El uso del agua en las máquinas de vapor. Máquina de vapor con tus propias manos. Una pequeña digresión en la historia de los automóviles a vapor.

Me saltaré la inspección de la exposición del museo e iré directamente a la sala de máquinas. Los interesados ​​pueden encontrar versión completa Tengo una publicación en LiveJournal. La sala de máquinas se encuentra en este edificio:

29. Al entrar, me quedé sin aliento de placer: dentro de la sala estaba la máquina de vapor más hermosa que he visto en mi vida. Era un verdadero templo del steampunk, un lugar sagrado para todos los seguidores de la estética de la era del vapor. Me quedé asombrado por lo que vi y me di cuenta de que no fue en vano que conduje hasta esta ciudad y visité este museo.

30. Además de la enorme máquina de vapor, que es el objeto principal del museo, también se presentaron aquí varias muestras de máquinas de vapor más pequeñas, y numerosos puestos de información contaron la historia de la tecnología del vapor. En esta imagen se ve una máquina de vapor de 12 hp en pleno funcionamiento.

31. Mano para escala. La máquina fue creada en 1920.

32. Un compresor de 1940 se exhibe junto al espécimen principal del museo.

33. Este compresor se utilizó en el pasado en los talleres ferroviarios de la estación de Werdau.

34. Bueno, ahora echemos un vistazo más de cerca a la exhibición central de la exposición del museo: una máquina de vapor de 600 caballos de fuerza fabricada en 1899, a la que se dedicará la segunda mitad de esta publicación.

35. La máquina de vapor es un símbolo de la revolución industrial que tuvo lugar en Europa a finales del siglo XVIII y principios del XIX. Aunque los primeros modelos de máquinas de vapor fueron creados por varios inventores a principios del siglo XVIII, todos eran inadecuados para el uso industrial, ya que presentaban una serie de inconvenientes. El uso masivo de las máquinas de vapor en la industria solo fue posible después de que el inventor escocés James Watt mejorara el mecanismo de la máquina de vapor, haciéndola fácil de operar, segura y cinco veces más potente que los modelos que existían antes.

36. James Watt patentó su invento en 1775 y ya en la década de 1880, sus máquinas de vapor comenzaron a infiltrarse en las fábricas, convirtiéndose en el catalizador de la revolución industrial. Esto sucedió principalmente porque James Watt logró crear un mecanismo para convertir el movimiento de traslación de una máquina de vapor en rotacional. Todas las máquinas de vapor que existían antes solo podían producir movimientos de traslación y usarse solo como bombas. Y el invento de Watt ya podía hacer girar la rueda de un molino o impulsar máquinas de fábrica.

37. En 1800, la firma de Watt y su compañero Bolton produjeron 496 máquinas de vapor, de las cuales solo 164 se usaron como bombas. Y ya en 1810 en Inglaterra había 5 mil máquinas de vapor, y este número se triplicó en los siguientes 15 años. En 1790, el primer barco de vapor con capacidad para treinta pasajeros comenzó a operar entre Filadelfia y Burlington en los Estados Unidos, y en 1804 Richard Trevintik construyó la primera locomotora de vapor en funcionamiento. Comenzó la era de las máquinas de vapor, que duró todo el siglo XIX, y en ferrocarril y la primera mitad del siglo XX.

38. Fue corto referencia histórica, ahora de vuelta al objeto principal de la exposición del museo. La máquina de vapor que ve en las imágenes fue fabricada por Zwikauer Maschinenfabrik AG en 1899 e instalada en la sala de máquinas de la hilandería "C.F.Schmelzer und Sohn". La máquina de vapor estaba destinada a impulsar máquinas de hilar y se usó en este papel hasta 1941.

39. Elegante placa de identificación. En ese momento, la maquinaria industrial se fabricaba con gran atención a la apariencia estética y el estilo, no solo la funcionalidad era importante, sino también la belleza, que se refleja en cada detalle de esta máquina. A principios del siglo XX, simplemente nadie habría comprado equipos feos.

40. La hilandería "C.F.Schmelzer und Sohn" fue fundada en 1820 en el sitio del actual museo. Ya en 1841 se instaló en la fábrica la primera máquina de vapor con una potencia de 8 hp. para el accionamiento de máquinas de hilar, que en 1899 fue sustituida por una nueva, más potente y moderna.

