XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Паровой двигатель и двигатель Стирлинга, конструирование, демонстрация и исследование
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В современном мире все зависят от электричества, трудно представить без электроэнергии любой крупный город. Ни для кого не секрет, что человечество могло бы беречь природу, и тратить меньше электричества, но я думаю, будущее за давно открытыми паровыми и тепловыми двигателями, которые необходимо совершенствовать. Именно о них и будет мое исследование. Эта тема заинтересовала меня случайно. Однажды, я смотрел передачу Галилео, в которой демонстрировали принцип работы двигателя Стирлинга. Меня очень заинтересовала эта передача, я попросил дедушку помочь сконструировать в домашних условиях паровой двигатель и увлекся процессом так, что убедил родителей приобрести маленькую копию двигателя, для того, чтобы я мог углубиться в изучение этой темы и наглядно проверить, удостовериться в его работе. Итак, когда долгожданная посылка приехала- я незамедлительно приступил к распаковке и запуску.
Современные технологии основаны на достижениях научно-технического прогресса и ориентированы на производство продукта. Но корни технологических достижений можно проследить до древних времён. В погоне за новизной, мы часто забываем о технологиях, которые когда-то были передовыми, но сегодня кажутся устаревшими. Да, энергия пара не просто исторический артефакт, а символ инженерного гения, который позволил человечеству совершить гигантский скачок в развитии.
Изобретение паровой машины шотландцем Джеймсом Уаттом в 1763–1775 годах дало старт промышленной революции. Паровые машины позволили многократно увеличить добычу полезных ископаемых, выплавку металлов, производство всевозможной промышленной и сельскохозяйственной продукции, объёмы и скорости сухопутных и водных, грузовых и пассажирских перевозок.
Именно поэтому я решил создать проект, посвященный этой технологии. Тогда пар был символом прогресса.
Актуальность
Актуальность изучения паровых машин заключается в том, что их принцип работы лежит в основе многих современных технологий, включая производство электроэнергии. Паровые турбины, являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии.
Ключевые идеи термодинамики и механики, разработанные в эпоху паровых двигателей, позволили лучше понять динамику потоков и энергии. Это, в свою очередь, открыло путь к созданию реактивных и поршневых двигателей, используемых в авиации.
Идея использования пара как рабочего агента продолжила влиять на проектирование современных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Современные котельные установки применяют аналогичные принципы для создания комфорта в зданиях.
Проблема.
Несмотря на важность паровых машин, их принцип работы не всегда понятен, особенно для молодого поколения. Отсутствие доступных и интерактивных моделей затрудняет изучение этой темы.
Гипотеза.
Демонстрация работы двигателя Стирлинга, должна доказать, что он основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела, работа двигателя должна дать энергию и запустить в работу лампочку, при этом не нанося вреда экологии. А создание рабочей модели парового двигателя своими руками, вовлечет меня в процесс изучения принципа его работы и повысит интерес к актуальной теме.
Цель.
Цель проекта - создать действующую модель паровой машины, которая будет служить наглядным пособием для изучения ее принципов работы. Продемонстрировать работу теплового двигателя на примере уменьшенной копии.
Задачи.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
* Изучить историю тепловых и паровых машин и их эволюцию.
* Провести теоретический анализ принципа действия парового и теплового двигателя.
* Исследовать актуальность применения паровых двигателей в современном мире.
* Рассмотреть альтернативные области применения "паровой и тепловой" энергии.
* Сконструировать паровой двигатель самостоятельно.
* Продемонстрировать модель двигателя Стирлинга.
* Провести запуск теплового и парового двигателей.
* Подготовить описание моих исследований.
Методы исследования
-Эмперический ( наблюдение, эксперимент, измерение)
-теоретический (изучение литературы, анализ).
Глава 1 Паровая машина.
1.1. Определение, история развития, классификация парового двигателя
Паровая машина или паровой двигатель — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу. (рис 1)
История развития
История открытия и развития парового двигателя начинается примерно в 75 году нашей эры, когда математик Геро в одном из своих трудов представил план создания элементарного парового двигателя. Его конструкция представляла собой полую сферу с изогнутыми трубками, выступающими с обеих сторон. Если наполнить сферу водой и поместить её над огнём, тепло испарит воду; образующийся пар будет выходить по трубкам, заставляя сферу вращаться.
