Uap d. Versi modern dari mesin uap. Tahap baru dalam pengembangan mesin uap

Seringkali, lokomotif uap atau gerbong Stanley Steamer muncul di benak Anda saat memikirkan "mesin uap", tetapi penggunaan mekanisme ini tidak terbatas pada transportasi. Mesin uap, yang pertama kali dibuat dalam bentuk primitif sekitar dua ribu tahun yang lalu, telah menjadi sumber listrik terbesar selama tiga abad terakhir, dan saat ini turbin uap menghasilkan sekitar 80 persen listrik dunia. Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang sifat kekuatan fisik di mana mekanisme semacam itu bekerja, kami sarankan Anda membuatnya sendiri mesin uap dari bahan biasa, menggunakan salah satu metode yang diusulkan di sini! Untuk memulai, lanjutkan ke Langkah 1.

Langkah

Mesin uap dari kaleng (untuk anak-anak)

    Potong bagian bawah kaleng aluminium dengan jarak 6,35 cm. Dengan menggunakan gunting logam, potong bagian bawah kaleng aluminium secara merata hingga sepertiga dari tingginya.

    Tekuk dan tekan bezel dengan tang. Untuk menghindari ujung yang tajam, tekuk tepi kaleng ke dalam. Saat melakukan tindakan ini, berhati-hatilah agar tidak melukai diri sendiri.

    Tekan bagian bawah toples dari dalam agar rata. Sebagian besar kaleng minuman aluminium memiliki alas bulat yang melengkung ke dalam. Ratakan bagian bawahnya dengan menekannya dengan jari Anda atau menggunakan kaca kecil dengan bagian bawah yang rata.

    Buat dua lubang di sisi toples yang berlawanan, mundur 1,3 cm dari atas. Untuk membuat lubang, pelubang kertas dan paku dengan palu cocok. Anda membutuhkan lubang dengan diameter lebih dari tiga milimeter.

    Tempatkan lilin pemanas kecil di tengah toples. Remukkan foil dan letakkan di bawah dan di sekitar lilin agar tidak bergerak. Lilin semacam itu biasanya datang dalam bentuk khusus, sehingga lilin tidak boleh meleleh dan mengalir ke kaleng aluminium.

    Gulung bagian tengah tabung tembaga sepanjang 15-20 cm di sekitar pensil selama 2 atau 3 putaran untuk membuat gulungan. Tabung 3 mm harus mudah ditekuk di sekitar pensil. Anda akan membutuhkan tabung melengkung yang cukup untuk dipasang di bagian atas toples, ditambah tambahan 5 cm lurus di setiap sisi.

    Masukkan ujung tabung ke dalam lubang di toples. Bagian tengah ular harus berada di atas sumbu lilin. Diinginkan bahwa bagian tabung yang lurus di kedua sisi dapat memiliki panjang yang sama.

    Tekuk ujung pipa dengan tang untuk membuat sudut siku-siku. Tekuk bagian tabung yang lurus sehingga terlihat berlawanan arah dari sisi kaleng yang berbeda. Kemudian lagi tekuk mereka sehingga jatuh di bawah dasar toples. Ketika semuanya sudah siap, yang berikut ini akan berubah: bagian ular dari tabung terletak di tengah toples di atas lilin dan masuk ke dalam dua "nozel" miring yang menghadap ke arah berlawanan di kedua sisi toples.

    Celupkan toples ke dalam semangkuk air, sementara ujung tabung harus terendam."Perahu" Anda harus tetap aman di permukaan. Jika ujung tabung tidak cukup terendam di dalam air, cobalah membuat toples sedikit lebih berat, tetapi jangan sampai tenggelam.

    Isi tabung dengan air. oleh sebagian besar dengan cara sederhana akan menurunkan salah satu ujungnya ke dalam air dan menarik dari ujung lainnya seperti melalui sedotan. Anda juga dapat memblokir satu saluran keluar dari tabung dengan jari Anda, dan mengganti yang lain di bawah aliran air dari keran.

    Nyalakan lilin. Setelah beberapa saat, air di dalam tabung akan memanas dan mendidih. Saat berubah menjadi uap, ia akan keluar melalui "nozel", menyebabkan seluruh toples mulai berputar di dalam mangkuk.

    Cat kaleng mesin uap (untuk dewasa)

    1. Potong lubang persegi panjang di dekat dasar kaleng cat 4 liter. Buat lubang segi empat mendatar berukuran 15 x 5 cm di sisi stoples dekat alasnya.

      • Anda perlu memastikan bahwa kaleng ini (dan kaleng bekas lainnya) hanya berisi cat lateks, dan juga cuci bersih dengan air sabun sebelum digunakan.

    2. Potong selembar jaring logam berukuran 12 x 24 cm. Tekuk sepanjang 6 cm dari masing-masing tepi dengan sudut 90 o. Anda akan mendapatkan "platform" persegi berukuran 12 x 12 cm dengan dua "kaki" berukuran 6 cm. Letakkan di dalam toples dengan "kaki" di bawah, sejajarkan dengan tepi lubang potong.

      Buat setengah lingkaran lubang di sekeliling tutupnya. Selanjutnya, Anda akan membakar batu bara di dalam kaleng untuk memberikan panas ke mesin uap. Dengan kekurangan oksigen, batubara akan terbakar dengan buruk. Agar toples memiliki ventilasi yang diperlukan, bor atau buat beberapa lubang di tutupnya yang membentuk setengah lingkaran di sepanjang tepinya.

      • Idealnya, diameter lubang ventilasi harus sekitar 1 cm.

