0 просмотренных постов скрыто
Паровая телега Кюньо: машина, опередившая своё время на столетие
В истории есть изобретения, которые не просто становятся очередным шагом вперёд, а являются настоящим прорывом, предвестником грядущей эпохи. Одно из них — «Малая телега Кюньо» (Le fardier de Cugnot). Это не просто диковинный агрегат XVIII века, а первый в мире автомобиль в полном смысле этого слова: самодвижущееся транспортное средство, предназначенное для перевозки людей и грузов.
Давайте перенесёмся в 1769 год, чтобы познакомиться с творением гениального инженера Николя-Жозефа Кюньо.
Кто такой Николя-Жозеф Кюньо?
Это был французский военный инженер, инспектор военных заводов. Его задачей было найти способ заменить лошадей, которые таскали за собой тяжёлые артиллерийские орудия. Армия нуждалась в мощном и независимом тягаче. Кюньо, будучи знакомым с паровыми машинами (уже вовсю использовавшимися для откачки воды из шахт), предложил революционное решение — использовать пар для создания самодвижущегося экипажа.
Как была устроена эта чудо-машина?
Конструкция паровой телеги была гениальной для своего времени и одновременно архаичной с современной точки зрения.
1. Двигатель: Две одноцилиндровые паровые машины (по сути, два огромных насоса), работавшие попеременно. Пар вырабатывался в массивном котле, расположенном спереди. Котёл стоял на огне, который разводили прямо в топке под ним.
2. Трансмиссия: Здесь и заключена главная инженерная находка Кюньо. Поршни машины через систему храповиков («собачьих механизмов») напрямую вращали единственное переднее колесо. Да-да, ведущим было переднее колесо, которое одновременно выполняло и роль руля. Это делало управление невероятно тяжёлым.
3. Ходовая часть и корпус: Телега покоилась на трёх массивных дубовых колёсах, окованных железом. Рама также была деревянной. Сзади располагалась грузовая платформа для перевозки артиллерийских снарядов. Водитель (кочегар) управлял всем этим с помощью огромных рычагов.
4. Технические характеристики (по тем временам — фантастика):
· Скорость: около 3-4 км/ч (чтобы не отстать, нужно было просто быстро шагать).
· Грузоподъёмность: до 3-5 тонн.
· Запас хода: главным ограничением была не вода, а топливо. Телега могла двигаться лишь 10-15 минут, после чего нужно было останавливаться и снова разжигать огонь, чтобы поднять давление пара.
Исторические испытания и знаменитая авария
В 1769 году Кюньо представил первую, уменьшенную модель, которая доказала жизнеспособность идеи. Год спустя, в 1770-м, на улицах Парижа прошли испытания полноразмерного образца.
Устройство произвело колоссальное впечатление на современников! Огромная, пыхтящая паром, шипящая и лязгающая железная машина двигалась сама по себе, без лошадей. Это было сродни магии.
Однако именно на этих испытаниях произошло знаменательное событие: первое в истории ДТП с участием автомобиля. Из-за несовершенного рулевого управления и огромного веса (около 2.8 тонн) телега стала неуправляемой и врезалась в каменную стену арсенала. Стена, к счастью, устояла, а вот телега — нет. Это происшествие запечатлено на многих гравюрах.
Почему паровая телега не стала массовой?
Несмотря на успех, проект был закрыт. Причины были объективными:
· Технологическая сложность: Для массового производства не было ни подходящих материалов, ни станков, ни технологий.
· Низкий КПД: Машина была чрезвычайно прожорлива, требовала много топлива и воды.
· Ненадёжность: Часто ломалась, требовала постоянного ухода и квалифицированного кочегара-механика.
· Конкуренция с лошадьми: На тот момент лошадь была куда более эффективным, манёвренным и «экологичным» транспортом.
Финансирование проекта прекратилось, а единственный экземпляр отправили на склад, а затем — в музей.
Наследие и значение
Казалось бы, история закончилась провалом. Но почему же мы помним Кюньо сегодня?
· Первый автомобиль: Это был первый практический пример использования механической тяги для передвижения по суше.
· Первый тягач: По своей сути, это был не car (экипаж), а truck (грузовик-тягач), что делает его ещё и прародителем всего грузового транспорта.
· Доказательство концепции: Кюньо доказал всему миру, что самодвижущиеся экипажи — это возможно.
Где увидеть оригинал?
Чудом уцелевший оригинал «Малой телеги Кюньо» 1770 года хранится в Музее искусств и ремёсел (Musée des Arts et Métiers) в Париже. Это один из главных экспонатов музея, стоящий в самом центре зала. На него действительно стоит посмотреть — чтобы прикоснуться к истокам всей автомобильной эпохи.
Паровая телега Кюньо стала символом человеческой дерзости — попытки создать будущее, используя технологии настоящего. Она опередила своё время на добрую сотню лет. И хотя по улицам поехали именно бензиновые, а не паровые автомобили, именно Кюньо первым показал эту дорогу.
