificación estética del motor. El tanque ahora tiene su propia plataforma de madera y un platillo para una tableta de combustible seco. Todos los detalles están pintados en hermosos colores. Por cierto, como fuente de calor lo mejor es usar casero

El proceso de invención de una máquina de vapor, como suele ser el caso en la tecnología, se prolongó durante casi un siglo, por lo que la elección de una fecha para este evento es bastante arbitraria. Sin embargo, nadie niega que el gran avance que supuso la revolución tecnológica lo protagonizó el escocés James Watt.

La gente ha pensado en utilizar el vapor como fluido de trabajo desde la antigüedad. Sin embargo, solo a principios de los siglos XVII-XVIII. logró encontrar una manera de producir trabajo útil con la ayuda de vapor. Uno de los primeros intentos de poner el vapor al servicio del hombre se hizo en Inglaterra en 1698: la máquina del inventor Savery fue diseñada para drenar minas y bombear agua. Es cierto que el invento de Savery aún no era un motor en el pleno sentido de la palabra, ya que, aparte de unas pocas válvulas que se abrían y cerraban manualmente, no tenía partes móviles. La máquina de Savery funcionaba de la siguiente manera: primero, un tanque sellado se llenaba con vapor, luego la superficie exterior del tanque se enfriaba con agua fría, lo que provocaba que el vapor se condensara y se creaba un vacío parcial en el tanque. Después de eso, el agua, por ejemplo, desde el fondo de la mina, se succionó al tanque a través de la tubería de entrada y, después de que se admitió la siguiente porción de vapor, se arrojó.

La primera máquina de vapor con pistón fue construida por el francés Denis Papin en 1698. Se calentaba agua dentro de un cilindro vertical con un pistón y el vapor resultante empujaba el pistón hacia arriba. A medida que el vapor se enfriaba y condensaba, el pistón era empujado hacia abajo por la presión atmosférica. A través de un sistema de bloques, la máquina de vapor de Papin podía accionar varios mecanismos, como bombas.

Una máquina más perfecta fue construida en 1712 por el herrero inglés Thomas Newcomen. Como en la máquina de Papin, el pistón se movía en un cilindro vertical. El vapor de la caldera entró en la base del cilindro y levantó el pistón. Cuando se inyectó agua fría en el cilindro, el vapor se condensó, se formó un vacío en el cilindro y, bajo la influencia de la presión atmosférica, el pistón cayó. Este golpe de retorno sacaba el agua del cilindro y, por medio de una cadena conectada a un balancín, que se movía como un columpio, levantaba la varilla de la bomba hacia arriba. Cuando el pistón estaba en el fondo de su carrera, el vapor entraba de nuevo en el cilindro, y con la ayuda de un contrapeso montado en la varilla de la bomba o en el balancín, el pistón subía hasta posición inicial. Después de eso, el ciclo se repitió.

La máquina Newcomen fue ampliamente utilizada en Europa durante más de 50 años. En la década de 1740, una máquina con un cilindro de 2,74 m de largo y 76 cm de diámetro hacía en un día el trabajo que un equipo de 25 personas y 10 caballos, trabajando por turnos, hacía en una semana. Y, sin embargo, su eficiencia era extremadamente baja.

La revolución industrial más llamativa se manifestó en Inglaterra, principalmente en la industria textil. La discrepancia entre la oferta de telas y el rápido aumento de la demanda atrajo a las mejores mentes de diseño al desarrollo de máquinas de hilar y tejer. La historia de la tecnología inglesa incluyó para siempre los nombres de Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves. Pero las máquinas de hilar y tejer que crearon necesitaban un motor universal cualitativamente nuevo que impulsara de forma continua y uniforme (que la rueda hidráulica no podía proporcionar) las máquinas en un movimiento de rotación unidireccional. Fue aquí donde el talento del famoso ingeniero, el "mago de Greenock" James Watt, apareció en todo su esplendor.