    3. Buat gulungan dari tabung tembaga. Ambil sekitar 6 m tabung tembaga lunak dengan diameter 6 mm dan ukur 30 cm dari satu ujung Mulai dari titik ini buat lima putaran dengan diameter 12 cm Tekuk sisa panjang pipa menjadi 15 putaran 8 cm diameter Anda harus memiliki sekitar 20 cm tersisa.

      Lewatkan kedua ujung koil melalui lubang ventilasi di penutup. Tekuk kedua ujung gulungan sehingga mengarah ke atas dan lewati keduanya melalui salah satu lubang di penutup. Jika panjang pipa tidak cukup, maka Anda perlu sedikit melonggarkan salah satu belokan.

      Tempatkan ular dan arang di dalam toples. Tempatkan ular di platform jala. Isi ruang di sekitar dan di dalam koil dengan arang. Tutup penutupnya dengan rapat.

      Bor lubang untuk tabung di toples yang lebih kecil. Bor lubang berdiameter 1 cm di tengah tutup toples liter Bor dua lubang berdiameter 1 cm di sisi toples - satu di dekat pangkal toples, dan yang kedua di atasnya dekat tutup.

      Masukkan tabung plastik tersegel ke dalam lubang samping tabung yang lebih kecil. Dengan menggunakan ujung tabung tembaga, buat lubang di tengah kedua sumbat. Masukkan tabung plastik kaku sepanjang 25 cm ke dalam satu sumbat, dan tabung yang sama sepanjang 10 cm ke dalam sumbat lainnya.Mereka harus duduk rapat di sumbat dan melihat keluar sedikit. Masukkan gabus dengan tabung yang lebih panjang ke dalam lubang bawah tabung yang lebih kecil dan gabus dengan tabung yang lebih pendek ke dalam lubang atas. Amankan pipa ke setiap steker dengan klem.

      Hubungkan tabung toples yang lebih besar ke tabung toples yang lebih kecil. Tempatkan toples yang lebih kecil di atas toples yang lebih besar dengan tabung penghenti menghadap jauh dari ventilasi toples yang lebih besar. Menggunakan selotip logam, kencangkan tabung dari sumbat bawah ke tabung yang keluar dari bagian bawah koil tembaga. Kemudian, kencangkan juga tabung dari sumbat atas ke tabung yang keluar dari bagian atas koil.

      Tempel tabung tembaga ke dalam kotak sambungan. Gunakan palu dan obeng untuk melepas bagian tengah kotak listrik logam bundar. Pasang penjepit di bawah kabel listrik dengan cincin penahan. Masukkan 15 cm pipa tembaga 1,3 cm ke dalam pengikat kabel sehingga pipa menonjol beberapa sentimeter di bawah lubang kotak. Tumpulkan ujung ujung ini ke dalam dengan palu. Masukkan ujung tabung ini ke dalam lubang di tutup tabung yang lebih kecil.

      Masukkan tusuk sate ke dalam dowel. Ambil tusuk sate BBQ kayu biasa dan masukkan ke salah satu ujung dowel kayu berongga sepanjang 1,5 cm, diameter 0,95 cm.

      • Selama pengoperasian mesin kami, tusuk sate dan pasak akan bertindak sebagai "piston". Untuk melihat gerakan piston dengan lebih baik, Anda dapat menempelkan "bendera" kertas kecil padanya.

    4. Siapkan mesin untuk bekerja. Lepaskan kotak sambungan dari kaleng bagian atas yang lebih kecil dan isi kaleng bagian atas dengan air, biarkan meluap ke dalam gulungan tembaga sampai kaleng berisi 2/3 air. Periksa kebocoran di semua sambungan. Kencangkan tutup toples dengan kencang dengan mengetuknya dengan palu. Pasang kembali kotak persimpangan di atas stoples atas yang lebih kecil.

    5. Nyalakan mesin! Remukkan potongan koran dan letakkan di ruang di bawah jaring di bagian bawah mesin. Setelah arang menyala, biarkan menyala selama sekitar 20-30 menit. Saat air di koil memanas, uap akan mulai menumpuk di tepi atas. Ketika uap mencapai tekanan yang cukup, itu akan mendorong dowel dan tusuk sate. Setelah tekanan dilepaskan, piston akan bergerak ke bawah karena gaya gravitasi. Jika perlu, potong sebagian tusuk sate untuk mengurangi bobot piston - semakin ringan, semakin sering "mengambang". Cobalah membuat tusuk sate dengan bobot sedemikian rupa sehingga piston "berjalan" dengan kecepatan konstan.

      • Anda dapat mempercepat proses pembakaran dengan meningkatkan aliran udara ke ventilasi dengan pengering rambut.

    6. Jaga keselamatan. Kami percaya bahwa tidak perlu dikatakan lagi bahwa kehati-hatian harus dilakukan saat bekerja dan menangani mesin uap buatan sendiri. Jangan pernah menjalankannya di dalam ruangan. Jangan pernah menjalankannya di dekat bahan yang mudah terbakar seperti daun kering atau dahan pohon yang menggantung. Operasikan mesin hanya pada permukaan yang padat dan tidak mudah terbakar seperti beton. Jika Anda bekerja dengan anak-anak atau remaja, mereka tidak boleh dibiarkan begitu saja. Anak-anak dan remaja tidak boleh mendekati mesin saat arang sedang menyala di dalamnya. Jika Anda tidak mengetahui suhu mesin, anggaplah suhunya sangat panas sehingga tidak boleh disentuh.