Паровая машина, возможно, была создана и использована Фердинандом Вербистом около 1672 года в его изобретении — игрушке на паровом двигателе, сделанной для китайского императора. Первая же достоверно известная паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном, который воплотил теорию в реальность с помощью устройства, похожего на цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. При охлаждении и конденсации возникающий вакуум тянул поршень обратно вниз.
В 1698 году английский учёный Томас Севери запатентовал первый паровой двигатель — паровой насос, в основу которого не входили цилиндр с поршнем или какие-либо другие детали, приводимые в движение. Однако пар для работы насоса генерировался в отдельном котле.
В 1705 году Томас Ньюкомен изобрёл паровую машину, которая с помощью пара, вырабатываемого котлом с кипящей водой, приводила в движение поршневой насос для откачки воды из шахт.
В 1769 году Джеймс Уатт усовершенствовал машину Ньюкомена и Ползунова, добавив отдельный конденсатор и иную технику.
Паровая амфибия Оливера Эванса была разработана американским изобретателем в 1804 году. Это транспортное средство стало первой самодвижущейся повозкой в США. Заказчиком выступил совет по здравоохранению Филадельфии. Машина должна была использоваться для чистки рек и работ в местных доках. Амфибия Эванса до наших дней не сохранилась. (рис 2)
В XIX веке паровые машины быстро совершенствовались. Ричард Тревитик в 1804 году построил первый паровоз, который мог перевозить грузы. Роберт Фултон в 1807 году создал пароход «Клермонт», который стал первым коммерчески успешным пароходом.
В России первый паровой двигатель создал Иван Ползунов в 1765 году в Петербурге. Техника имела вид конструкции с вертикальным паровым котлом и парой цилиндров. Состав из котла направлялся в цилиндры, где его расширение вызывало движение поршней. Последнее затем передавалось через механизмы на вращающийся вал, который мог использоваться для привода механизмов. 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. Паровая машина Ползунова имела мощность 40 лошадиных сил и была, как и двигатели Ньюкомена, атмосферической машиной. (Рис 3)
Паровые двигатели привели к взрывному росту промышленности в XVIII–XIX веках. Железнодорожные составы, корабли, водяные насосы, станки на заводах и фабриках, котельные, первая моторизированная сельская техника, деревообрабатывающие предприятия, ранние автомобили и грузовики — всё держалось на паровых двигателях, пока их не заменили электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания в конце XIX — начале XX веков. (Рис. 4)
Однако в середине 20 в. паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами, коэффициент полезного действия которых выше. В своём развитии паровые машины способствовали появлению новых областей знания; созданные на основе производственного опыта паровые машины поставили перед учёными ряд вопросов, разрешение которых создало новую науку – техническую термодинамику.
Классификация.
Паровые машины разделяются:
-по назначению – на стационарные, нестационарные (передвижные и транспортные);
- по принципу работы поршневые и турбинные паровые двигатели
-по используемому пару – на низкого давления (до 1,2 МПа), среднего давления (до 6 МПа), высокого давления (свыше 6 МПа);
-по числу оборотов вала – на тихоходные (до 50 об/мин), быстроходные (до 1000 об/мин);
-по давлению выпускаемого пара – на конденсационные (давление в конденсаторе 0,01–0,02 МПа); выхлопные (давление 0,11–0,12 МПа); теплофикационные с отбором пара на нагревательные цели или для паровых турбин (давление от 0,12 МПа до 6 МПа) в зависимости от назначения отбора (например, отопление, регенерация, технологические процессы);
-по расположению цилиндров – на горизонтальные, наклонные, вертикальные;
-по числу цилиндров – на одноцилиндровые, многоцилиндровые, сдвоенные, строенные и др., в которых каждый цилиндр питается первичным паром одних и тех же параметров (включены параллельно).
1.2. Понятия о работе паровой машины, область применения
Паровая машина — тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня.