41. La fábrica existió hasta 1941, luego la producción se detuvo debido al estallido de la guerra. Durante los cuarenta y dos años, la máquina se usó para el propósito previsto, como accionamiento para máquinas de hilar, y después del final de la guerra en 1945-1951, sirvió como fuente de electricidad de respaldo, después de lo cual finalmente se escribió. fuera del balance de la empresa.

42. Al igual que muchos de sus hermanos, el automóvil se habría cortado, si no fuera por un factor. Esta máquina fue la primera máquina de vapor en Alemania, que recibía vapor a través de tuberías desde una sala de calderas ubicada a lo lejos. Además, contaba con un sistema de ajuste de ejes de PROELL. Gracias a estos factores, el automóvil recibió el estatus de monumento histórico en 1959 y se convirtió en museo. Desafortunadamente, todos los edificios de la fábrica y el edificio de la caldera fueron demolidos en 1992. Esta sala de máquinas es lo único que queda de la antigua hilandería.

43. ¡La estética mágica de la era del vapor!

44. Placa de identificación en el cuerpo del sistema de ajuste de ejes de PROELL. El sistema regulaba el corte: la cantidad de vapor que entra en el cilindro. Más corte: más eficiencia, pero menos potencia.

45. Instrumentos.

46. ​​Por diseño esta maquina es una máquina de vapor de expansión múltiple (o como también se les llama máquina compuesta). En máquinas de este tipo, el vapor se expande secuencialmente en varios cilindros de volumen creciente, pasando de cilindro en cilindro, lo que permite aumentar significativamente la eficiencia del motor. Esta máquina tiene tres cilindros: en el centro del marco hay un cilindro de alta presión: en él se suministró vapor fresco de la sala de calderas, luego, después del ciclo de expansión, el vapor se transfirió al cilindro de presión media, que está ubicado a la derecha del cilindro de alta presión.

47. Habiendo completado el trabajo, el vapor del cilindro de media presión se trasladó al cilindro de baja presión, que se ve en esta imagen, después de lo cual, habiendo completado la última expansión, se liberó al exterior a través de una tubería separada. Así, se logró el uso más completo de la energía del vapor.

48. La potencia estacionaria de esta instalación fue de 400-450 hp, máximo 600 hp.

49. La llave para reparación y mantenimiento de automóviles tiene un tamaño impresionante. Debajo están las cuerdas, con la ayuda de las cuales se transmitieron los movimientos de rotación desde el volante de la máquina a la transmisión conectada a las máquinas de hilar.

50. Perfecta estética Belle Époque en cada tornillo.

51. En esta imagen se puede ver en detalle el dispositivo de la máquina. El vapor que se expandía en el cilindro transfirió energía al pistón, que a su vez realizó un movimiento de traslación, transfiriéndola al mecanismo de manivela-deslizador, en el que se transformó en rotacional y se transmitió al volante y luego a la transmisión.

52. En el pasado, también se conectó un generador de corriente eléctrica a la máquina de vapor, que también se conserva en excelente estado original.

53. En el pasado, el generador estaba ubicado en este lugar.

54. Un mecanismo para transmitir par desde el volante al generador.

55. Ahora, en lugar del generador, se ha instalado un motor eléctrico, con cuya ayuda se pone en marcha una máquina de vapor para diversión del público durante varios días al año. Cada año, el museo organiza "Steam Days", un evento que reúne a fanáticos y modelistas de máquinas de vapor. En estos días también se pone en marcha la máquina de vapor.

56. Generador original corriente continua ahora está al margen. En el pasado, se utilizó para generar electricidad para la iluminación de fábricas.

57. Producido por "Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther" en Werdau en 1899, según la placa de información, pero el año 1901 está en la placa original.

58. Como yo era el único visitante del museo ese día, nadie me impidió disfrutar de la estética de este lugar uno a uno con un automóvil. Además, la ausencia de gente contribuyó a conseguir buenas fotos.

59. Ahora unas pocas palabras sobre la transmisión. Como puede ver en esta imagen, la superficie del volante tiene 12 ranuras para cables, con la ayuda de las cuales el movimiento giratorio del volante se transmitió a los elementos de transmisión.

