Mașină cu abur (paromobil, locomotivă) - o mașină care utilizează un motor cu abur ( un motor termic cu ardere externă ), bărci cu aburi , locomotive cu abur etc. se deplasează pe același motor .
Ferdinand Verbiest , membru al comunității iezuiților din China , în manuscrisul său Astronomia Europea , care a fost finalizat în 1681 și tipărit în 1687 în Germania, relatează că în jurul anului 1672 a proiectat ca jucărie pentru împăratul chinez un cărucior cu abur, care poate avea a fost primul vehicul cu abur funcțional. În această lucrare, Verbst a menționat pentru prima dată termenul „ motor ” în sensul său actual. Pe o benzinărie de cărbune, mașina s-ar putea mișca mai mult de o oră. Deoarece avea doar 65 cm (25,6 inchi) lungime, a fost un model la scară, care nu este conceput pentru a transporta pasageri, șoferi sau mărfuri, iar numirea lui „mașină” nu este complet exactă. În ciuda acestui fapt, a fost prima mașină care putea fi propulsată de un motor de casă. Deoarece motorul cu abur nu era încă cunoscut la acea vreme, Verbst a folosit principiul eolipilului . Aburul era generat într-un cazan globular și ieșea dintr-o țeavă de sus, de unde era direcționat către o simplă „turbină cu abur” deschisă (ca o roată cu apă ) care antrena roțile din spate [1] .
Prima mașină cu abur folosită în producție a fost „mașina de pompieri”, proiectată de mecanicul englez Thomas Savery în 1698.
Fierarul englez Thomas Newcomen și-a demonstrat „motorul atmosferic” în 1712. Aceasta a fost o îmbunătățire a motorului cu abur al lui Savery , în care Newcomen a redus substanțial presiunea de lucru a aburului. Încercările lui Newcomen de a folosi mișcarea alternativă a unui piston pentru a învârti o roată cu zbaturi pe nave nu au avut succes. Cu toate acestea, meritul lui Newcomen este că a fost unul dintre primii care au implementat ideea de a folosi abur pentru a obține lucru mecanic. Motoarele cu abur ale lui Newcomen s-au răspândit: până în 1735 erau peste o sută de ele numai în Anglia. În limba rusă, o descriere a pompei Severi a apărut în 1738 în cartea academicianului Georg Wolfgang Kraft (1701-54) „Un scurt ghid pentru cunoașterea mașinilor simple și complexe”, iar în 1760 în cartea lui Ivan Andreevich Schlatter ( 1708-68) „O instrucțiune cuprinzătoare pentru afacerea cu minereu... „a apărut prima descriere a mașinii cu abur și atmosferă Newcomen. Această descriere, aparent, se baza pe material din scrierile lui Leipold (1674-1727) sau Belidor ( francez Bernard Forest de Bélidor , 1698-1761), care descria o mașină instalată în 1721-1724 de englezul Potter în mine. în Prusia de Est .
James Watt a îmbunătățit motorul cu abur Newcomen . Prima îmbunătățire majoră a lui Watt, patentată în 1769, a fost o cameră de condensare izolată. A izolat cilindrul de abur, iar în 1782 a inventat mașina cu dublă acțiune. Împreună cu îmbunătățiri mai mici, această invenție a făcut posibilă creșterea productivității mașinii cu abur de peste patru ori [2] . În plus, mașina a devenit mult mai ușor de gestionat.
Karl Marx , în Capitala sa, a descris semnificația acestei invenții după cum urmează:
Abia odată cu inventarea celei de-a doua mașini a lui Watt, așa-numitul motor cu abur cu dublă acțiune, a fost găsit motorul principal... care este mobil și este el însuși un vehicul, ... universal în aplicația sa tehnică... Marele geniu al lui Watt se dezvăluie în faptul că, în brevetul primit în aprilie 1784, motorul său cu abur este prezentat nu doar ca o invenție pentru scopuri speciale, ci ca un motor universal al industriei mari.
În 1769, inventatorul francez Nicolas Joseph Cugnot a testat primul exemplu de mașină cu abur de dimensiuni mari [3] (o mașină Newcomen îmbunătățită), cunoscută sub numele de „căruța Cugnot mică”, iar în 1770 - „căruța Cugnot mare”. ". Inventatorul însuși a numit-o „Carul de foc” - era destinat remorcării pieselor de artilerie.