      • Pastikan uap dapat keluar dari "ketel" bagian atas. Jika karena suatu alasan piston macet, tekanan dapat terbentuk di dalam kaleng yang lebih kecil. Dalam skenario terburuk, bank dapat meledak, yang mana Sangat berbahaya.
    • Letakkan mesin uap di atas perahu plastik, celupkan kedua ujungnya ke dalam air untuk membuat mainan uap. Anda dapat memotong perahu dengan bentuk sederhana botol plastik dari soda atau pemutih untuk membuat mainan Anda lebih "hijau".

mesin uap

Kesulitan pembuatan: ★★★★☆

Waktu produksi: Satu hari

Bahan yang tersedia: ████████░░ 80%


Pada artikel ini saya akan memberi tahu Anda cara membuat mesin uap dengan tangan Anda sendiri. Mesinnya akan kecil, piston tunggal dengan spool. Tenaganya cukup untuk memutar rotor generator kecil dan menggunakan mesin ini sebagai sumber listrik otonom saat mendaki.


  • Antena teleskopik (dapat dilepas dari TV atau radio lama), diameter tabung paling tebal harus minimal 8 mm
  • Tabung kecil untuk sepasang piston (gudang pipa).
  • Kawat tembaga dengan diameter sekitar 1,5 mm (dapat ditemukan di koil trafo atau toko radio).
  • Baut, mur, sekrup
  • Timbal (di toko alat pancing atau ditemukan di toko tua baterai mobil). Diperlukan untuk membentuk roda gila. Saya menemukan flywheel yang sudah jadi, tetapi item ini mungkin berguna bagi Anda.
  • Batang kayu.
  • Jari-jari untuk roda sepeda
  • Berdiri (dalam kasus saya, dari selembar textolite setebal 5 mm, tetapi kayu lapis juga cocok).
  • Balok kayu (potongan papan)
  • Stoples zaitun
  • Sebuah tabung
  • Lem super, pengelasan dingin, resin epoksi (pasar konstruksi).
  • Amril
  • Mengebor
  • besi solder
  • Gergaji besi

    Cara membuat mesin uap


    Diagram mesin


    Silinder dan tabung spool.

    Potong 3 bagian dari antena:
    ? Potongan pertama berukuran panjang 38 mm dan diameter 8 mm (silinder itu sendiri).
    ? Potongan kedua berukuran panjang 30 mm dan diameter 4 mm.
    ? Yang ketiga panjangnya 6 mm dan diameter 4 mm.


    Ambil tabung No. 2 dan buat lubang di tengahnya dengan diameter 4 mm. Ambil tabung No. 3 dan rekatkan tegak lurus dengan tabung No. 2, setelah lem super mengering, tutupi semuanya dengan pengelasan dingin (misalnya, POXIPOL).


    Kami kencangkan mesin cuci besi bundar dengan lubang di tengah ke bagian No. 3 (diameter - sedikit lebih besar dari tabung No. 1), setelah kering, kami perkuat dengan pengelasan dingin.

    Selain itu, kami menutupi semua lapisan dengan resin epoksi untuk kekencangan yang lebih baik.

    Cara membuat piston dengan batang penghubung

    Kami mengambil baut (1) dengan diameter 7 mm dan menjepitnya dengan catok. Kami mulai melilitkan kawat tembaga (2) di sekitarnya selama sekitar 6 putaran. Kami melapisi setiap belokan dengan lem super. Kami memotong ujung baut yang berlebih.


    Kami menutupi kawat dengan epoksi. Setelah kering, piston dengan amplas kami sesuaikan di bawah silinder sehingga bergerak bebas di sana tanpa membiarkan udara masuk.


    Dari selembar aluminium kami membuat strip dengan panjang 4 mm dan panjang 19 mm. Kami memberinya bentuk huruf P (3).


    Kami mengebor lubang (4) dengan diameter 2 mm di kedua ujungnya sehingga sepotong jarum rajut dapat dimasukkan. Sisi bagian berbentuk U harus berukuran 7x5x7 mm. Kami merekatkannya ke piston dengan sisi 5 mm.



    Kami membuat batang penghubung (5) dari jarum rajut sepeda. Rekatkan kedua ujung jari-jari pada dua bagian kecil tabung (6) dari antena dengan diameter dan panjang 3 mm. Jarak antara pusat batang penghubung adalah 50 mm. Selanjutnya, kami memasukkan batang penghubung dengan satu ujung ke bagian berbentuk U dan memperbaikinya dengan jarum rajut.

    Kami merekatkan jarum rajut di kedua ujungnya agar tidak rontok.


    Batang penghubung segitiga

    Batang penghubung segitiga dibuat dengan cara yang sama, hanya di satu sisi akan ada sepotong jarum rajut, dan di sisi lain ada tabung. Panjang batang penghubung 75 mm.


    Segitiga dan gulungan


    Potong segitiga dari selembar logam dan bor 3 lubang di dalamnya.
    Kumparan. Piston spool panjangnya 3,5 mm dan harus bergerak bebas di atas tabung spool. Panjang batang tergantung pada ukuran flywheel Anda.



    Engkol batang piston harus 8mm dan engkol spool harus 4mm.