60. Una transmisión, compuesta por ruedas de varios diámetros conectadas por ejes, distribuía el movimiento de rotación a varios pisos del edificio de una fábrica, en los que se ubicaban máquinas de hilar, accionadas por energía transmitida por una transmisión de una máquina de vapor.

61. Primer plano del volante con ranuras para cuerdas.

62. Los elementos de transmisión son claramente visibles aquí, con la ayuda de los cuales el par se transmitía a un eje que pasaba bajo tierra y transmitía el movimiento de rotación al edificio de la fábrica adyacente a la sala de máquinas, en el que se encontraban las máquinas.

63. Desafortunadamente, el edificio de la fábrica no se conservó y detrás de la puerta que conducía al edificio vecino, ahora solo hay un vacío.

64. Por separado, vale la pena señalar el panel de control eléctrico, que en sí mismo es una obra de arte.

65. Tablero de mármol en un hermoso marco de madera con filas de palancas y fusibles ubicados en él, una lujosa linterna, electrodomésticos elegantes: Belle Époque en todo su esplendor.

66. Los dos fusibles enormes ubicados entre la linterna y los instrumentos son impresionantes.

67. Fusibles, palancas, reguladores: todo el equipo es estéticamente agradable. Se puede ver que al crear este escudo sobre apariencia cuidado no menos importante.

68. Debajo de cada palanca y fusible hay un "botón" con la inscripción que esta palanca enciende / apaga.

69. El esplendor de la tecnología del período de la "era hermosa".

70. Al final de la historia, volvamos al auto y disfrutemos de la encantadora armonía y estética de sus detalles.

71. Válvulas de control para componentes individuales de máquinas.

72. Aceiteras por goteo diseñadas para lubricar partes móviles y ensambles de la máquina.

73. Este dispositivo se llama engrasador. Desde la parte móvil de la máquina, los gusanos se ponen en movimiento, moviendo el pistón del engrasador, y bombea aceite a las superficies de fricción. Después de que el pistón alcanza el punto muerto, se levanta girando la manija y se repite el ciclo.

74. ¡Qué hermoso! Puro placer!

75. Cilindros de máquinas con columnas de válvulas de admisión.

76. Más latas de aceite.

77. Una estética steampunk clásica.

78. Árbol de levas máquina que regula el suministro de vapor a los cilindros.

79.

80.

81. ¡Todo esto es muy, muy hermoso! Recibí una gran carga de inspiración y emociones alegres mientras visitaba esta sala de máquinas.

82. Si el destino te trae de repente a la región de Zwickau, no dejes de visitar este museo, no te arrepentirás. Sitio web del museo y coordenadas: 50°43"58"N 12°22"25"E

Encontré un artículo interesante en Internet.

"El inventor estadounidense Robert Green ha desarrollado una tecnología completamente nueva que genera energía cinética mediante la conversión de energía residual (así como otros combustibles). Las máquinas de vapor de Green están reforzadas con pistones y diseñadas para una amplia gama de propósitos prácticos."
Así, nada más, nada menos: absolutamente nueva tecnología. Bueno, naturalmente comenzó a mirar, tratando de penetrar. En todas partes está escrito una de las ventajas más exclusivas de este motor es la capacidad de generar energía a partir de la energía residual de los motores. Más precisamente, la energía de escape residual del motor se puede convertir en energía que va a las bombas y sistemas de refrigeración de la unidad. Bueno, entonces, ¿qué pasa con esto? Según tengo entendido, use los gases de escape para hervir el agua y luego convierta el vapor en movimiento. Cuán necesario y económico es, porque... aunque este motor, como dicen, está especialmente diseñado a partir de un número mínimo de piezas, todavía cuesta mucho y tiene algún sentido cercar un jardín, tanto más fundamentalmente nuevo en esta invención que no veo. Y ya se han inventado muchos mecanismos para convertir el movimiento alternativo en movimiento de rotación. En el sitio web del autor, se vende un modelo de dos cilindros, en principio, no es caro.
solo 46 dolares.
En el sitio web del autor hay un video usando energía solar, también hay una foto donde alguien en un bote usa este motor.
Pero en ambos casos claramente no es calor residual. En resumen, dudo de la fiabilidad de un motor de este tipo: “Los rodamientos de bolas son al mismo tiempo canales huecos a través de los cuales se suministra vapor a los cilindros”.¿Cuál es su opinión, queridos usuarios del sitio?
Artículos en ruso