Watt nació en la ciudad escocesa de Greenock en la familia de un constructor naval. Trabajando como aprendiz en talleres en Glasgow, en los primeros dos años, James adquirió las calificaciones de un grabador, un maestro en la fabricación de instrumentos matemáticos, topográficos, ópticos y varios instrumentos de navegación. Siguiendo el consejo de su tío, el profesor, James ingresó a la universidad local como mecánico. Fue aquí donde Watt comenzó a trabajar en máquinas de vapor.

James Watt estaba tratando de mejorar la máquina atmosférica de vapor de Newcomen, que, en general, solo servía para bombear agua. Estaba claro para él que el principal inconveniente de la máquina de Newcomen era la alternancia de calentamiento y enfriamiento del cilindro. En 1765, a Watt se le ocurrió la idea de que el cilindro podía permanecer caliente todo el tiempo si, antes de la condensación, el vapor se desviaba a un depósito separado a través de una tubería con válvula. Además, Watt hizo varias mejoras más que finalmente convirtieron la máquina atmosférica de vapor en una máquina de vapor. Por ejemplo, inventó un mecanismo de bisagra: el "paralelogramo de Watt" (llamado así porque parte de los enlaces, las palancas que componen su composición forman un paralelogramo), que convirtió el movimiento alternativo del pistón en el movimiento de rotación del eje principal. . Ahora los telares podrían funcionar continuamente.

En 1776 se probó la máquina de Watt. Su eficiencia resultó ser el doble de la de la máquina de Newcomen. En 1782, Watt creó la primera máquina de vapor universal de doble efecto. El vapor entraba en el cilindro alternativamente desde un lado del pistón, luego desde el otro. Por lo tanto, el pistón realizaba tanto una carrera de trabajo como una inversa con la ayuda del vapor, lo que no ocurría en las máquinas anteriores. Dado que el vástago del pistón en una máquina de vapor de doble efecto realizaba una acción de tracción y empuje, el antiguo sistema de transmisión de cadenas y balancines, que respondía solo al empuje, tuvo que ser rehecho. Watt desarrolló un sistema de articulación y usó un mecanismo planetario para convertir el movimiento alternativo de un vástago de pistón en un movimiento de rotación, usando un volante pesado, un controlador de velocidad centrífugo, una válvula de disco y un manómetro para medir la presión del vapor. La "máquina de vapor rotativa" patentada por Watt se usó primero ampliamente en hilanderías y telares, y más tarde en otras empresas industriales. El motor de Watt era apto para cualquier automóvil, y los inventores de los mecanismos autopropulsados ​​no tardaron en aprovecharlo.

La máquina de vapor de Watt fue realmente el invento del siglo y marcó el comienzo de la revolución industrial. Pero el inventor no se quedó ahí. Los vecinos observaron con sorpresa más de una vez cómo Watt conducía caballos por el prado, tirando de pesos especialmente seleccionados. Entonces apareció la unidad de poder: Caballo de fuerza que posteriormente recibió el reconocimiento universal.

Desafortunadamente, las dificultades financieras obligaron a Watt, ya en la edad adulta, a realizar estudios geodésicos, trabajar en la construcción de canales, construir puertos y marinas, y finalmente entrar en una alianza económicamente esclavizante con el empresario John Rebeck, quien pronto sufrió un colapso financiero completo.

El 12 de abril de 1933, William Besler despegó del Aeródromo Municipal de Oakland en California en un avión a vapor.
Los periódicos escribieron:

“El despegue fue normal en todos los aspectos, excepto por la ausencia de ruido. De hecho, cuando el avión ya había despegado, a los observadores les pareció que aún no había ganado suficiente velocidad. Sobre el poder completo el ruido no era más perceptible que el de un avión planeando. Solo se escuchaba el silbido del aire. Cuando trabajaba a todo vapor, la hélice producía solo un ligero ruido. Era posible distinguir a través del ruido de la hélice el sonido de la llama...