Показать полностью
6
Приквел форсажа
Видео с канала Muddy Lake Engineering
Запуск миниатюрного парового двигателя с генератором
Кому интересно, ссылка на двигатель
Ответ hitasu в «Паровой двигатель умер? Нет, он по прежнему самый популярный в мире!»2
Насчет плавки стержней в ядерном реакторе - глуповато прозвучало. Или вы что-то другое имели ввиду.
Плавка - это физический процесс перехода вещества из твердого агрегатного состояния в жидкое. В химическом смысле принципиально ничего не меняется. Нагрев может инициировать химическую реакцию, но химические элементы остаются такие же. Как были атомы кислорода, водорода, кремния, железа и т.п., так они и остаются.
В ядерном реакторе совсем иначе.
Уран в стержнях распадается на другие химические элементы (точнее изотопы): цезий, стронций, йод, ксенон и много других.
Этот процесс принципиально и фундаментально отличается и от плавления, и от химических реакций.
А сами стержни остаются твёрдыми до самой утилизации.
Можно сказать, что почти исполнилась мечта древних алхимиков: одни химические элементы превращаются в другие. Правда не свинец в золото. Это оказалось нерентабельным.
При этом много энергии выделяется в виде тепла и всяких излучений.
Понятно, что при проблемах с отводом тепла стержни будут плавиться.
Но, как тут уже упоминали, расплавление стержней - это аварийная и даже катастрофическая ситуация.
Поэтому ваша фраза про плавление стержней некорректна.
Ответ на пост «Провой двигатель умер? Нет, он по прежнему самый популярный в мире!»2
пар бывает разный
в той же Атомной Энергетике как ни парадоксально и не удивительно для не знающих используется тот же пар
который выделяется при плавке, очень, очень, очень долгой плавке радиоактивных стержней
пар который в итоге и крутит турбины генерирующие ток
то есть КПД так себе
к сожалению без дурацких потерь напрямую, брать энергию у расщепления так и не научились
КПД атомных электростанций (АЭС) - 30–35%.
ТЭС (теплоэлектростанций) на угле или газе - 35–45%.
Парогазовых установок (ПГУ) - 55–60%
при этом
КПД гидроэлектростанций (ГЭС) обычно составляет около 85–90%.
почему всё не в ГЭС, да потому что это такой гимор... что не окупает все эти КПД
возможно уже родился тот кто вздрючит этот колхоз, разработав технологию, хотя бы 70-80% а лучше 100% КПД прямого изъятия энергии, в реальных работающих технологиях
Показать полностью
1
Паровой двигатель умер? Нет, он по прежнему самый популярный в мире!2
Как думаете сколько объёма генерации энергии в мире приходится на паровой двигатель?
Как вам цифра в 65%? Не верится? Тогда давайте посмотрим на историю огня и пара))
Привет! Меня зовут Colt и я пишу посты на морскую тематику. Пользуясь случаем зову в путешествие на парусной яхте по Турции 6-20 сентября.
Паровой двигатель принес на корабли возможность двигаться без ветра и маневрировать удобным способом.
Принцип машины был прост – разогреть воду в замкнутом пространстве (котле) и потом приоткрыть котел, пар заполнит пространство цилиндра и начинает двигать поршень. Когда поршень доходит до упора – пар подается с другой стороны цилиндра, и он двигается обратно.
Кстати, знаменитый Джеймс Уатт изобрел не паровой двигатель, а регулятор подачи пара к нему, который смог заставить систему вращаться равномерно (крутилка в центре картинки выше)
И пусть паровой двигатель тогда был прожорлив и ненадежен, но потенциал был виден. И катализатором всех инноваций были корабли и паровозы.
Промышленный котел был громоздок- под котлом разводили костер, а сам котел и трубу обкладывали кирпичом для безопасности.
Промышленный котел. А -котел, В-цилиндр, С-система подачи воды, D -рычаг соединения рабочего механизма и поршня
При монтаже на корабль от кирпичей решено было отказаться сразу, а топку сделали внутри котла - опасности от огня меньше, да и габарит экономится.
Давление в котле было около 1,5 атмосфер.
Паровая машина разместилась на палубе, привод на колеса был прямой, КПД двигателя 8% и КПД колес 10%. Из 100 л.с. на колес доходило 10.
Схема первых пароходов
Получилось массивно, неудобно, но работало!
Подумав еще, инженеры сообразили, что в идеале судовую машину надо разместить в трюме:
1. Она заменит чушки балласта и пространства на корабле останется столько же
2. А судовой винт имел КПД 30% + паровая машина оказалась рядом, что удобно
Пришлось попутно придумывать как сделать так чтоб по валу винта не текла вода в трюм и все вроде заработало, но теперь стало не хватать места в трюме -ведь поперек корабля предстояло разместить цилиндр, кривошип и ползун. В результате сам цилиндр получился короткоходным (маломощным) и большое усилие развивать не получалось.
Как видите сделать длинный цилиндр не дает ширина судна
Но инженеры быстро сообразили, что можно сделать обратную соединительную тягу, цилиндр разместить по центру судна и таким образом увеличить размер цилиндров!