Las oportunidades en el uso de la energía del vapor se conocían a principios de nuestra era. Esto lo confirma un dispositivo llamado eolipilo de Garza, creado por el antiguo mecánico griego Garza de Alejandría. Se puede atribuir un invento antiguo a una turbina de vapor, cuya bola giraba debido al poder de los chorros de vapor de agua.

Fue posible adaptar el vapor para el funcionamiento de los motores en el siglo XVII. No usaron tal invento por mucho tiempo, pero hizo una contribución significativa al desarrollo de la humanidad. Además, la historia de la invención de las máquinas de vapor es muy fascinante.

concepto

La máquina de vapor está formada por motor térmico combustión externa, que a partir de la energía del vapor de agua crea movimiento mecanico pistón, que, a su vez, gira el eje. La potencia de una máquina de vapor se suele medir en vatios.

historia de la invención

La historia de la invención de las máquinas de vapor está relacionada con el conocimiento de la antigua civilización griega. Durante mucho tiempo, nadie usó las obras de esta época. En el siglo XVI se intentó crear una turbina de vapor. El físico e ingeniero turco Takiyuddin ash-Shami trabajó en esto en Egipto.

El interés por este problema reapareció en el siglo XVII. En 1629, Giovanni Branca propuso su propia versión de la turbina de vapor. Sin embargo, los inventos estaban perdiendo mucha energía. Otros desarrollos requirieron condiciones económicas apropiadas, que aparecerán más adelante.

La primera persona en inventar la máquina de vapor fue Denis Papin. El invento era un cilindro con un pistón que subía por el vapor y bajaba por su engrosamiento. Los dispositivos de Savery y Newcomen (1705) tenían el mismo principio de funcionamiento. El equipo se utilizó para bombear agua fuera de los trabajos en la extracción de minerales.

Watt logró finalmente mejorar el dispositivo en 1769.

Inventos de Denis Papin

Denis Papin era médico de profesión. Nacido en Francia, se trasladó a Inglaterra en 1675. Es conocido por muchos de sus inventos. Uno de ellos es una olla a presión, que se llamó "caldero de Papenov".

Logró revelar la relación entre dos fenómenos, a saber, el punto de ebullición de un líquido (agua) y la presión que aparece. Gracias a esto, creó una caldera sellada, dentro de la cual se aumentó la presión, por lo que el agua hirvió más tarde de lo habitual y aumentó la temperatura de procesamiento de los productos colocados en ella. Por lo tanto, la velocidad de cocción aumentó.

En 1674, un inventor médico creó un motor de pólvora. Su trabajo consistía en que cuando la pólvora se encendía, un pistón se movía en el cilindro. Se formó un ligero vacío en el cilindro y la presión atmosférica devolvió el pistón a su lugar. Los elementos gaseosos resultantes salían por la válvula y los restantes se enfriaban.

En 1698, Papin logró crear una unidad basada en el mismo principio, trabajando no con pólvora, sino con agua. Así se creó la primera máquina de vapor. A pesar del importante avance que la idea podría suponer, no reportó beneficios significativos a su inventor. Esto se debió al hecho de que anteriormente otro mecánico, Savery, ya había patentado una bomba de vapor, y en ese momento aún no se les había ocurrido otra aplicación para tales unidades.

Denis Papin murió en Londres en 1714. A pesar de que él inventó la primera máquina de vapor, dejó este mundo en la necesidad y la soledad.

inventos de thomas newcomen

Más exitoso en términos de dividendos fue el inglés Newcomen. Cuando Papin creó su máquina, Thomas tenía 35 años. Estudió cuidadosamente el trabajo de Savery y Papin y pudo comprender las deficiencias de ambos diseños. De ellos tomó todas las mejores ideas.

Ya en 1712, en colaboración con el maestro del vidrio y la plomería John Calley, creó su primer modelo. Así continuó la historia de la invención de las máquinas de vapor.