Cuando el avión estaba aterrizando y cruzó el límite del campo, la hélice se detuvo y se puso en marcha lentamente en reverso dando marcha atrás y luego abriendo ligeramente el acelerador. Incluso con una rotación inversa muy lenta del tornillo, el descenso se hizo notablemente más pronunciado. Inmediatamente después de tocar el suelo, el piloto dio marcha atrás, lo que, junto con los frenos, detuvo rápidamente el automóvil. La carrera corta fue especialmente notable en este caso, ya que durante la prueba hubo un clima tranquilo y, por lo general, la carrera de aterrizaje alcanzó varios cientos de pies.

A principios del siglo XX, casi anualmente se establecían récords de la altura alcanzada por los aviones:

La estratosfera prometía beneficios considerables para el vuelo: menor resistencia del aire, constancia de los vientos, ausencia de nubes, sigilo, inaccesibilidad a la defensa aérea. Pero, ¿cómo volar hasta una altura de, por ejemplo, 20 kilómetros?

La potencia del motor [de gasolina] cae más rápido que la densidad del aire.

A una altitud de 7000 m, la potencia del motor se reduce casi tres veces. Para mejorar las cualidades de las aeronaves a gran altura, al final de la guerra imperialista, se intentó utilizar la presurización, en el período 1924-1929. los supercargadores se introducen aún más en la producción. Sin embargo, cada vez es más difícil mantener la potencia de un motor de combustión interna a altitudes superiores a los 10 km.

En un esfuerzo por elevar el "límite de altura", los diseñadores de todos los países están volviendo cada vez más sus ojos a la máquina de vapor, que tiene una serie de ventajas como motor de gran altitud. Algunos países, como Alemania, por ejemplo, se vieron empujados a este camino por consideraciones estratégicas, a saber, la necesidad de lograr la independencia del petróleo importado en caso de una guerra importante.

En los últimos años, se han realizado numerosos intentos de instalar una máquina de vapor en aviones. El rápido crecimiento de la industria de la aviación en vísperas de la crisis y los precios de monopolio de sus productos permitieron no apresurarse con la implementación del trabajo experimental y los inventos acumulados. Estos intentos, que adquirieron especial alcance durante la crisis económica de 1929-1933. y la depresión que siguió, no es un fenómeno accidental para el capitalismo. En la prensa, especialmente en Estados Unidos y Francia, a menudo se lanzaban reproches grandes preocupaciones que tienen acuerdos para retrasar artificialmente la implementación de nuevos inventos.

Han surgido dos direcciones. Uno está representado en América por Besler, quien instaló un motor de pistón convencional en un avión, mientras que el otro se debe al uso de una turbina como motor de avión y se asocia principalmente con el trabajo de diseñadores alemanes.

Los hermanos Besler tomaron como base la máquina de vapor de pistón de Doble para un automóvil y la instalaron en un biplano Travel-Air. [una descripción de su vuelo de demostración se da al comienzo de la publicación].
Video de ese vuelo:

La máquina está equipada con un mecanismo de inversión, con el que puede cambiar fácil y rápidamente la dirección de rotación del eje de la máquina, no solo en vuelo, sino también durante el aterrizaje. Además de la hélice, el motor impulsa un ventilador a través del acoplamiento, que sopla aire en el quemador. Al principio, utilizan un pequeño motor eléctrico.

La máquina desarrolló una potencia de 90 hp, pero bajo las condiciones de un conocido forzamiento de la caldera, su potencia puede aumentarse a 135 hp. desde.
Presión de vapor en la caldera 125 at. La temperatura del vapor se mantuvo a aproximadamente 400-430°. Para automatizar al máximo el funcionamiento de la caldera, se utilizó un normalizador o dispositivo, con cuya ayuda se inyectaba agua a una presión conocida en el sobrecalentador tan pronto como la temperatura del vapor superaba los 400 °. La caldera estaba equipada con una bomba de alimentación y una unidad de vapor, así como calentadores de agua de alimentación primaria y secundaria calentados por el vapor de escape.