„Căruța lui Cugno” este considerată precursorul nu numai al mașinii, ci și al locomotivei cu abur , deoarece era condusă de puterea aburului . Căruciorul cu abur al lui Cugnot ( franceză fardier à vapeur de Cugnot ) era condus de o singură roată din față. Cu toate acestea, aparent, controlabilitatea sa a fost lipsită de importanță, ceea ce a fost motivul primului accident de mașină din lume: în timpul testelor, inventatorul a pierdut controlul, iar miracolul tehnologiei din secolul al XVIII-lea a demolat zidul Arsenalului. Adevărat, unii autori [4] pun la îndoială faptul accidentului.
Până în 1784, la Redruth , William Murdoch a construit un model funcțional al unui vagon cu abur, iar în 1801 Richard Trevithick conducea o mașină de dimensiuni mari pe drumurile din Camborne .. Astfel de mașini au fost în vogă o vreme și în deceniile următoare au fost dezvoltate inovații precum frâne de mână, transmisii cu mai multe viteze și direcție îmbunătățită . Unii au avut succes comercial în asigurarea transportului public, până când rezistența publică împotriva acestor mașini prea rapide a dus la trecerea în 1865 a ing. Locomotive Act , care impune unei persoane să meargă în fața vehiculelor autopropulsate pe drumurile publice din Marea Britanie, fluturând un steag roșu și sunând un claxon . Aceasta a suprimat în mod decisiv dezvoltarea transportului rutier pentru aproape tot restul secolului al XIX-lea . Drept urmare, eforturile inginerilor și inventatorilor au fost aruncate în locomotivele feroviare . Legea nu a fost abrogată până în 1896, deși necesitatea unui steag roșu a fost eliminată în 1878.
În 1791, inventatorul rus Ivan Kulibin a făcut o „ căruță cu scuter ”. Ivan Petrovici Kulibin a început să lucreze la o trăsură cu motor cu abur și pedale în anii 1780. Printre caracteristicile sale se numără volantul , frâna, cutia de viteze și rulmentul care alcătuiesc orice mașină modernă. Designul lui avea trei roți . Ca și în cazul multor alte invenții ale sale, statul nu a văzut potențialul acestor dezvoltări și nu au fost dezvoltate în continuare.
Primul brevet de automobile din Statele Unite a fost acordat lui Oliver Evans în 1789. Evans și-a demonstrat prima mașină autopropulsată (draga) de succes în 1805, care este considerată nu numai primul automobil din Statele Unite, ci și prima mașină amfibie din lume, deoarece era capabilă să se deplaseze pe roți pe sol ( limitat) si prin intermediul vaslelor pe apa . După ce excavatorul a fost livrat clientului, tracțiunea de pe acesta a fost demontată și nu a mai fost folosită niciodată.
În secolul al XIX-lea , diligențele și rutierele cu abur ( tractoare cu abur , adică locomotive fără șine) pentru drumuri obișnuite au fost construite în Anglia, Franța și utilizate într-o serie de țări europene, inclusiv Rusia, dar erau grele, costisitoare și incomode. , deci nu au fost utilizate pe scară largă .
Printre alte lucrări: un motor cu abur alimentat cu combustibil lichid, asamblat în 1815 de profesorul Politehnicii din Praga Josef Bozekși un șezlong cu abur cu patru locuri , realizat în 1813 de Walter Hancock, dezvoltator și operator de autobuze cu abur din Londra .