Brevemente, puede explicar el modelo creado de la siguiente manera:

• El diseño combinaba un cilindro vertical y un pistón, como el de Papin.
• La creación de vapor tuvo lugar en una caldera separada, que funcionaba según el principio de la máquina Savery.
• La estanqueidad en el cilindro de vapor se logró gracias a la piel, que estaba cubierta con un pistón.

La unidad de Newcomen extrajo agua de las minas con la ayuda de la presión atmosférica. La máquina se distinguía por sus sólidas dimensiones y requería una gran cantidad de carbón para funcionar. A pesar de estas deficiencias, el modelo de Newcomen se utilizó en las minas durante medio siglo. Incluso permitió la reapertura de minas que habían sido abandonadas debido a inundaciones de aguas subterráneas.

En 1722, la creación de Newcomen demostró su eficacia al bombear agua desde un barco en Kronstadt en solo dos semanas. El sistema de molinos de viento podría hacerlo en un año.

Debido a que la máquina estaba basada en versiones anteriores, el mecánico inglés no pudo obtener una patente para ella. Los diseñadores intentaron aplicar la invención para el movimiento. vehículo, pero sin éxito. La historia de la invención de las máquinas de vapor no terminó ahí.

el invento de watt

El primero en inventar un equipo de tamaño compacto, pero lo suficientemente potente, James Watt. La máquina de vapor fue la primera de su tipo. Un mecánico de la Universidad de Glasgow en 1763 comenzó a reparar la máquina de vapor de Newcomen. Como resultado de la reparación, entendió cómo reducir el consumo de combustible. Para hacer esto, era necesario mantener el cilindro en un estado constantemente calentado. Sin embargo, la máquina de vapor de Watt no pudo estar lista hasta que se resolvió el problema de la condensación de vapor.

La solución llegó cuando un mecánico pasaba por las lavanderías y notó que salían bocanadas de vapor por debajo de las tapas de las calderas. Se dio cuenta de que el vapor es un gas y necesita viajar en un cilindro de presión reducida.

Conseguir estanqueidad en el interior cilindro de vapor con la ayuda de una cuerda de cáñamo empapada en aceite, Watt pudo prescindir de la presión atmosférica. Este fue un gran paso adelante.

En 1769, un mecánico recibió una patente que establecía que la temperatura del motor en una máquina de vapor siempre sería igual a la temperatura del vapor. Sin embargo, los asuntos del desventurado inventor no salieron tan bien como se esperaba. Se vio obligado a empeñar la patente de la deuda.

En 1772 conoció a Matthew Bolton, un rico industrial. Compró y devolvió a Watt sus patentes. El inventor volvió al trabajo, apoyado por Bolton. En 1773, se probó la máquina de vapor de Watt y se demostró que consume mucho menos carbón que sus contrapartes. Un año después, comenzó la producción de sus autos en Inglaterra.

En 1781, el inventor logró patentar su próxima creación: una máquina de vapor para impulsar máquinas industriales. Con el tiempo, todas estas tecnologías permitirán mover trenes y barcos de vapor con la ayuda del vapor. Cambiará completamente la vida de una persona.

Una de las personas que cambió la vida de muchos fue James Watt, cuya máquina de vapor aceleró el progreso tecnológico.

el invento de polzunov

El diseño de la primera máquina de vapor, que podía impulsar una variedad de mecanismos de trabajo, se creó en 1763. Fue desarrollado por el mecánico ruso I. Polzunov, que trabajaba en las plantas mineras de Altai.

El jefe de las fábricas conoció el proyecto y recibió el visto bueno para la creación del dispositivo de San Petersburgo. Se reconoció la máquina de vapor Polzunov y el trabajo de su creación se confió al autor del proyecto. Este último quería montar primero un modelo en miniatura para identificar y eliminar posibles defectos que no son visibles en el papel. Sin embargo, se le ordenó que comenzara a construir una máquina grande y poderosa.

A Polzunov se le proporcionaron asistentes, de los cuales dos se inclinaban por la mecánica y se suponía que dos realizarían trabajos auxiliares. Se tardó un año y nueve meses en construir la máquina de vapor. Cuando la máquina de vapor de Polzunov estaba casi lista, cayó enfermo de tisis. El creador murió unos días antes de las primeras pruebas.