  • ketel uap


    Ketel uap akan berupa stoples berisi buah zaitun dengan tutup tertutup. Saya juga menyolder mur agar air dapat dituangkan melaluinya dan dikencangkan dengan baut. Saya juga menyolder tabung ke tutupnya.
    Ini fotonya:


    Foto perakitan mesin


    Kami merakit mesin pada platform kayu, menempatkan setiap elemen pada penyangga





    Video mesin uap



  • Versi 2.0


    Modifikasi kosmetik mesin. Tangki sekarang memiliki platform kayunya sendiri dan piring untuk tablet bahan bakar kering. Semua detail dicat dengan warna yang indah. Ngomong-ngomong, yang terbaik adalah menggunakan buatan sendiri sebagai sumber panas

Mesin uap adalah mesin panas di mana energi potensial uap yang mengembang diubah menjadi energi mekanik yang diberikan kepada konsumen.

Kami akan berkenalan dengan prinsip pengoperasian mesin menggunakan diagram sederhana dari Gambar. 1.

Di dalam silinder 2 terdapat piston 10 yang dapat bergerak bolak-balik di bawah tekanan uap; silinder memiliki empat saluran yang dapat dibuka dan ditutup. Dua saluran uap atas1 Dan3 dihubungkan dengan pipa ke ketel uap, dan melaluinya uap segar dapat masuk ke dalam silinder. Melalui dua tutup bawah 9 dan 11, pasangan yang telah menyelesaikan pekerjaan dilepaskan dari silinder.

Diagram menunjukkan momen ketika saluran 1 dan 9 terbuka, saluran 3 dan11 tertutup. Oleh karena itu, uap segar dari boiler melalui saluran tersebut1 memasuki rongga kiri silinder dan, dengan tekanannya, menggerakkan piston ke kanan; saat ini, uap buang dikeluarkan dari rongga kanan silinder melalui saluran 9. Dengan posisi piston yang paling kanan, salurannya1 Dan9 tertutup, dan 3 untuk masuknya uap segar dan 11 untuk keluarnya uap keluar terbuka, akibatnya piston akan bergerak ke kiri. Di posisi paling kiri piston, saluran terbuka1 dan 9 dan saluran 3 dan 11 ditutup dan proses diulang. Dengan demikian, gerakan bolak-balik piston yang lurus tercipta.

Untuk mengubah gerakan ini menjadi rotasi, yang disebut mekanisme engkol digunakan. Ini terdiri dari batang piston - 4, terhubung di satu ujung ke piston, dan di ujung lainnya, secara pivot, melalui penggeser (kepala silang) 5, meluncur di antara paralel pemandu, dengan batang penghubung 6, yang mentransmisikan gerakan ke poros utama 7 melalui lututnya atau engkol 8.

Besarnya torsi pada main shaft tidak konstan. Memang, kekuatannyaR , diarahkan sepanjang batang (Gbr. 2), dapat diuraikan menjadi dua komponen:KE diarahkan sepanjang batang penghubung, danN , tegak lurus terhadap bidang paralel panduan. Gaya N tidak berpengaruh pada gerakan, tetapi hanya menekan penggeser terhadap paralel pemandu. MemaksaKE ditransmisikan sepanjang batang penghubung dan bekerja pada engkol. Di sini sekali lagi dapat diuraikan menjadi dua komponen: gayaZ , diarahkan sepanjang jari-jari engkol dan menekan poros ke bantalan, dan gayaT tegak lurus terhadap engkol dan menyebabkan poros berputar. Besarnya gaya T akan ditentukan dari pertimbangan segitiga AKZ. Karena sudut ZAK = ? + ?, lalu

T = K dosa (? + ?).

Tapi dari segitiga OCD kekuatannya

K= P/ cos ?

Itu sebabnya

T= psin( ? + ?) / cos ? ,

Selama pengoperasian mesin untuk satu putaran poros, sudutnya? Dan? dan kekuatanR terus berubah, dan karenanya besarnya gaya torsional (tangensial).T juga variabel. Untuk membuat rotasi yang seragam dari poros utama selama satu putaran, sebuah roda gila yang berat dipasang di atasnya, karena inersia yang konstan. kecepatan sudut putaran poros. Pada saat-saat ketika kekuasaanT meningkat, tidak dapat langsung meningkatkan kecepatan putaran poros hingga roda gila berakselerasi, yang tidak terjadi secara instan, karena roda gila memiliki massa yang besar. Pada saat-saat kerja dihasilkan oleh gaya puntirT , kerja gaya resistansi yang diciptakan oleh konsumen menjadi lebih sedikit, roda gila, sekali lagi, karena kelembamannya, tidak dapat segera mengurangi kecepatannya dan, melepaskan energi yang diterima selama akselerasinya, membantu piston mengatasi beban.

Pada posisi ekstrem dari sudut piston? +? = 0, jadi sin (? + ?) = 0 dan, karenanya, T = 0. Karena tidak ada gaya rotasi pada posisi ini, jika mesin tanpa roda gila, tidur harus dihentikan. Posisi ekstrim piston ini disebut posisi mati atau titik mati. Engkol juga melewatinya karena inersia roda gila.

Dalam posisi mati, piston tidak bersentuhan dengan penutup silinder, yang disebut ruang berbahaya tetap berada di antara piston dan penutup. Volume ruang berbahaya juga termasuk volume saluran uap dari organ distribusi uap ke silinder.

StrokeS disebut jalur yang ditempuh piston saat bergerak dari satu posisi ekstrem ke posisi ekstrem lainnya. Jika jarak dari pusat poros utama ke pusat pin engkol - jari-jari engkol - dilambangkan dengan R, maka S = 2R.

Perpindahan silinder V H disebut volume yang dijelaskan oleh piston.

Biasanya, mesin uap adalah aksi ganda (dua sisi) (lihat Gambar 1). Kadang-kadang mesin kerja tunggal digunakan, di mana uap menekan piston hanya dari sisi penutup; sisi lain silinder pada mesin tersebut tetap terbuka.

