Выполнили: Алексеев Кирилл Александрович, Лаптев Александр Николаевич, Локачук Елена Романовна (9 класс).
Руководитель:
Маракина Елена Владимировна, учитель физики
Введение
Глава I. Актуальность темы: Систематизация информации из Интернета и создание наглядного пособия для изучения данной темы.
Актуальность данной темы для нас появилась после посещения Музея Железных Дорог России.
Нам захотелось узнать: Почему паровой двигатель используется в поездах, а в автомобилях – нет?
Цели нашей работы следующие
1. Ответить на вопрос: «Почему паровой двигатель используется в поездах, а в автомобилях – нет?»
2. Найти нужную информацию в источниках разного типа, проанализировать и обобщить найденный материал.
3. Сравнить паровой двигатель с некоторыми другими видами.
4. Опубликовать результаты наших исследований на сайте «Яндекс Дзен»
Для достижения этих целей нам необходимо было решить следующие задачи:
• Изучить историю
• Изучить его строение
• Узнать причину неактуальности
• Составить сравнительную таблицу
Практическая значимость нашей работы – велика. В дальнейшем мы собираемся развивать эту тему и проводить исследования.
Глава II. Основная часть
История
Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться.
Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колёса.
Первая паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном и представляла собой цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара.
В России же первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году.
Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически. Но увидеть своё изобретение в работе И. И. Ползунову не пришлось: он умер 27 мая 1766 года, а его машина пущена в эксплуатацию на Барнаульском заводе только летом. Через пару месяцев из-за поломки она перестала действовать и
На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.
Строение
Схема паровой машины тандем:
1 — поршень,
2 — поршневой шток,
3 — ползун,
4 — шатун,
5 — кривошип,
6 — вал,
7 — маховик,
8 — скользящий клапан,
9 — центробежный регулятор
Принцип действия поршневой паровой машины:
Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик (диск (цилиндрическая поверхность)) или сектор диска, насаженный на вращающийся вал так, что ось вращения диска параллельна, но не совпадает с осью вращения вала, для преобразования вращательного движения в поступательное.), сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение клапан 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра.
Эксплуатация
В первую очередь - паровой двигатель способствовал промышленной революции. До появления энергии пара большинство фабрик и мельниц работали на воде или ветре. Вода была хорошим источником энергии, но фабрики должны были располагаться возле реки. И вода, и энергия ветра могут быть ненадежными, так как иногда реки могут высыхать во время засухи или замерзать зимой, а ветер не всегда дует.
Мощность пара позволяла фабрикам размещаться где угодно. Он также обеспечивал надежное питание и мог использоваться для питания больших машин.
В наше время его используют в:
· Промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами.
· Паросиловые мини-теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ), где паровую машину энергетически наиболее целесообразно предусматривать вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин.
· Технологические производственные установки, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, в металлургии такими установками могут выступать крупные сталеплавильные печи, а в стекольной промышленности – печи для варки стекла).
· Паровая машина применяется как приводной двигатель в различных насосных станциях, на паровых судах, локомотивах, паровых автомобилях, тягачах, других транспортных средствах.
· В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.
Преимущества
Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания.
Для функционирования парового двигателя можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно-то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия. Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.
Даже в Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.
Недостатки
К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более.
К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателей внутреннего сгорания.
Вывод
Сравнительная таблица
Итак, изучив паровой двигатель, мы можем прийти к тому, что области применения парового двигателя сильно ограничены из-за критических недостатков, а именно крайне низкого КПД и громоздкости. Именно поэтому он часто остаётся невостребованным и вытесняется другими типами двигателей.
Ответ на основной вопрос
Паровой двигатель не может быть использован в автомобилях по ряду причин, главной из которых является громоздкость.