Todas las acciones en la máquina se llevaron a cabo automáticamente, podría funcionar continuamente. Esto se demostró en 1766, cuando los estudiantes de Polzunov realizaron las últimas pruebas. Un mes después, el equipo se puso en funcionamiento.

El automóvil no solo devolvió el dinero gastado, sino que también generó ganancias para sus propietarios. Para el otoño, la caldera comenzó a tener fugas y el trabajo se detuvo. La unidad pudo ser reparada, pero esto no interesó a las autoridades de la fábrica. El automóvil fue abandonado y una década después fue desmantelado por innecesario.

Principio de operación

Se requiere una caldera de vapor para el funcionamiento de todo el sistema. El vapor resultante se expande y presiona el pistón, lo que provoca el movimiento de las piezas mecánicas.

El principio de funcionamiento se estudia mejor con la siguiente ilustración.

Si no pinta los detalles, entonces el trabajo de la máquina de vapor es convertir la energía del vapor en movimiento mecánico del pistón.

Eficiencia

La eficiencia de una máquina de vapor está determinada por la relación entre el trabajo mecánico útil y la cantidad de calor gastado que está contenido en el combustible. No se tiene en cuenta la energía que se libera al medio ambiente en forma de calor.

La eficiencia de una máquina de vapor se mide como un porcentaje. La eficiencia práctica será de 1-8%. En presencia de un condensador y expansión de la ruta de flujo, el indicador puede aumentar hasta un 25%.

Ventajas

La principal ventaja de los equipos de vapor es que la caldera puede utilizar como combustible cualquier fuente de calor, tanto carbón como uranio. Esto lo distingue significativamente del motor de combustión interna. Dependiendo del tipo de este último, se requiere un determinado tipo de combustible.

La historia de la invención de las máquinas de vapor mostró ventajas que todavía se notan hoy en día, ya que la energía nuclear se puede utilizar para la contraparte del vapor. Por sí mismo, un reactor nuclear no puede convertir su energía en trabajo mecánico, pero es capaz de generar una gran cantidad de calor. A continuación, se utiliza para generar vapor, que pondrá en marcha el coche. La energía solar se puede utilizar de la misma manera.

Las locomotoras a vapor funcionan bien a gran altura. La eficiencia de su trabajo no se ve afectada por la baja presión atmosférica en las montañas. Las locomotoras de vapor todavía se usan en las montañas de América Latina.

En Austria y Suiza se utilizan nuevas versiones de locomotoras de vapor que funcionan con vapor seco. Muestran una alta eficiencia gracias a muchas mejoras. No son exigentes en mantenimiento y consumen fracciones ligeras de aceite como combustible. En términos de indicadores económicos, son comparables a las locomotoras eléctricas modernas. Al mismo tiempo, las locomotoras de vapor son mucho más ligeras que sus equivalentes diésel y eléctricas. Esta es una gran ventaja en terreno montañoso.

desventajas

Las desventajas incluyen, en primer lugar, baja eficiencia. A esto hay que añadirle el voluminoso diseño y la baja velocidad. Esto se hizo especialmente notable después de la llegada del motor de combustión interna.

Solicitud

Ya se sabe quién inventó la máquina de vapor. Queda por ver dónde se usaron. Hasta mediados del siglo XX, las máquinas de vapor se utilizaban en la industria. También se utilizaron para el transporte ferroviario y de vapor.

Fábricas que operaban máquinas de vapor:

• azúcar;
• partido;
• fábricas de papel;
• textil;
• empresas alimentarias (en algunos casos).

Las turbinas de vapor también se incluyen en este equipo. Los generadores de electricidad todavía funcionan con su ayuda. Alrededor del 80% de la electricidad mundial se genera mediante turbinas de vapor.

En el momento en que fueron creados diferentes tipos vehículos a vapor. Algunos no echaron raíces por problemas no resueltos, mientras que otros siguen funcionando hoy.

Transporte a vapor:

• automóvil;
• tractor;
• excavador;
• avión;
• locomotora;
• buque;
• tractor.