El avión estaba equipado con dos condensadores. Se convirtió uno más potente del radiador del motor OX-5 y se montó en la parte superior del fuselaje. Menos potente hecho de un condensador. coche de vapor Doblya y ubicado debajo del fuselaje. La capacidad de los condensadores, se afirmó en la prensa, era insuficiente para hacer funcionar la máquina de vapor a toda velocidad sin ventilar a la atmósfera, "y correspondía aproximadamente al 90% de la potencia de crucero". Los experimentos demostraron que con un consumo de 152 litros de combustible, era necesario tener 38 litros de agua.

El peso total de la planta de vapor de la aeronave fue de 4,5 kg por 1 litro. desde. En comparación con el motor OX-5 que propulsaba este avión, esto le dio un peso adicional de 300 libras (136 kg). No hay duda de que el peso de toda la instalación podría reducirse significativamente aligerando las partes del motor y los condensadores.
El combustible era gasóleo. La prensa afirmó que "no transcurrieron más de 5 minutos entre encender el encendido y arrancar a toda velocidad".

Otra dirección en el desarrollo de una planta de energía de vapor para la aviación está asociada con el uso de una turbina de vapor como motor.
En 1932-1934. información sobre la turbina de vapor original para un avión diseñado en Alemania en la planta eléctrica de Klinganberg penetró en la prensa extranjera. El ingeniero jefe de esta planta, Hütner, fue llamado su autor.
El generador de vapor y la turbina, junto con el condensador, se combinaron aquí en una unidad giratoria que tenía una carcasa común. Hütner señala: "El motor representa una planta de energía, cuyo rasgo característico distintivo es que el generador de vapor giratorio forma una unidad constructiva y operativa con la turbina y el condensador que giran en sentido contrario".
La parte principal de la turbina es una caldera giratoria formada por una serie de tubos en forma de V, con un codo de estos tubos conectado al colector de agua de alimentación y el otro al colector de vapor. La caldera se muestra en la Fig. 143.

Los tubos están ubicados radialmente alrededor del eje y giran a una velocidad de 3000-5000 rpm. El agua que ingresa a los tubos se precipita bajo la acción de la fuerza centrífuga hacia las ramas izquierdas de los tubos en forma de V, cuya rodilla derecha actúa como generador de vapor. El codo izquierdo de los tubos tiene aletas calentadas por la llama de los inyectores. El agua, al pasar por estas nervaduras, se convierte en vapor y, bajo la acción de las fuerzas centrífugas que surgen de la rotación de la caldera, se produce un aumento en la presión del vapor. La presión se ajusta automáticamente. La diferencia de densidad en ambas ramas de los tubos (vapor y agua) da una diferencia de nivel variable, que es función de la fuerza centrífuga, y por tanto de la velocidad de giro. Un diagrama de tal unidad se muestra en la Fig. 144.

La característica de diseño de la caldera es la disposición de los tubos, en los que, durante la rotación, se crea un vacío en la cámara de combustión, por lo que la caldera actúa como si fuera un ventilador de aspiración. Así, según Hütner, “la rotación de la caldera está determinada simultáneamente por su potencia, y el movimiento de los gases calientes, y el movimiento del agua de refrigeración”.

Poner en marcha la turbina requiere sólo 30 segundos. Hütner esperaba lograr una eficiencia de caldera del 88 % y una eficiencia de turbina del 80 %. La turbina y la caldera necesitan motores de arranque para arrancar.