Bergantung pada tekanan saat uap meninggalkan silinder, mesin dibagi menjadi knalpot, jika uap keluar ke atmosfer, mengembun, jika uap masuk ke kondensor (pendingin di mana tekanan rendah dipertahankan), dan ekstraksi panas, di di mana uap yang dikeluarkan dalam mesin digunakan untuk tujuan apa pun (pemanasan, pengeringan, dll.)

Ketertarikan pada uap air, sebagai sumber energi yang terjangkau, muncul seiring dengan pengetahuan ilmiah pertama orang dahulu. Orang telah mencoba menjinakkan energi ini selama tiga milenium. Apa tahapan utama dari jalan ini? Refleksi dan proyek siapa yang telah mengajarkan umat manusia untuk mengambil manfaat maksimal darinya?

Prasyarat munculnya mesin uap

Kebutuhan akan mekanisme yang dapat memfasilitasi proses padat karya selalu ada. Hingga sekitar pertengahan abad ke-18, kincir angin dan kincir air digunakan untuk tujuan ini. Kemungkinan menggunakan energi angin secara langsung bergantung pada keanehan cuaca. Dan untuk menggunakan kincir air, pabrik harus dibangun di sepanjang tepi sungai, yang tidak selalu nyaman dan bijaksana. Dan efektivitas keduanya sangat rendah. Sangat dibutuhkan mesin baru, mudah dikelola dan tanpa kekurangan ini.

Sejarah penemuan dan peningkatan mesin uap

Penciptaan mesin uap adalah hasil dari banyak pemikiran, keberhasilan dan kegagalan harapan banyak ilmuwan.

Awal dari jalan

Proyek tunggal pertama hanyalah keingintahuan yang menarik. Misalnya, Archimedes membuat senjata uap Heron dari Aleksandria menggunakan energi uap untuk membuka pintu kuil kuno. Dan para peneliti menemukan catatan tentang penerapan praktis energi uap untuk menggerakkan mekanisme lain dalam pekerjaan Leonardo da Vinci.

Pertimbangkan proyek paling signifikan tentang topik ini.

Pada abad ke-16, insinyur Arab Tagi al Din mengembangkan desain turbin uap primitif. Namun, itu tidak menerima aplikasi praktis karena dispersi yang kuat dari pancaran uap yang disuplai ke bilah roda turbin.

Maju cepat ke Prancis abad pertengahan. Fisikawan dan penemu berbakat Denis Papin, setelah banyak proyek yang gagal, berhenti pada desain berikut: sebuah silinder vertikal diisi dengan air, di atasnya dipasang piston.

Silinder dipanaskan, airnya direbus dan diuapkan. Uap yang mengembang mengangkat piston. Itu dipasang di titik puncak tanjakan dan silinder diharapkan menjadi dingin dan uapnya mengembun. Setelah uap mengembun, ruang hampa terbentuk di dalam silinder. Piston, dibebaskan dari pengencangan, meluncur ke ruang hampa di bawah aksi tekanan atmosfer. Kejatuhan piston inilah yang seharusnya digunakan sebagai langkah kerja.

Jadi, langkah piston yang bermanfaat disebabkan oleh terbentuknya ruang hampa akibat kondensasi uap dan tekanan eksternal (atmosfer).

Karena mesin uap Papin seperti kebanyakan proyek selanjutnya, mereka disebut mesin uap-atmosfer.

Desain ini memiliki kelemahan yang sangat signifikan - pengulangan siklus tidak disediakan. Denis mendapatkan ide untuk mendapatkan uap bukan di dalam silinder, tetapi secara terpisah di dalam ketel uap.

Denis Papin memasuki sejarah penciptaan mesin uap sebagai penemu bagian yang sangat penting - ketel uap.

Dan sejak mereka mulai menerima uap di luar silinder, mesin itu sendiri masuk ke dalam kategori mesin pembakaran eksternal. Tetapi karena kurangnya mekanisme distribusi yang memastikan operasi tanpa gangguan, proyek-proyek ini hampir tidak dapat diterapkan secara praktis.

Tahap baru dalam pengembangan mesin uap

Selama sekitar 50 tahun, telah digunakan untuk memompa air di tambang batu bara. Pompa uap Thomas Newcomen. Dia mengulangi sebagian besar desain sebelumnya, tetapi berisi hal baru yang sangat penting - pipa untuk penarikan uap yang terkondensasi dan katup pengaman untuk pelepasan uap berlebih.

Kelemahannya yang signifikan adalah silinder harus dipanaskan sebelum uap diinjeksikan, kemudian didinginkan sebelum mengembun. Tetapi kebutuhan akan mesin seperti itu sangat tinggi sehingga, meskipun jelas tidak efisien, salinan terakhir dari mesin ini bertahan hingga tahun 1930.

Pada tahun 1765 mekanik Inggris James Watt, terlibat dalam peningkatan mesin Newcomen, memisahkan kondensor dari silinder uap.

Menjadi mungkin untuk menjaga agar silinder tetap panas. Efisiensi mesin segera meningkat. Pada tahun-tahun berikutnya, Watt meningkatkan modelnya secara signifikan, melengkapinya dengan perangkat untuk memasok uap dari satu sisi ke sisi lain.

Mesin ini menjadi mungkin untuk digunakan tidak hanya sebagai pompa, tetapi juga untuk menggerakkan berbagai peralatan mesin. Watt menerima paten untuk penemuannya - mesin uap kontinu. Produksi massal mesin ini dimulai.