Tal es la historia de la invención de las máquinas de vapor. Considere brevemente el ejemplo exitoso del auto de carreras Serpolle, creado en 1902. Estableció un récord mundial de velocidad, que ascendió a 120 km por hora en tierra. Por eso los coches de vapor eran competitivos en relación con sus homólogos eléctricos y de gasolina.

Entonces, en los EE. UU. En 1900, se produjeron la mayoría de las máquinas de vapor. Se conocieron en los caminos hasta los años treinta del siglo XX.

La mayoría de estos vehículos se volvieron impopulares después de la llegada del motor de combustión interna, cuya eficiencia es mucho mayor. Tales máquinas eran más económicas, ligeras y rápidas.

Steampunk como tendencia de la era de las máquinas de vapor

Hablando de máquinas de vapor, Me gustaría mencionar la dirección popular - steampunk. El término se compone de dos palabras inglesas- "vapor" y "protesta". Steampunk es un tipo de ciencia ficción que se desarrolla en la segunda mitad del siglo XIX en la Inglaterra victoriana. Este período de la historia a menudo se conoce como la Era del Vapor.

Todas las obras tienen uno característica distintiva- cuentan sobre la vida de la segunda mitad del siglo XIX, el estilo de narración al mismo tiempo se asemeja a la novela de H. G. Wells "La máquina del tiempo". Las tramas describen paisajes urbanos, edificios públicos, tecnología. Se le da un lugar especial a los dirigibles, autos antiguos, inventos extraños. Todas las partes metálicas se sujetaron con remaches, ya que aún no se había utilizado soldadura.

El término "steampunk" se originó en 1987. Su popularidad está asociada con la aparición de la novela "La máquina diferencial". Fue escrito en 1990 por William Gibson y Bruce Sterling.

A principios del siglo XXI, se estrenaron varias películas famosas en esta dirección:

• "Máquina del tiempo";
• "La liga de caballeros extraordinarios";
• "Van Helsing".

Los precursores del steampunk incluyen las obras de Jules Verne y Grigory Adamov. El interés en esta dirección se manifiesta de vez en cuando en todas las esferas de la vida, desde el cine hasta la ropa de todos los días.

Una máquina de vapor es una máquina térmica en la que la energía potencial del vapor en expansión se convierte en energía mecánica entregada al consumidor.

Nos familiarizaremos con el principio de funcionamiento de la máquina utilizando el diagrama simplificado de la Fig. uno.

Dentro del cilindro 2 hay un pistón 10 que puede moverse hacia adelante y hacia atrás bajo la presión del vapor; el cilindro tiene cuatro canales que se pueden abrir y cerrar. Dos canales de vapor superiores1 y3 están conectados por una tubería a la caldera de vapor y, a través de ellos, el vapor fresco puede ingresar al cilindro. A través de los dos capuchones inferiores 9 y 11, se libera del cilindro el par, que ya ha completado el trabajo.

El diagrama muestra el momento en que los canales 1 y 9 están abiertos, los canales 3 y11 cerrado. Por lo tanto, el vapor fresco de la caldera a través del canal1 entra en la cavidad izquierda del cilindro y, con su presión, mueve el pistón hacia la derecha; en este momento, el vapor de escape se elimina de la cavidad derecha del cilindro a través del canal 9. Con la posición extrema derecha del pistón, los canales1 y9 están cerrados, y 3 para la entrada de vapor fresco y 11 para el escape de vapor de escape están abiertos, como resultado de lo cual el pistón se moverá hacia la izquierda. En la posición extrema izquierda del pistón, los canales se abren1 y 9 y se cierran los canales 3 y 11 y se repite el proceso. Por lo tanto, se crea un movimiento alternativo rectilíneo del pistón.

Para convertir este movimiento en rotacional, el llamado mecanismo de manivela. Consiste en un vástago de pistón - 4, conectado en un extremo al pistón, y en el otro, de manera pivotante, por medio de un deslizador (cruceta) 5, que se desliza entre los paralelos de guía, con una biela 6, que transmite movimiento a el eje principal 7 a través de su rodilla o manivela 8.