La sfârșitul secolului al XIX-lea, ESBE a descris situația mașinilor cu abur astfel [5] :
Ideea unui vagon autopropulsat a apărut în același timp cu ideea unui motor cu abur. Prima și nereușită implementare a acestei idei aparține artilerului francez Cugno (1769, vezi articolul corespunzător). În 1781, Murdoch , unul dintre meșterii de la fabrica Watt și Bolton, a realizat un model complet de succes al unui motor cu abur autopropulsat. În urma acesteia, multe locomotive rutiere mai mult sau mai puțin de succes au început să apară în Anglia una după alta. În 1802, Trevithick a fost primul care a obținut un brevet pentru o astfel de mașină, care a călătorit de multe ori, cu viteze de până la 10 mile pe oră, până când s-a lovit de o palisadă, în urma căreia a fost interzisă conducerea ulterioară (a se vedea documentul corespunzător). articol). După el s-au făcut îmbunătățiri semnificative; totuși, în timp ce locomotivele cu abur de pe căile ferate deveneau din ce în ce mai des întâlnite, locomotivele rutiere cu abur nu trezeau simpatie; până în 1831 au fost supuși unor mari constrângeri și taxe pentru folosirea drumurilor publice, astfel că întreprinderile de acest fel au devenit nerentabile și nu mai puteau progresa. Din acel moment aproape până la sfârșitul secolului al XIX-lea. Designerii englezi au abandonat locomotivele rutiere ușoare, de mare viteză și s-au concentrat în principal pe îmbunătățirea locomotivelor agricole cu viteză redusă, autopropulsate, capabile să transporte încărcături de-a lungul drumurilor obișnuite, chiar și la o viteză destul de mare. Între timp, au fost făcute două invenții care au avut mai târziu un impact foarte important asupra dezvoltării cărucioarelor-mașini autopropulsate pe drumuri ușoare: în 1845 WR Thomson a obținut un brevet pentru anvelopele de cauciuc, iar în 1860 Lenoir a aranjat primul motor pe gaz . Apoi au venit benzina, kerosenul și motoarele electrice alimentate de baterii. Toate aceste motoare sunt mai ușoare decât motoarele cu abur obișnuite cu aceeași putere și, prin urmare, sunt potrivite în special pentru cărucioarele autopropulsate, la fel ca și motoarele cu abur cu cazane cu tub Serpollet . Toate acestea i-au forțat pe inventatori și designeri să-și îndrepte atenția înapoi către cărucioarele autopropulsate, numite acum colectiv „mașini”, dar de data aceasta Franța și Germania s-au dovedit a fi centrele de producție.
Pe măsură ce numărul transporturilor cu abur pe drumuri a crescut, guvernul britanic a început să emită reguli foarte stricte pentru diligențele cu abur [6] :
Prima regulă: în fața fiecărei diligențe cu aburi, la o distanță de 55 de metri, trebuie să meargă o persoană cu steag roșu. Când se întâlnește cu trăsuri sau călăreți, el trebuie să-i avertizeze pe călători că îl urmărește un motor cu abur. A doua regulă: șoferilor le este strict interzis să sperie caii cu fluiere. Eliberarea aburului din mașini este permisă numai dacă nu există cai pe drum. A treia regulă: viteza motorului cu abur nu trebuie să depășească șase kilometri pe oră în mediul rural și trei kilometri în oraș.
Tractor cu abur , 1895
Inventatorul tricicletelor Serpollet ( Serpollet ), 1885. Vedere față-dreapta
Triciclu al inventatorului Serpollet, vedere din spate a cazanului de abur
Locomotivă , 1897
Caricatura răspândirii vagoanelor cu abur (1831)
În 1850, inventatorul englez William Howard a folosit o locomotivă pentru arat [7] . În a doua jumătate a secolului al XIX-lea , aproximativ două mii de astfel de mașini lucrau deja în câmpurile Marii Britanii .
În timpul războiului ruso-turc din 1877-1878, în Imperiul Rus s-a format o unitate militară, formată din 12 rutieri de cărbune de fabricație britanică și rusă . Locomobilele lucrau la transportul artileriei grele, la descărcarea vagoanelor (una era cu macara) și a centralelor electrice. Mai târziu, rutierii au fost trimiși la Baku, unde au fost reluați pentru a lucra cu păcură și trimiși la război cu Tekins .
Au existat cazuri izolate de construcție de mașini de pasageri ca obiecte de lux. Deci, La Marquise (nume oficial - De Dion-Bouton et Trepardoux ), construită în 1884 și alimentată cu abur , a intrat în istorie .