Pada awal abad ke-19, lebih dari 320 mesin uap Watt beroperasi di Inggris. Negara-negara Eropa lainnya juga mulai membelinya. Ini berkontribusi pada peningkatan produksi industri yang signifikan di banyak industri, baik di Inggris sendiri maupun di negara bagian tetangga.

Dua puluh tahun lebih awal dari Watt, di Rusia, mekanik Altai Ivan Ivanovich Polzunov mengerjakan proyek mesin uap.

Otoritas pabrik menyarankan agar dia membangun unit yang akan menggerakkan peniup tungku peleburan.

Mesin yang dia buat adalah dua silinder dan memastikan pengoperasian terus menerus dari perangkat yang terhubung dengannya.

Setelah berhasil bekerja selama lebih dari satu setengah bulan, ketel mulai bocor. Polzunov sendiri sudah tidak hidup lagi saat ini. Mobil itu tidak diperbaiki. Dan ciptaan luar biasa dari seorang penemu Rusia dilupakan.

Karena keterbelakangan Rusia saat itu dunia mengetahui tentang penemuan I. I. Polzunov dengan penundaan yang lama ....

Jadi, untuk menggerakkan mesin uap, uap yang dihasilkan oleh ketel uap harus mengembang, menekan piston atau bilah turbin. Dan kemudian gerakan mereka dipindahkan ke bagian mekanis lainnya.

Penggunaan mesin uap dalam transportasi

Terlepas dari kenyataan bahwa efisiensi mesin uap pada waktu itu tidak melebihi 5%, pada akhir abad ke-18 mereka mulai digunakan secara aktif di pertanian dan dalam transportasi:

  • di Prancis ada mobil bermesin uap;
  • di AS, sebuah kapal uap mulai beroperasi antara kota Philadelphia dan Burlington;
  • di Inggris, lokomotif kereta api bertenaga uap didemonstrasikan;
  • seorang petani Rusia dari provinsi Saratov mematenkan perayap dengan kapasitas 20 liter. Dengan.;
  • upaya telah berulang kali dilakukan untuk membuat pesawat terbang dengan mesin uap, tetapi sayangnya, daya rendah unit-unit dengan bobot pesawat yang besar ini membuat upaya ini tidak berhasil.

Pada akhir abad ke-19, mesin uap, yang memainkan perannya dalam kemajuan teknis masyarakat, digantikan oleh motor listrik.

Perangkat uap di abad XXI

Dengan munculnya sumber energi baru di abad ke-20 dan ke-21, kebutuhan untuk menggunakan energi uap muncul kembali. Turbin uap menjadi bagian integral dari pembangkit listrik tenaga nuklir. Uap yang menggerakkan mereka diperoleh dari bahan bakar nuklir.

Turbin ini juga banyak digunakan dalam kondensasi pembangkit listrik tenaga panas.

Di sejumlah negara, percobaan sedang dilakukan untuk mendapatkan uap karena energi matahari.

Mesin uap bolak-balik juga tidak dilupakan. Di daerah pegunungan sebagai lokomotif lokomotif uap masih digunakan.

Pekerja andal ini lebih aman dan lebih murah. Mereka tidak membutuhkan saluran listrik, dan bahan bakar - kayu dan batu bara berkualitas murah - selalu tersedia.

Teknologi modern memungkinkan penangkapan hingga 95% emisi ke atmosfer dan peningkatan efisiensi hingga 21%, sehingga orang memutuskan untuk tidak berpisah dengannya dan sedang mengerjakan lokomotif uap generasi baru.

Jika pesan ini bermanfaat bagi Anda, saya akan senang melihat Anda

Pada 12 April 1933, William Besler lepas landas dari Oakland Municipal Airfield di California dengan pesawat bertenaga uap.
Surat kabar menulis:

“Lepas landas itu normal dalam segala hal, kecuali tidak adanya kebisingan. Nyatanya, saat pesawat sudah lepas landas, bagi pengamat tampaknya kecepatannya belum cukup. Dengan kekuatan penuh, kebisingan tidak lebih terlihat dibandingkan dengan pesawat yang meluncur. Hanya desingan udara yang terdengar. Saat bekerja dengan kecepatan penuh, baling-baling hanya mengeluarkan sedikit suara. Dimungkinkan untuk membedakan melalui suara baling-baling suara nyala api ...

Ketika pesawat mendarat dan melintasi batas lapangan, baling-baling berhenti dan mulai perlahan ke arah yang berlawanan dengan bantuan bukaan throttle mundur dan berikutnya. Bahkan dengan putaran balik sekrup yang sangat lambat, penurunan menjadi lebih curam. Segera setelah mendarat, pilot memberikan penuh balik, yang bersama dengan rem, dengan cepat menghentikan mobil. Lari pendek sangat terlihat dalam kasus ini, karena selama pengujian cuaca tenang, dan biasanya lari pendaratan mencapai beberapa ratus kaki.

Pada awal abad ke-20, rekor ketinggian yang dicapai oleh pesawat dibuat hampir setiap tahun:

Stratosfer menjanjikan keuntungan besar untuk penerbangan: lebih sedikit hambatan udara, angin kencang, tidak adanya awan, sembunyi-sembunyi, tidak dapat diaksesnya pertahanan udara. Tapi bagaimana cara terbang ke ketinggian, misalnya 20 kilometer?

[Bensin] tenaga mesin turun lebih cepat dari kepadatan udara.