Принцип работы паровой машины включает несколько этапов:
Нагрев воды в котле за счёт сжигания горючего (угля, дров, нефти или газа). Под действием тепла вода превращается в пар.
Полученный состав под давлением идёт в цилиндр, где происходит его расширение. Последнее приводит к поршневому перемещению для создания механического движения.
Поршневой ход преобразуется во вращение вала с применением специальных узлов (кривошипно-шатунного механизма или зубчатых передач).
Отработавший пар выводится из цилиндра в атмосферу или конденсируется для повторного использования.
Далее цикл повторяется, обеспечивая непрерывное вращение вала.
Для снижения тепловых потерь цилиндр паровой машины окружается паровой рубашкой (камерой для поддержания примерно постоянной температуры стенок цилиндра). (рис. 5), (рис 6)
В настоящее время паровая машина применяется для привода насосов, используемых в качестве резервных или при наличии источника пара, в условиях недоступности электроэнергии или невозможности применения электроэнергии или двигателя внутреннего сгорания по условиям пожарной безопасности. Поршневая паровая машина двойного действия без кривошипно-шатунного механизма используется для линейного привода поршневого насоса. Промышленностью выпускаются вертикальные и горизонтальные паровые насосы типа ПДВ и ПДГ, соответственно.
Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.
1.3. Парораспределение
Парораспределение — это автоматическое управление распределением пара в различных технических устройствах, а также системы для такого распределения.
В паровых турбинах парораспределение может быть:
Дроссельным. Изменение расхода пара сопровождается изменением параметров всего количества пара, поступающего в турбину, путём одновременного открытия или закрытия регулирующих клапанов.
Сопловым. Изменение расхода пара осуществляется путём последовательного (поочерёдного) открытия или закрытия регулирующих клапанов, подающих пар к определённым группам сопел.
Обводным (байпасным). Во всех ступенях турбины пар подводится по всей окружности.
В паровых машинах периодического действия (паровозных двигателях, паровых молотах и др.) парораспределением называют управление процессами впуска/выпуска пара в цилиндр. Различают поршневое, клапанное, крановое и золотниковое парораспределение. При поршневом парораспределении чередующееся открытие и закрытие впускных и выпускных окон цилиндра производится непосредственно кромкой самого поршня (прямоточная паровая машина), при клапанном – клапанами, при крановом – кранами. Наиболее распространено золотниковое парораспределение.
В большинстве возвратно-поступательных паровых машин пар изменяет направление движения в каждом такте рабочего цикла, поступая в цилиндр и выходя из него через один и тот же коллектор.
Сжатие
Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку», замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.
Опережение
Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объём цилиндра.
Простое расширение
Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.
Компаунд
В паровой машине "одиночного расширения" пар под давлением парового котла впускается в цилиндр и начинает двигать поршень. Чтобы поднять эффективность машины, в определённый момент хода поршня (точка отсечки) впускной паровой клапан закрывается (например на 25% хода поршня), а уже впущенный пар (рабочее тело) продолжает расширяться, двигая поршень до окончания его хода. После этого, отработанный пар выпускается либо в атмосферу, либо в конденсатор. Более раннее закрытие впускного клапана увеличивает степень расширения рабочего пара, что в идеальных условиях позволяет пару совершить больше полезной работы. Компаунд-машины стали эффективным решением этой проблемы посредством разделения одного цилиндра на несколько, работающих при разных температурах. В ней высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого, отработанный пар с более низкой температурой и давлением перекачивался в цилиндр (или цилиндры) низкого давления, где он продолжал своё расширение. Это уменьшило перепад температуры стенок цилиндров в течение каждого цикла, что в целом снизило тепловые потери и улучшило коэффициент полезного действия паровой машины. (рис. 7)
Множественное расширение
Развитием стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четырёхкратного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объём которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах. (рис. 8)
Изображение показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра. Прямоточные паровые машины (рис.9)
Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остаётся более или менее постоянным.