La cantidad de torque en el eje principal no es constante. De hecho, la fuerzaR , dirigida a lo largo del tallo (Fig. 2), se puede descomponer en dos componentes:Para dirigido a lo largo de la biela, ynorte , perpendicular al plano de los paralelos guía. La fuerza N no tiene ningún efecto sobre el movimiento, sino que solo presiona la corredera contra las guías paralelas. FuerzaPara se transmite a lo largo de la biela y actúa sobre la manivela. Aquí se puede descomponer de nuevo en dos componentes: la fuerzaZ , dirigida a lo largo del radio de la manivela y presionando el eje contra los cojinetes, y la fuerzaT perpendicular a la manivela y haciendo que el eje gire. La magnitud de la fuerza T se determinará a partir de la consideración del triángulo AKZ. Dado que el ángulo ZAK = ? + ?, entonces

T = K pecado (? + ?).

Pero del triángulo OCD la fuerza

K= PAG/ porque ?

Es por eso

T= psi( ? + ?) / porque ? ,

Durante la operación de la máquina para una revolución del eje, los ángulos? y? y fuerzaR están cambiando continuamente y, por lo tanto, la magnitud de la fuerza de torsión (tangencial)T también variables. Para crear una rotación uniforme del eje principal durante una revolución, se monta un volante pesado, debido a la inercia de la cual se mantiene una velocidad angular constante de rotación del eje. En esos momentos cuando el poderT aumenta, no puede aumentar inmediatamente la velocidad de rotación del eje hasta que el volante se acelera, lo que no sucede instantáneamente, ya que el volante tiene una gran masa. En aquellos momentos en que el trabajo producido por la fuerza de torsiónT , el trabajo de las fuerzas de resistencia creadas por el consumidor se vuelve menor, el volante, nuevamente, debido a su inercia, no puede reducir inmediatamente su velocidad y, renunciando a la energía recibida durante su aceleración, ayuda al pistón a superar la carga.

¿En las posiciones extremas de los ángulos del pistón? +? = 0, entonces sen (? + ?) = 0 y, por lo tanto, T = 0. Dado que no hay fuerza de rotación en estas posiciones, si la máquina no tuviera volante, el reposo tendría que detenerse. Estas posiciones extremas del pistón se denominan posiciones muertas o puntos muertos. La manivela también pasa a través de ellos debido a la inercia del volante.

En posiciones muertas, el pistón no se pone en contacto con las tapas de los cilindros, queda un llamado espacio dañino entre el pistón y la tapa. El volumen del espacio dañino también incluye el volumen de los canales de vapor desde los órganos de distribución de vapor hasta el cilindro.

CarreraS se llama la trayectoria recorrida por el pistón cuando se mueve de una posición extrema a otra. Si la distancia desde el centro del eje principal hasta el centro del pasador del cigüeñal, el radio del cigüeñal, se indica con R, entonces S = 2R.

Desplazamiento del cilindro V h llamado volumen descrito por el pistón.

Por lo general, las máquinas de vapor son de doble acción (doble cara) (ver Fig. 1). A veces se utilizan máquinas de simple efecto, en las que el vapor ejerce presión sobre el pistón sólo desde el lado de la tapa; el otro lado del cilindro en tales máquinas permanece abierto.

En función de la presión con la que el vapor sale del cilindro, las máquinas se dividen en escape, si el vapor sale a la atmósfera, condensación, si el vapor entra en el condensador (un frigorífico donde se mantiene la presión reducida), y extracción de calor, en que el vapor que sale de la máquina se utiliza para cualquier fin (calefacción, secado, etc.)

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 del suelo, 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 del aterrizaje, el piloto dio completa contrarrestar, 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, secreto, 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. con.
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. El menos poderoso está hecho del condensador del carro de vapor de Doble y está 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. con. 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, un distintivo característica destacada que consiste en el hecho de que el generador de vapor giratorio forma un todo constructivo y operativo con la turbina y el condensador girando en dirección opuesta.
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 mensaje 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 había construido un avión especial. Steam fue diseñado para él. PowerPoint Sistemas Hütner con una capacidad de 2500 litros. con. 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.
Es por eso que, en un esfuerzo por reducir la resistencia de dicho capacitor, los diseñadores llegaron a colocar el capacitor directamente sobre la superficie de las alas en forma de una fila continua de tubos, siguiendo 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.