En 1934, apareció un informe en la prensa sobre el desarrollo de un proyecto para un avión grande en Alemania, equipado con una turbina con una caldera giratoria. Dos años más tarde, la prensa francesa afirmó que, en condiciones de gran secreto, el departamento militar de Alemania construyó un avión especial. Steam fue diseñado para él. PowerPoint Sistemas Hütner con una capacidad de 2500 litros. desde. La longitud de la aeronave es de 22 m, la envergadura es de 32 m, el peso de vuelo (aproximado) es de 14 toneladas, el techo absoluto de la aeronave es de 14 000 m, la velocidad de vuelo a una altitud de 10 000 m es de 420 km/h, el ascenso a una altura de 10 km es de 30 minutos.
Es muy posible que estos informes de prensa sean muy exagerados, pero lo cierto es que los diseñadores alemanes están trabajando en este problema, y ​​la guerra que se avecina puede traer aquí sorpresas inesperadas.

¿Cuál es la ventaja de una turbina sobre un motor de combustión interna?
1. La ausencia de movimiento alternativo a altas velocidades de rotación hace posible que la turbina sea bastante compacta y más pequeña que los potentes motores de los aviones modernos.
2. Una ventaja importante es también la relativa ausencia de ruido de la máquina de vapor, que es importante tanto desde el punto de vista militar como en términos de la posibilidad de aligerar la aeronave debido a los equipos de insonorización en los aviones de pasajeros.
3. La turbina de vapor, a diferencia de los motores de combustión interna, que casi nunca se sobrecargan, puede sobrecargarse por un corto período hasta el 100% a una velocidad constante. Esta ventaja de la turbina permite reducir la longitud de la carrera de despegue de la aeronave y facilitar su ascenso en el aire.
4. La simplicidad del diseño y la ausencia de una gran cantidad de piezas móviles y accionadas también son una ventaja importante de la turbina, haciéndola más confiable y duradera en comparación con los motores de combustión interna.
5. La ausencia de un magneto en la planta de vapor, cuyo funcionamiento puede verse influenciado por ondas de radio, también es esencial.
6. La capacidad de utilizar combustibles pesados ​​(petróleo, fuel oil), además de las ventajas económicas, determina la mayor seguridad de la máquina de vapor frente al fuego. También crea la posibilidad de calentar el avión.
7. La principal ventaja de una máquina de vapor es mantener su potencia nominal con el ascenso a una altura.

Una de las objeciones a la máquina de vapor proviene principalmente de los aerodinámicos y se reduce al tamaño y la capacidad de enfriamiento del condensador. De hecho, el condensador de vapor tiene una superficie 5-6 veces mayor que el radiador de agua de un motor de combustión interna.
Por eso, en un esfuerzo por reducir la resistencia de dicho condensador, los diseñadores llegaron a colocar el condensador directamente sobre la superficie de las alas en forma de una fila continua de tubos que siguen exactamente el contorno y el perfil del ala. Además de impartir una rigidez significativa, esto también reducirá el riesgo de formación de hielo en la aeronave.

Hay, por supuesto, una serie de otras dificultades técnicas al hacer funcionar una turbina en un avión.
- Se desconoce el comportamiento de la tobera a gran altura.
- Para cambiar la carga rápida de la turbina, que es una de las condiciones para el funcionamiento de un motor aeronáutico, es necesario disponer de un suministro de agua o de un colector de vapor.
- Dificultades conocidas también las presenta el desarrollo de un buen dispositivo automático para el ajuste de la turbina.
- El efecto giroscópico de una turbina que gira rápidamente en un avión tampoco está claro.

Sin embargo, los éxitos obtenidos dan motivos para esperar que en un futuro próximo la central eléctrica de vapor encuentre su lugar en la flota aérea moderna, especialmente en aviones de transporte comercial, así como en grandes aeronaves. La parte más difícil en esta área ya se ha hecho, y los ingenieros prácticos podrán lograr el éxito final.

El interés por el vapor de agua, como fuente de energía asequible, apareció junto con los primeros conocimientos científicos de los antiguos. La gente ha estado tratando de domar esta energía durante tres milenios. ¿Cuáles son las principales etapas de este camino? ¿Qué reflexiones y proyectos han enseñado a la humanidad a sacar el máximo provecho de ello?