Паровые турбины
Паровая турбина представляет собой барабан либо серию вращающихся дисков, закреплённых на единой оси, их называют ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закреплённых на основании, называемых статором. (Рис. 10) Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии. Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса. Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение. (Рис. 11)
Глава 2. Использование паровой машины (пароходы, паровозы, автомобили и электростанции).
2.1. Первый пароход
Считается, что первый пароход построил американец Роберт Фултон в 1807 году - его корабль с гребным колесом назывался "Клермонт" (рис 3). Поначалу Фултон пытался с помощью пара приводить в движение весла, но затем обратился к более удачной идее колеса. Первый винтовой пароход построил в 1838 году англичанин Френсис Смит.(Рис.12)
Использование гребных винтов вместо гребных колес позволило значительно улучшить ходовые качества пароходов.
2.2. Первый паровоз
Первый паровоз построил британец Ричард Тревитик. Это была повозка с паровым двигателем, двигающаяся по рельсам со скоростью 7 км/ч и перевозившая состав весом 7 тонн. (Рис.13)
В 1804 году для испытания паровоза Тревитика в Лондоне построили небольшую рельсовую дорогу. В наше время и пароходы, и паровозы уже давно стали исторической диковинкой, которую, правда, можно встретить в самых разных странах.
2.3. Первый паровой автомобиль
«Первый паровой автомобиль – телега Кюньо» (Рис.14)
"Телега" Кюньо развивала скорость около 2-4 км/ч и могла перевозить до 3 тонн груза. Эксплуатировать ее было сложно - для поддержки давления пара, которое быстро падало, приходилось каждые четверть часа останавливаться и зажигать топку. В конце концов, в очередной испытательной поездке Кюньо и кочегар (между прочим, кочегар по-французски звучит как "шоффер", откуда и произошло затем слово "шофер") потерпели аварию на крутом повороте, отчего котел взорвался, наведя шуму на весь Париж.
2.4. Пароэлектростанция
Одно из главных задач энергетики – выработка электроэнергии. Принцип действия паровой электростанция является электрогенератор приводимый в действие паром: вода нагревается, испаряется и вращает паровую турбину, которая приводит в действие электрогенератор. По сути, электростанции отличаются между собой лишь способом нагрева воды и перевода в другое агрегатное состояние.
Поршневые паровые двигатели использовались в качестве источников механической энергии с XVIII века, при этом Джеймс Уатт внёс в них значительные усовершенствования. Самые первые коммерческие центральные электростанции в Нью-Йорке и Лондоне, построенные в 1882 году, также использовали поршневые паровые двигатели.
Принцип действия паровой электростанция является электрогенератор приводимый в действие паром: вода нагревается, испаряется и вращает паровую турбину, которая приводит в действие электрогенератор. (Рис.15)
Глава 3 Конструирование парового двигателя и демонстрация двигателя Стирлинга.
3.1. Конструирование парового двигателя
Для реализации идеи с конструированием собственного парового двигателя мне было необходимо составить техническое задание:
- в сети интернет найти аналоги паровых двигателей
- по примеру аналогов составить список необходимых деталей
- найти в гараже/приобрести в магазине нужные детали будущего двигателя
- учитывая сложность строения и опасность для детей, привлечь старшего (дедушку) к реализации задумки
- спроектировать будущий двигатель
- согласно проекту сконструировать двигатель
- произвести пробный запуск
Благодаря помощи дедушки- Егорова Игоря Геннадьевича, мы приступили к работе.
1. Для того, чтобы построить паровой двигатель, в первую очередь сделаем основание (подставку) : подготовим фанеру, линейку, карандаш. С помощью электролобзика, электрорубанка и электрофрезы мы сделали очень надежное основанеие (рис. 16, 17) к ней мы будем крепить крепежные элементы.
2. Выпиливаем крепежные элементы. (рис.18) Прикрепляем их к подставке и получилась основа, на которую мы присоединим все элементы. (рис.19)
3. Следующим этапом необходимо соединить герметично тубу шприца и баночку, в которой будем кипятить воду. Соединили все это холодной сваркой. (рис. 20,21)
4. Закрепляем сд-диск на моторчике, который будет вырабатывать электрический ток для лампочки.