Apariția unui motor cu ardere internă ușor, compact și suficient de puternic a deschis oportunități largi pentru dezvoltarea mașinii. În 1885, inventatorul german Gottlieb Daimler și în 1886 compatriotul său Karl Benz au produs și brevetat primele vagoane autopropulsate cu motoare pe benzină . Cu toate acestea, în ciuda învechirii motorului cu abur, designerii mașinilor timpurii au continuat să lucreze în această direcție încă câteva decenii.
În primul sfert al secolului al XX-lea s- au răspândit mașinile cu abur și mașinile electrice . În 1900, aproximativ jumătate din mașinile din SUA erau alimentate cu abur. Mașinile cu abur, electrice și pe benzină au concurat zeci de ani până când motoarele cu combustie internă pe benzină au devenit dominante în anii 1910 . (mai ales când Henry Ford a produs în serie celebrul „ Model T ” care era în producție din 1908). Cu toate acestea, motoarele cu abur au crescut în popularitate în anii 1920 din cauza creșterii prețului benzinei în comparație cu kerosen și păcură , pentru care atunci era puțină cerere și, deoarece benzina era de câteva ori mai scumpă decât combustibilii menționați mai sus, multe camioane comerciale operatorii au preferat să folosească motoare cu abur care funcționează cu combustibil lichid, mai ales că acest lucru le-a simplificat funcționarea.
Frații Stanley produceau aproximativ 1.000 de mașini alimentate cu abur pe an. În 1909, frații au deschis primul hotel de lux din Colorado ; un autobuz cu aburi conducea oaspeții de la gară la hotel , care a fost adevăratul început al turismului auto. Stanley a produs mașini alimentate cu abur până în 1927 . În ciuda o serie de avantaje (tracțiune bună, multi-combustibil), mașinile cu abur au părăsit scena în anii 1930 din cauza dificultăților lor neeconomice și operaționale.
Pentru cea mai lungă perioadă de timp, industria a produs camioane cu abur - până în anii 1960. Motoarele cu abur au fost folosite foarte activ de fermierii din SUA și Marea Britanie: există 6 tipuri de echipamente agricole cu abur care au funcționat în ferme până în anii 1950 [8] .
În Marea Britanie, camioanele cu abur au fost deosebit de populare până în 1933, când legiuitorii au introdus o taxă pe transportul de marfă în funcție de greutatea vehiculului, care dezavantaja camioanele grele cu abur în comparație cu mașinile cu carburator și, pe de altă parte, în 1934 a redus tarifele la produsele petroliere importate (pe vremea când camioanele cu abur Sentinel rulau cu cărbune local ieftin). Pasionații de mașini cu abur au tendința de a explica acest lucru ca urmare a presiunii politice din partea Statelor Unite, care la acea vreme era principalul exportator de produse petroliere. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, camioanele cu abur au fost folosite acolo până în anii 1950 și multe dintre ele continuă să funcționeze până în prezent ca autobuze de turism și piese de muzeu aflate în mișcare.
Proiecte sovietice Scurt dicționar tehnic Mașinile cu abur sunt foarte rare. Principalele dezavantaje sunt necesitatea unei rezerve mari de combustibil greu, pornire lentă din cauza încălzirii prelungite... 1934În 1948, un NAMI-012 experimental a fost construit pe șasiul YaAZ-200 de șapte tone (mai târziu MAZ-200 ). Caracteristicile unui motor cu abur cu trei cilindri erau destul de familiare: putere - 100 de litri. cu., revoluții - până la 1250 pe minut. Iar dimensiunile și greutatea s -au dovedit a fi chiar mai mici decât cele ale unui motor diesel cu cutie de viteze. Adevărat, această economisire a fost anulată de o „unitate de cazan” grea (aproximativ o tonă).
Fanii motoarelor cu abur organizează adunări, dintre care cea mai cunoscută este Great Dorset Steam Fair din comitatul britanic Dorset . Se desfășoară din 1969 și durează 5 zile. La sfârșitul festivalului are loc o paradă de mașini. În 2013, a fost înregistrat un număr record de participanți la paradă - 103 mașini cu abur [9] .
În 1906, o mașină cu aburi Stanley a stabilit un record de viteză de 205,5 km/h (127,659 mph). În anul următor, au încercat să doboare din nou recordul, dar mașina s-a prăbușit din cauza senilor denivelate. Modelul din 1907 a parcurs 50 de mile cu un rezervor de apă . Presiunea aburului necesară pentru mișcare a fost atinsă în 10-15 minute de la pornirea mașinii. Erau vehiculele preferate ale polițiștilor și pompierilor din New England .