Pada ketinggian 7000 m, tenaga mesin berkurang hampir tiga kali lipat. Untuk meningkatkan kualitas ketinggian pesawat, pada akhir perang imperialis, upaya dilakukan untuk menggunakan tekanan, pada periode 1924-1929. supercharger bahkan lebih diperkenalkan ke dalam produksi. Namun untuk memastikan tenaga mesin tetap terjaga pembakaran dalam pada ketinggian di atas 10 km menjadi semakin sulit.

Dalam upaya menaikkan "batas ketinggian", para perancang semua negara semakin melirik mesin uap yang memiliki sejumlah keunggulan sebagai mesin dataran tinggi. Beberapa negara, seperti Jerman, misalnya, didorong ke jalan ini dengan pertimbangan strategis, yaitu kebutuhan untuk mencapai kemerdekaan dari minyak impor jika terjadi perang besar.

Di belakang tahun-tahun terakhir Berbagai upaya telah dilakukan untuk memasang mesin uap di pesawat terbang. Pesatnya pertumbuhan industri penerbangan menjelang krisis dan harga monopoli untuk produk-produknya memungkinkan untuk tidak terburu-buru dalam pelaksanaan pekerjaan eksperimental dan akumulasi penemuan. Upaya ini, yang mengambil ruang lingkup khusus selama krisis ekonomi tahun 1929-1933. dan depresi yang mengikutinya, bukanlah fenomena kebetulan bagi kapitalisme. Di pers, terutama di Amerika dan Prancis, kekhawatiran besar sering dicela karena perjanjian untuk menunda penerapan penemuan baru secara artifisial.

Dua arah telah muncul. Satu disajikan di Amerika oleh Besler, yang memasang mesin piston konvensional di pesawat terbang, sedangkan yang lainnya karena penggunaan turbin sebagai mesin pesawat terbang dan dikaitkan terutama dengan karya desainer Jerman.

Besler bersaudara menggunakan mesin uap piston Doble untuk mobil sebagai basis dan memasangnya pada biplan Travel-Air. [deskripsi penerbangan demonstrasi mereka diberikan di awal posting].
Video penerbangan itu:

Mesin ini dilengkapi dengan mekanisme pembalikan, yang dengannya Anda dapat dengan mudah dan cepat mengubah arah putaran poros mesin, tidak hanya saat terbang, tetapi juga saat mendarat. Mesin, selain baling-baling, juga melaju kopel kipas meniupkan udara ke dalam kompor. Pada awalnya, mereka menggunakan motor listrik kecil.

Mesin tersebut mengembangkan tenaga sebesar 90 hp, tetapi dalam kondisi pemaksaan boiler yang terkenal, tenaganya dapat ditingkatkan menjadi 135 hp. Dengan.
Tekanan uap di boiler 125 at. Temperatur uap dipertahankan sekitar 400-430°. Untuk mengotomatiskan pengoperasian boiler sebanyak mungkin, normalizer atau perangkat digunakan, dengan bantuan air yang disuntikkan di bawah tekanan yang diketahui ke dalam superheater segera setelah suhu uap melebihi 400 °. Ketel dilengkapi dengan pompa umpan dan penggerak uap, serta pemanas air umpan primer dan sekunder yang dipanaskan oleh uap buang.

Pesawat itu dilengkapi dengan dua kapasitor. Yang lebih bertenaga diubah dari radiator mesin OX-5 dan dipasang di atas badan pesawat. Yang kurang bertenaga dibuat dari kondensor mobil uap Doble dan terletak di bawah badan pesawat. Kapasitas kondensor, dinyatakan di pers, tidak cukup untuk menjalankan mesin uap dengan kecepatan penuh tanpa melepaskannya ke atmosfer, "dan setara dengan sekitar 90% daya jelajah." Eksperimen menunjukkan bahwa dengan konsumsi bahan bakar 152 liter, diperlukan 38 liter air.

Berat total pabrik uap pesawat adalah 4,5 kg per 1 liter. Dengan. Dibandingkan dengan mesin OX-5 yang menggerakkan pesawat ini, mesin ini memberikan bobot tambahan sebesar 300 pound (136 kg). Tidak diragukan lagi bahwa bobot keseluruhan instalasi dapat dikurangi secara signifikan dengan meringankan bagian-bagian mesin dan kapasitor.
Bahan bakarnya adalah minyak gas. Pers mengklaim bahwa "tidak lebih dari 5 menit berlalu antara menyalakan kunci kontak dan mulai dengan kecepatan penuh."

Arah lain dalam pengembangan pembangkit listrik tenaga uap untuk penerbangan dikaitkan dengan penggunaan turbin uap sebagai mesin.
Pada tahun 1932-1934. informasi tentang turbin uap asli untuk pesawat yang dirancang di Jerman di pembangkit listrik Klinganberg masuk ke pers asing. Kepala insinyur pabrik ini, Hütner, disebut penulisnya.
Pembangkit uap dan turbin, bersama dengan kondensor, di sini digabungkan menjadi satu unit berputar yang memiliki rumahan bersama. Hütner berkomentar: "Mesin adalah pembangkit listrik, ciri khasnya adalah bahwa generator uap yang berputar membentuk satu unit konstruktif dan operasional dengan turbin dan kondensor yang berputar balik."
Bagian utama turbin adalah boiler berputar yang terbentuk dari sejumlah tabung berbentuk V, dengan satu siku tabung ini terhubung ke header air umpan, yang lainnya ke pengumpul uap. Ketel ditunjukkan pada Gambar. 143.

