Как сделать мотор для титаника

История паровых машин, часть третья

«Regina Margherita»

Статья является продолжением написаного вот тут и тут.

Промышленная революция, произошедшая в начале 19 века, нуждалась в мощных и компактных двигателях. Такие характеристики, могли обеспечить двигатели работающие на повышенном давлений пара, о них и пойдёт речь.

Горизонтальная одноцилиндровая стационарная машина.

Благодаря первым паровым машинам появилась возможность приводить в действие различное металлообрабатывающие оборудование, токарные, фрезерные, сверлильные станки и т.д., которые обеспечили необходимое качество изготовления комплектующих для паровых двигателей высокого давления.

Ранние механизмы приводились в действие посредством водяных колёс, которые работали с весьма сомнительной точностью.

Первый «двигатель высокого давления» был построен в 1801 году английским инженером и конструктором Ричардом Тревитиком.

В 1801 году построил первый в истории паровоз «Puffing Devil», затем в 1802 году паровоз «Coalbrookdale» для одноимённой угольной компании.

В 1803—1804 Тревитик при помощи Дж. Стила построил паровоз «Pen-y-Darren», который оказался слишком тяжёлым для чугунных рельсов и не мог использоваться.

В 1803 году, в Гринвиче, взорвался один из насосов Тревитика и убил четыре человека. Этот инцидент был использован Болтоном и Уаттом заявившим что котлы высокого давления очень опасны, а их машины (использующие низкое давление) не представляют угрозы для людей.

В 1808 году построил паровоз более совершенной конструкции, развивавший скорость до 30 км./ч. Паровоз получил название «Catch Me Who Can» («Поймай меня, кто сможет»). Для рекламы паровоза Тревитик построил за свой счет кольцевую дорогу в парке, где соревновался в скорости с лошадьми и перевозил людей ради развлечения.
Не получив поддержки от крупных финансистов, Тревитик разорился уехал в Южную Америку — в Перу, после неудачного участия в испано-перуанской войне вернулся в Англию в 1827 году.

Ричард Тревитик умер 22 апреля 1833 года в Дартфорде (графство Кент) в полной нищете.

Характерной особенностью этой машины было то, что топка и дымовая труба располагалась внутри котла, это значительно ускоряло время закипания воды. Благодаря такой конструкции удалось уменьшить размеры машины и увеличить КПД.

В 1803 году английский инженер Артур Вульф получил патент на улучшение котла для производства пара высокого давления, а в 1804 году запатентовал свое самое известное изобретение — компаунд-машину.

Читайте также:  Лодочный мотор нет компрессии

Стоит сказать, что до Вульфа, в 1781 году компаунд-машину запатентовал английский инженер Джонатан Хорнблауэр, но не смог построить её из-за судебных тяжб с Джеимсом Уаттом.

Компаунд-машина имеет два (или больше) рабочих цилиндра разного диаметра. Свежий пар из котла поступает в меньший цилиндр высокого давления (HP), отработав там (первое расширение), пар перепускается в больший цилиндр (второе расширение) низкого давления (LP).
Такая схема работы позволяет более полно использовать энергию пара и повысить коэффициент полезного действия двигателя.

Компаунды конструктивно имели два варианта:

Цилиндры располагались последовательно на общем длинном штоке (тандем-машина). (рис. а)
Цилиндры располагались параллельно один рядом с другим (перекрёстная схема). (рис. b)

Схема вертикальной компаунд-машины с тройным расширением пара:

Двухцилиндровая компаунд-машина Вульфа, построенная в 1858 году.

Цилиндры расположены вертикально, левый (поменьше) высокого давления, правый (побольше) низкого. В целях снижения потерь тепла, они заключены в деревянные рубашки.

Работала при давлении 36 psi (2,4 bar).

Одна из машин использующая схему Вульфа, находится в Англии, на водонапорной станции «Claymills Pumping Station». В рабочем состоянии.

Слева колесо (маховик), по центру цилиндры:

Построена в 1885 году компанией «Gimson and Company».

В 1822 году американский изобретатель Джейкоб Перкинс, построил экспериментальную паровую машину работающую на давлении до 30 бар.

Для технологий того времени, примениение столь высокого давления было слишком опасно, поэтому подобные решения нашли применение только спустя много лет.
Однако другая его идея — котёл с расположенными внутри водогрейными трубами, стала примером для всех последующих котлов.

Раскалённые газы, проходя по трубам внутри котла, очень эффективно разогревали воду.

Одно из важнейших событий в области паростроения произошло в 1824 году.

Французкий учёный Сади Карно в сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» установил максимальный коэффициент полезного действия тепловых машин. Цикл Карно.

Это событие принято считать рождением — Термодинамики.

В 1839 году, немецкий изобретатель Эрнст Альбан, сконструировал одноцилиндровый паровой двигатель высокого давления с качающимся цилиндром.

Идея заключалась в том, чтобы шток поршня крепился непосредственно к кривошипному механизму.