Pe 14 mai 1913, într-o cursă din Sankt Petersburg, pe autostrada Volkhonskoye, a fost depășită o viteză de 202,1 km/h. Pilotul rus de curse Daria Rimskaya-Korsakova a accelerat o mașină Vauxhall până la 110 km/h (104,5 verste /oră) [10] .
Cea mai mare viteză pentru o mașină cu abur a fost atinsă în august 2009 de o mașină proiectată de un grup de ingineri britanici. Viteza maximă medie a noii mașini în două curse a fost de 139,843 mile pe oră sau 223,748 kilometri pe oră. În prima cursă, mașina a atins o viteză de 136,103 mile pe oră (217,7 kilometri pe oră), iar în a doua - 151,085 mile pe oră (241,7 kilometri pe oră). Mașina cu abur este echipată cu 12 cazane în care apa este încălzită prin arderea gazelor naturale . Din cazane, aburul sub presiune, cu o viteză de două ori mai mare decât viteza sunetului , este alimentat în turbină. În cazane se evaporă aproximativ 40 de litri de apă pe minut. Puterea totală a centralei este de 360 de cai putere [11] .
În Statele Unite, Comisia Consultativă Militară a Centrului de Analiză Consultativă Navală a stabilit că
„Dependența noastră de petrolul străin reduce influența noastră internațională, duce la intervenții militare în regiuni periculoase ale lumii, finanțează acele țări și persoane care doresc să ne facă rău și slăbește economia noastră, dependența noastră și utilizarea ineficientă a produselor petroliere pun în pericol trupele noastre. ” [ 12]
Locomotivele cu abur funcționează bine la altitudini mari, deoarece eficiența lor nu scade din cauza presiunii atmosferice scăzute. Locomotivele cu abur sunt încă folosite în regiunile muntoase din America Latină, în ciuda faptului că în zonele joase au fost de mult înlocuite cu tipuri mai moderne de locomotive.
În Elveția (Brienz Rothhorn) și Austria (Schafberg Bahn), noile locomotive cu abur care utilizează abur uscat și-au dovedit valoarea. Acest tip de locomotivă cu abur a fost dezvoltat de la modelele Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) din anii 1930 , cu multe îmbunătățiri moderne: utilizarea rulmenților cu role, izolarea termică modernă, arderea fracțiilor de ulei ușor ca combustibil, conducte de abur îmbunătățite etc. ca urmare, astfel de locomotive au un consum de combustibil cu 60% mai mic și cerințe de întreținere semnificativ mai mici. Calitățile economice ale unor astfel de locomotive sunt comparabile cu cele moderne diesel și electrice.
Un motor cu abur care evacuează abur în atmosferă va avea o eficiență practică (cazan inclus) de 1 până la 8%, dar un motor cu condensator și extinderea căii de curgere poate îmbunătăți eficiența cu până la 25% sau chiar mai mult. O centrală termică cu supraîncălzire și încălzire regenerativă a apei poate atinge o eficiență de 30-42%. Instalațiile cu ciclu combinat, în care energia combustibilului este utilizată mai întâi pentru a antrena o turbină cu gaz și apoi la o turbină cu abur, pot atinge o eficiență de 50 - 60% . În ciuda faptului că în momentul de față ciclul combinat este utilizat în instalațiile mari de energie, BMW a făcut o presupunere cu privire la posibilitatea utilizării lui în mașini. Se presupune că va folosi gazele de eșapament ale mașinii pentru a acționa o mică turbină cu abur [13] .