Requisitos previos para el surgimiento de las máquinas de vapor.

La necesidad de mecanismos que puedan facilitar procesos intensivos en mano de obra siempre ha existido. Hasta aproximadamente mediados del siglo XVIII, se utilizaron molinos de viento y ruedas hidráulicas para este propósito. La posibilidad de utilizar directamente la energía eólica depende de los caprichos del clima. Y para usar ruedas hidráulicas, las fábricas tenían que construirse a lo largo de las orillas de los ríos, lo que no siempre es conveniente y conveniente. Y la efectividad de ambos fue extremadamente baja. Esencialmente necesario motor nuevo, fácilmente manejable y desprovisto de estas deficiencias.

La historia de la invención y mejora de las máquinas de vapor.

La creación de una máquina de vapor es el resultado de mucho pensar, el éxito y el fracaso de las esperanzas de muchos científicos.

El comienzo del camino

Los primeros proyectos individuales eran solo curiosidades interesantes. Por ejemplo, Arquímedes construyó una pistola de vapor Garza de Alejandría utilizó la energía del vapor para abrir las puertas de los templos antiguos. Y los investigadores encuentran notas sobre la aplicación práctica de la energía del vapor para accionar otros mecanismos en las obras. leonardo da vinci

Considere los proyectos más significativos sobre este tema.

En el siglo XVI, el ingeniero árabe Tagi al Din desarrolló un diseño para una turbina de vapor primitiva. Sin embargo, no recibió aplicación práctica debido a la fuerte dispersión del chorro de vapor suministrado a las palas de la rueda de la turbina.

Avance rápido a la Francia medieval. El físico e inventor talentoso Denis Papin, después de muchos proyectos fallidos, se detiene en el siguiente diseño: se llenó un cilindro vertical con agua, sobre el cual se instaló un pistón.

El cilindro se calentó, el agua hirvió y se evaporó. El vapor en expansión levantó el pistón. Se fijó en el punto más alto de la elevación y se esperaba que el cilindro se enfriara y el vapor se condensara. Después de que el vapor se condensara, se formó un vacío en el cilindro. El pistón, liberado de la sujeción, se precipitó al vacío bajo la acción de la presión atmosférica. Era esta caída del pistón la que se suponía que debía usarse como carrera de trabajo.

Entonces, la carrera útil del pistón fue causada por la formación de un vacío debido a la condensación de vapor y presión externa (atmosférica).

Porque la máquina de vapor Papin como la mayoría de los proyectos posteriores, se denominaron máquinas atmosféricas de vapor.

Este diseño tenía un inconveniente muy importante: no se proporcionó la repetibilidad del ciclo. A Denis se le ocurre la idea de obtener vapor no en un cilindro, sino por separado en una caldera de vapor.

Denis Papin entró en la historia de la creación de máquinas de vapor como inventor de una muy detalle importante- Caldera de vapor.

Y como comenzaron a recibir vapor fuera del cilindro, el propio motor pasó a la categoría de motores de combustión externa. Pero debido a la falta de un mecanismo de distribución que garantice un funcionamiento ininterrumpido, estos proyectos apenas han encontrado aplicación práctica.

Una nueva etapa en el desarrollo de las máquinas de vapor

Durante unos 50 años, se ha utilizado para bombear agua en las minas de carbón. Bomba de vapor de Thomas Newcomen. Repitió en gran medida los diseños anteriores, pero contenía novedades muy importantes: una tubería para la extracción de vapor condensado y una válvula de seguridad para liberar el exceso de vapor.

Su inconveniente importante era que el cilindro tenía que calentarse antes de inyectar vapor y luego enfriarse antes de que se condensara. Pero la necesidad de este tipo de motores era tan alta que, a pesar de su evidente ineficiencia, los últimos ejemplares de estas máquinas sirvieron hasta 1930.

en 1765 el mecánico inglés james watt, comprometido en la mejora de la máquina de Newcomen, separó el condensador del cilindro de vapor.