Широкого распространения такие двигатели не получили, однако иногда применялись в судостроении.

Качающийся паровой двигатель, построен в 1853 году компанией «J.&A. Blyth of London» для австрийского парохода «Orsova» Science Museum (London)

Дальше описывать отдельных изобретателей не имеет смысла, так как паровые машины начали строиться повсеместно.
Поэтому предлагаю просто полюбоваться этими великолепными механизмами.

Горизонтальные паровые машины
Экотехнический музей музей в Праге. Насосная станция.

Паровая машина «Corliss»

Тауэрский мост

Раньше поднимала и опускала мост, сейчас это делают гидравлические домкраты. Иногда машину запускают в демонстрационных целях.

Вертикальные компаунд-машины
Машина тройного расширения

Стояла на военном катере.

«Tangye»

Kempton Great Engines

Общая высота машины 19 метров, мощность 1008 л.с., вес 800 тонн.

Двигатели «Титаника»

На «Титанике» стояли две четырёхцилиндровые компаунд-машины вращающие боковые винты и одна паровая турбина, вращающая средний винт.

Нынче выглядят так.

На «Титанике» стояло 29 котлов.

Современная паровая турбина

На атомных электростанциях, такие штуки крутят генераторы.

На этом наверно всё.

Необычные паровые устройства.
Паровозы…
Паровые автомобили…
Пароходы…
Паровые самолёты.

Источник

Анатомия «Титаника»

Турбинная установка «Титаника».

15 Четверг Июн 2017

Метки

Паротурбинные двигатели на судах применяются с 1895 года. Но практически турбинный двигатель впервые был установлен на боевых кораблях в самом начале XX в., а затем стал использоваться и на больших пассажирских судах. В 1906 г. на линию Ливерпуль — Нью-Йорк вышел турбинный трансатлантик «Кармания». В 1907 году вошли в строй еще два турбинных лайнера: «Лузитания» и «Мавритания». Последняя в ходе трансатлантического рейса продемонстрировала среднюю скорость, превысившую 26 узлов, и впоследствии в течение 22-х лет удерживала «Голубую ленту Атлантики» — почетную награду самому быстроходному лайнеру океана.

В отличие от паровой машины, совершающей работу за счет использования потенциальной энергии пара и, в частности, его упругости, паровая турбина использует кинетическую энергию струи пара, преобразовывая её во вращательную энергию вала. Паровая турбина состоит из двух основных частей: ротора с лопатками — подвижная часть турбины и статора с соплами — неподвижная часть. Свежий пар поступая в сопло, являющееся направляющим аппаратом, расширяется, потенциальная энергия превращается в кинетическую, и пар приобретает значительную скорость. По выходе из сопла пар попадает в каналы рабочих лопаток, насаженных на обод турбинного диска, сидящего на валу турбины, и давит на изогнутые поверхности рабочих лопаток, заставляя диск с валом вращаться. Турбины вращаются только в одну сторону и являются нереверсивными, т.е они не могут изменять направление вращения (здесь мы видим ляп в фильме Дж. Кемерона, когда центральный винт после команды «Полный назад» начал вращаться в другую сторону).

На всех лайнерах «Олимпик-класса» была установлена многоступенчатая турбина малого давления Парсонса, которая вращала центральный винт. На то время являлась самой большой морской турбинной установкой когда-либо построенной. Общая длина составляла около 15,5 м, вес 420 тонн. Масса самого ротора 130 тонн, диаметр 3,6 м. Установка выдавала максимальную мощность 16 000 л.с. при 165 оборотах в минуту. Работу турбины обеспечивал отработанный пар, поступающий от главных паровых двигателей под давлением 62 кПа. Затем, проходя через лопатки ротора, давление пара падало до 7 кПа.

Никакого пульта управления, который бы позволил управлять турбиной не было, она вращалась пропорционально поступающему к ней пару. Хотя перед турбиной существовали перекидные клапаны, которые обеспечивали некий контроль скорости вращения регулируя подачу пара. Если скорость ротора турбины превышала 10% выше его максимального числа оборотов, клапаны начинали перенаправлять пар непосредственно в конденсаторы, пока скорость турбины не упадет ниже установленного предела.

Схема движения пара по цилиндрам двигателей, далее к турбине и конденсаторам.

Отработанный пар с турбины поступал в конденсаторы, в которых осуществлялась его (пара) конденсация — процесс перехода из парообразного состояния в жидкое за счёт отвода тепла более холодным теплоносителем. На «Титанике» были установлены конденсаторы с водяным типом охлаждения (морская вода). Отработавший пар пропускался через систему труб, охлаждался морской водой, и при этом конденсировался. Конденсат забирается из конденсатора с помощью конденсатного насоса. Вода поступала в резервуары, расположенные во втором дне, затем насосы закачивали её обратно в систему и далее снова к бойлерам. И весь процесс начинался заново.

Источник

Поделиться с друзьями