Una dintre cele mai moderne evoluții în această direcție este motorul radial britanic cu abur „Cyclone Mark 5” ( Eng. Cyclone Mark V Steam Engine ) folosit pentru a stabili un record mondial de viteză în 2009 - cu o greutate de 152 kg, dezvoltă 100 CP. . Cu. și are o eficiență de 34%. Dezvoltatorii atrag atenția asupra unor avantaje precum fiabilitatea, puritatea gazelor de evacuare datorită netedei arderii combustibilului, simplitatea și costul scăzut de producție în comparație cu un motor diesel de aceeași putere [14]
În multe industrii ( cărbune , turbă , agricultură) există o situație în care combustibilul solid ieftin, de calitate scăzută, este utilizat pentru diverse nevoi casnice, cum ar fi încălzirea, uscarea materiilor prime și altele asemenea. Numai în Statele Unite, cantitatea de biomasă care poate fi utilizată ca combustibil pentru vehicule ajunge la un miliard de tone pe an, dar în prezent, programele guvernamentale sunt concentrate în cea mai mare parte pe dezvoltarea unei tehnologii de producere a combustibililor sintetici lichizi din biomasă ( și anume etanol și biomotorină), ceea ce duce în cea mai mare parte la cheltuirea fondurilor pentru subvenții de stat și la o creștere a prețului alimentelor, în timp ce utilizarea combustibilului solid sintetic ( pelete de rumeguș ) se limitează în cea mai mare parte doar la încălzire.
Aproximativ 80 de milioane de tone de bambus sunt cultivate în India în fiecare an . Guvernul Indiei a înființat Misiunea națională de aplicare a bambusului (NMBA). Din 1996 până în 2006, în India au fost construite 101 centrale electrice pe biomasă, cu o capacitate totală de 750 MW. În total, peste 540 de milioane de tone de diferite plante sunt cultivate anual în India, dintre care majoritatea nu sunt utilizate în prezent.
Bagasul din trestie de zahăr este folosit în Brazilia ca combustibil în centralele electrice . În 2000, aproximativ 50 de milioane de tone de biomasă au fost produse în Brazilia. În 2001, Brazilia avea 1.350 MW de centrale electrice pe biomasă.
În contextul unei creșteri puternice a prețurilor la produsele petroliere și al forfeței de preț care rezultă între combustibilii lichizi și solizi , aceste industrii pot fi interesate de dezvoltarea motoarelor cu abur economice moderne [15] [16] , atât pentru generarea de energie electrică pentru propria lor energie. nevoi, și pentru utilizarea lor ca motoare , eventual în motoare hibride [17] . Cu toate acestea, în prezent, cultura de funcționare a motoarelor cu abur în cea mai mare parte a fost pierdută de mult, iar producătorii de motoare cu abur au trecut de mult la producția de motoare cu ardere internă. Deci nu este de așteptat ca motoarele moderne cu abur compacte să apară în curând pe piață.
Una dintre primele tendințe de gen care vorbește despre un tânăr inventator remarcabil și despre invențiile sale este edisonada secolelor XIX-XX [18] . Un exemplu timpuriu al acestui gen este Steam Man on the Prairie (1868) de Edward S. Ellis pentru adolescenți .
Deși mașinile cu abur existau de mult până când Casa cu aburi a lui Jules Verne a fost scrisă în 1880, elefanții mecanici alimentați cu abur au fost primii plimbători din literatură și au servit drept prototip pentru faimoasele mașini de război imperiale din „ Războiul Stelelor ”. " lumi (plimbători grei AT-AT ).
Mașina cu abur este unul dintre atributele semnificative ale culturii steampunk (steampunk) și derivaților acesteia [19] .
Serialul american de televiziune post-apocaliptic Revolution prezintă autobuze cu abur și motociclete în mai multe episoade .
1857 „Red Devil Steamer” [20]
Tractor cu abur. O.K. 1900-1913
Mașină de turism albă (1909). Avea un motor cu abur de design perfect, folosind abur supraîncălzit
Stanley Steamer , 1912
Motorul cu doi cilindri compus cu dublă expansiune „ Stanley Steam” nu avea nevoie de transmisie și era conectat direct la axa mașinii. Putere 6 CP
Mașină cu aburi Pearson-Cox, ca. 1919
Stanley Steamer Seria 740 în 1924.
Cazan vertical al vagonului cu abur Sentinel.
Mașină de 5 tone a companiei engleze Sentinel (Sentinel 1924-1935). Focarul este instalat în fața șoferului, care este și burghier
Camionul cu abur VBT Sentinel din 1933 era mai avansat din punct de vedere tehnic și avea un focar automat, astfel încât să nu distragă atenția șoferului de la conducerea mașinii.