Вот изобразил как смог
Однако мощности было недостаточно, а простой подъем давления в котлах до 3-4 бар хоть помог, но слабо. Инженеры, почесав голову, быстро додумались до паровых машин двукратного и трехкратного действия. Помните формулу:
Сила = давление пара* площадь поршня?
Поскольку пар из цилиндра выкидывается еще с остаточным давлением, то его можно подать в другой цилиндр с бОльшей площадью поршня и использовать еще раз, и еще раз.
Красным -наиболее нагретый пар с наибольшим давлением. для пара с наименьшим давлением -самый большой по площади цилиндр
Но поскольку в котлы тогда лили морскую воду, то все это быстро покрывалось накипью. Накипь оседала на стенки котла, ухудшалась теплоотдача, а перегрев стенок вызывал взрыв котла! Это сильно злило пользователей, а возить с собой много чистой воды они почему-то не хотели.
Снова зачесали голову инженеры – а ведь пар на выходе можно собрать в большом радиаторе, где он снова превратится в воду – замкнутый цикл, бесконечная вода!
Так изобрели "конденсатор" и стали использовать в котлах дистиллированную воду и используют ее до сегодняшних дней.
Простейший конденсатор
Но тут начало не хватать пара и пришлось улучшать сам котел!
Для начала перешли с дров на уголь, получив больше теплоотдачи. Потом сообразили, что если не просто греть котел снизу, а пропустить через него 2-3 трубы с раскалённым воздухом, то вода будет нагреваться быстрее.
А увеличив количество труб, проходящих через котел -получили дымогарный котел. Заодно подняли давление почти до 5 бар, благо технологии уже позволяли и КПД подросло до 25-30%.
Дымогарный котел после эээм... небольшого превышения давления. Хорошо видно сколько труб проходило через него
Попутно изобрели форсунки и перешли с угля на нефть, получив дополнительно бОльшую теплоотдачу и главное- возможность быстро нарастить или убавить количество топлива (попробуй резко увеличить подачу угля на корабле -подкинь в топку 500 кг угля за минуту).
Приблизительно к 1890х додумались, что если по трубам пускать воду, а вокруг будет жар от топлива, то вода будет нагреваться еще быстрее, так появился водотрубный котел.
В центре котла жар и трубы с водой проходят этот жар насквозь
По сути старый добрый паровой котел поменялся до неузнаваемости!
И пришло время меняться и паровому цилиндру. Ему на смену в 1900х пришла паровая турбина!
Пар разогревался в котле и подавался на лопатки турбины.
Грубая схема системы
И все бы хорошо, только судовой винт эффективен при 80-100 об/минуту. А турбина эффективна при высоких оборотах (зато КПД аж до 40%). Нужен был редуктор, а теперь представьте как 1000 л/с попадает на соединение 2 обычных шестерен.
Шестерни рвало в клочья и пришлось изобретать и пристраивать к турбине редукторы со сложным зацеплением, где усилие распределялось равномерно (червячный и планетарный).
Где то с 1910 и до Второй Мировой войны на большинстве крупных кораблей была именно такая схема – водотрубный котел + паровая турбина. Турбину как и паровые цилиндры сделали двух и трехступенчатой, чтобы пар расходовался эффективно.
1 – входной паропровод; 2 – направляющие лопатки турбины; 3 – рабочее колесо 4 – вал; 5 – выходной паропровод
"Colt" -спросит меня нетерпеливый читатель - "1910 год это хорошо, а сейчас то паровой двигатель где?"
Да везде! - паровая турбина хоть и претерпела множество мелких изменений с начала 20 века, но осталась прежней - очень эффективной и сохранила основной плюс парового двигателя!
Угадаете какой? Высокую эффективность, работу на пару?
Нет, главный плюс - паровая турбина способна работать на любом топливе! В отличии от двигателей внутреннего сгорания, которые требует строго определённого топлива.
Серьезно, она же не соединена с котлом! Поэтому топить котел вы можете чем угодно - кизяками, сушеным птичьим пометом, дровами, углем, газом, нефтью!
Атомным реактором и Солнцем!
Даже если в будущем при освоении очередной планеты будут использовать в качестве топлива экзотическую энергию местных светящихся стержней – то паровой двигатель все равно будет работать. Причем работать с высоким КПД (на ТЭЦ КПД турбины почти 90%)!
Схему вы уже поняли -котел, турбина, конденсатор!
Именно поэтому сегодня эволюционировавший паровой двигатель обеспечивает до 65% все мировой генерации энергии. И замены ему нет ни на многотоннажных судах ни на атомных и тепловых электростанциях.
Да это уже не тот пыхтящий простейший механизм что раньше, но он честно трудится давая нам свет и энергию!
That's all, folks!
Желающие читать меня в телеграмме -ищите на канале о яхтах, морской истории и парусе- "Яхта" или в ВКонтакте-Яхта
Там же приглашение в путешествие по Турции в сентябре и на Канары на Новый Год!
Походим под парусами, почувствуем себя моряком 16 века и побродим по красивым хвойным горным тропам, окунувшись в природу и красоту.
Мои топовые посты (остальные в профиле)
Показать полностью
13
Котел парит - свет горит
Модель парового двигателя на Али, на Яндекс Маркете