Se hizo posible mantener el cilindro constantemente calentado. La eficiencia de la máquina aumentó inmediatamente. En los años siguientes, Watt mejoró significativamente su modelo, equipándolo con un dispositivo para suministrar vapor de un lado al otro.

Se hizo posible utilizar esta máquina no solo como bomba, sino también para impulsar varias máquinas herramienta. Watt recibió una patente por su invención: una máquina de vapor continua. Comienza la producción en masa de estas máquinas.

A principios del siglo XIX, en Inglaterra funcionaban máquinas de vapor de más de 320 vatios. Otros países europeos también comenzaron a comprarlos. Esto contribuyó a un aumento significativo de la producción industrial en muchas industrias, tanto en la propia Inglaterra como en los estados vecinos.

Veinte años antes que Watt, en Rusia, el mecánico de Altai Ivan Ivanovich Polzunov trabajó en el proyecto de la máquina de vapor.

Las autoridades de la fábrica le sugirieron que construyera una unidad que accionaría el soplador del horno de fundición.

La máquina que construyó era de dos cilindros y aseguraba el funcionamiento continuo del dispositivo conectado a ella.

Después de haber trabajado con éxito durante más de un mes y medio, la caldera comenzó a tener fugas. El propio Polzunov ya no estaba vivo en ese momento. El coche no fue reparado. Y se olvidó la maravillosa creación de un solo inventor ruso.

Debido al atraso de Rusia en ese momento. el mundo se enteró de la invención de I. I. Polzunov con gran retraso ...

Entonces, para impulsar una máquina de vapor, es necesario que el vapor generado por la caldera de vapor, expandiéndose, presione sobre el pistón o sobre los álabes de la turbina. Y luego su movimiento se transfirió a otras partes mecánicas.

El uso de máquinas de vapor en el transporte.

A pesar de que la eficiencia de las máquinas de vapor de esa época no excedía el 5%, a fines del siglo XVIII comenzaron a usarse activamente en la agricultura y el transporte:

• en Francia hay un automóvil con máquina de vapor;
• en EE.UU., un barco de vapor comienza a circular entre las ciudades de Filadelfia y Burlington;
• en Inglaterra, se demostró una locomotora ferroviaria a vapor;
• un campesino ruso de la provincia de Saratov patentó el tractor con una capacidad de 20 l. desde.;
• Se hicieron intentos repetidos para construir un avión con una máquina de vapor, pero, desafortunadamente, la baja potencia de estas unidades con el gran peso del avión hizo que estos intentos fracasaran.

A finales del siglo XIX, las máquinas de vapor, habiendo desempeñado su papel en el progreso técnico de la sociedad, dieron paso a los motores eléctricos.

Dispositivos de vapor en el siglo XXI

Con la llegada de las nuevas fuentes de energía en los siglos XX y XXI, vuelve a aparecer la necesidad de utilizar la energía del vapor. Las turbinas de vapor se están convirtiendo en una parte integral de las centrales nucleares. El vapor que los alimenta se obtiene del combustible nuclear.

Estas turbinas también son muy utilizadas en centrales térmicas de condensación.

En varios países se están realizando experimentos para obtener vapor gracias a la energía solar.

Tampoco se olvidan las máquinas de vapor alternativas. En zonas montañosas como locomotora todavía se utilizan locomotoras de vapor.

Estos trabajadores confiables son más seguros y más baratos. No necesitan líneas eléctricas, y el combustible (madera y carbón barato) está siempre a mano.

Las modernas tecnologías permiten capturar hasta el 95% de las emisiones a la atmósfera y aumentar la eficiencia hasta en un 21%, por lo que la gente ha decidido no desprenderse de ellas todavía y están trabajando en una nueva generación de locomotoras a vapor.

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