Tabung terletak secara radial di sekitar sumbu dan berputar dengan kecepatan 3000-5000 rpm. Air yang memasuki tabung mengalir deras di bawah pengaruh gaya sentrifugal ke cabang kiri tabung berbentuk V, lutut kanannya berfungsi sebagai penghasil uap. Siku kiri tabung memiliki sirip yang dipanaskan oleh nyala api dari injektor. Air, melewati tulang rusuk ini, berubah menjadi uap, dan di bawah aksi gaya sentrifugal yang timbul dari rotasi ketel, terjadi peningkatan tekanan uap. Tekanan disesuaikan secara otomatis. Perbedaan densitas pada kedua cabang tabung (uap dan air) memberikan perbedaan tingkat variabel, yang merupakan fungsi dari gaya sentrifugal, dan karenanya kecepatan rotasi. Diagram unit seperti itu ditunjukkan pada Gambar. 144.

Fitur desain boiler adalah pengaturan tabung, di mana ruang hampa dibuat selama rotasi, dan dengan demikian boiler bertindak seolah-olah itu adalah kipas hisap. Jadi, menurut Hütner, "rotasi ketel secara bersamaan ditentukan oleh kekuatannya, pergerakan gas panas, dan pergerakan air pendingin."

Memulai turbin dalam gerakan hanya membutuhkan 30 detik. Hütner diharapkan mencapai efisiensi boiler 88% dan efisiensi turbin 80%. Turbin dan boiler membutuhkan motor starter untuk memulai.

Pada tahun 1934, sebuah pesan muncul di pers tentang pengembangan proyek pesawat besar di Jerman, yang dilengkapi dengan turbin dengan ketel berputar. Dua tahun kemudian, pers Prancis mengklaim bahwa dalam kondisi sangat rahasia, departemen militer di Jerman telah membuat pesawat khusus. Steam dirancang untuknya Power Point Sistem Hütner dengan kapasitas 2500 liter. Dengan. Panjang pesawat 22 m, lebar sayap 32 m, berat terbang (perkiraan) 14 ton, langit-langit absolut pesawat 14.000 m, kecepatan terbang di ketinggian 10.000 m adalah 420 km / jam, pendakian ke ketinggian 10 km adalah 30 menit.
Sangat mungkin bahwa laporan pers ini sangat dibesar-besarkan, tetapi dapat dipastikan bahwa desainer Jerman sedang mengerjakan masalah ini, dan perang yang akan datang dapat membawa kejutan yang tidak terduga di sini.

Apa keunggulan turbin dibandingkan mesin pembakaran dalam?
1. Tidak adanya gerakan bolak-balik pada kecepatan rotasi tinggi memungkinkan pembuatan turbin cukup kompak dan lebih kecil dari mesin pesawat modern yang kuat.
2. Keuntungan penting juga adalah relatif tidak bersuaranya mesin uap, yang penting baik dari sudut pandang militer maupun dalam hal kemungkinan meringankan pesawat karena peralatan kedap suara pada pesawat penumpang.
3. Turbin uap, tidak seperti mesin pembakaran dalam, yang hampir tidak pernah kelebihan beban, dapat kelebihan beban dalam waktu singkat hingga 100% pada kecepatan konstan. Keunggulan turbin ini memungkinkan untuk mengurangi panjang lepas landas pesawat dan memfasilitasi kenaikannya ke udara.
4. Kesederhanaan desain dan tidak adanya banyak bagian yang bergerak dan dipicu juga merupakan keuntungan penting dari turbin, membuatnya lebih andal dan tahan lama dibandingkan dengan mesin pembakaran internal.
5. Tidak adanya magnet pada pembangkit uap, yang pengoperasiannya dapat dipengaruhi oleh gelombang radio, juga penting.
6. Kemampuan untuk menggunakan bahan bakar berat (oli, bahan bakar minyak), selain keunggulan ekonomis, menentukan keamanan mesin uap yang lebih besar dalam hal kebakaran. Ini juga menciptakan kemungkinan memanaskan pesawat.
7. Keuntungan utama dari mesin uap adalah mempertahankan daya pengenalnya dengan naik ke ketinggian.

Salah satu keberatan terhadap mesin uap sebagian besar datang dari ahli aerodinamis dan bermuara pada ukuran dan kemampuan pendinginan kondensor. Memang kondensor uap memiliki permukaan 5-6 kali lebih besar dari radiator air mesin pembakaran dalam.
Itulah sebabnya, dalam upaya untuk mengurangi hambatan kapasitor semacam itu, para perancang datang untuk menempatkan kapasitor langsung di permukaan sayap dalam bentuk deretan tabung yang terus menerus, mengikuti kontur dan profil sayap dengan tepat. Selain memberikan kekakuan yang signifikan, ini juga akan mengurangi risiko icing pesawat.

Tentu saja ada sejumlah kesulitan teknis lainnya dalam mengoperasikan turbin di pesawat terbang.
- Perilaku nosel di ketinggian tidak diketahui.
- Untuk mengubah beban cepat turbin, yang merupakan salah satu syarat pengoperasian mesin pesawat, perlu adanya suplai air atau pengumpul uap.
- Kesulitan yang diketahui juga disajikan oleh pengembangan barang perangkat otomatis untuk penyesuaian turbin.
- Efek giroskopik dari turbin yang berputar cepat pada pesawat juga tidak jelas.

Meski demikian, keberhasilan yang diraih memberikan alasan untuk berharap bahwa dalam waktu dekat pembangkit listrik tenaga uap akan menemukan tempatnya di armada udara modern, terutama di pesawat angkut komersial, serta di kapal udara besar. Bagian tersulit di bidang ini telah dilakukan, dan insinyur praktis akan dapat mencapai kesuksesan tertinggi.