5. С помощью паяльника и проводов соединяем электродвигатель и лампочку.
6. С помощью дрели пробуем запустить электродвигатель и проверяем его на работоспособность (электродвигатель используем как генератор).
7. Соединяем тягой (шатуном) паровой двигатель и электродвигатель.
8. Заливаем воду в баночку, ставим две свечки и ждем закипания.
9. Характерное кипение воды будет слышно, после чего подталкиваем диск на прокручивание (рукой).
10. Паровой двигатель запустился и крутит диск с электродвигателем.
11. Работу двигателя мы увидим и услышим по характерному шуму работы любого поршневого двигателя, лампочка загорелась, а значит мы добились работы нашей конструкции, парового двигателя. (Рис 22)
12. Запечатлеем самодельный двигатель с загоревшейся лампочкой. Наш двигатель работает, эксперимент удался. Благодарю дедушку за терпение и помощь. (Рис.23)
3.2. Двигатель Стирлинга, демонстрация работы
Двигатель Стирлинга был изобретён шотландским священником Робертом Стирлингом 21 сентября 1816 года в городе Эдинбург, столица Шотландии. 27 сентября 1816 года Роберт получил патент на изобретение.
Стирлинг разработал своё устройство из богоугодных соображений, поскольку паровые машины того времени часто взрывались, а его устройство было безопаснее. Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой рабочее тело, в виде газа или жидкости, движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Родители приобрели для меня копию двигателя Стирлинга, открыв упаковку я был в восторге! Он очень красивый (Рис. 24) . Итак, запускаем!
Нагреваем тепловой элемент огнем и двигатель запускается, горит маленькая лампочка. (Рис. 25) Далее добавляем тепла, двигатель выдает еще больше энергии и теперь присоединим фонарик с usb выходом. (рис. 26)
Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Рабочий цикл протекает в четыре этапа: сжатие, нагревание, рабочий ход, охлаждение.
Первый этап. Происходит нагрев воздуха в основании цилиндра. Разогретый внутри него воздух создаёт давление, которое заставляет рабочий поршень двигаться вверх.
Второй этап. Приведённый в действие маховик (благодаря ему работа обоих поршней строго синхронизирована) с помощью толкающей штанги «отправляет» вытеснительный поршень вниз, который в свою очередь выдавливает разогретый воздух вверх в охлаждающую камеру.
Третий этап. В камере воздух остывает и сжимается, давая возможность рабочему поршню опуститься вниз.
Четвёртый этап. Вытеснительный поршень движется вверх, одновременно вытесняя охлаждённый воздух в основание цилиндра, после чего цикл возобновляется.
3.3. Применение пара в промышленности и быту
Пар как теплоноситель. Наиболее часто пар используется в качестве теплоносителя. Вызвано это тем, что процесс фазового перехода «вода - пар» требует очень большого количества энергии. Соответственно, и обратный процесс – конденсация – протекает с выделением большого количества энергии. Таким образом, пар очень удобно использовать для отопления помещений, нагрева различного рода сред, химических реакторов, процессов варки и т.п. (Рис.27)
В других случаях нужен непосредственный контакт пара с разогреваемой средой. Это может быть необходимо при пропарке бетонных изделий, продукции легкой промышленности, при использовании пара в качестве греющей среды в особого рода теплообменниках.
При непосредственном контакте пар весьма эффективен в качестве «увлажнителя». Он применяется для пропарки древесины, комбикорма, изделий легкой промышленности, в различных технологических процессах, требующих одновременно нагрева и увлажнения.
Насыщенный водяной пар используется в строительной отрасли и коммунальном хозяйстве для предотвращения смерзания в бункерах инертных веществ, разогрева вязких сред, в производстве железобетонных изделий, фанеры, в кондитерском, консервном и ином пищевом производстве, в химической и парфюмерной промышленности, в деревообрабатывающих производствах, в сельскохозяйственном производстве.
Водяной пар так сильно вошел в нашу действительность, что сейчас очень сложно предположить себе нашу жизнь без него. Лишь задумайтесь, насколько часто, практически каждый день, мы используем устройства, действие которых основывается на применении водяного пара. Как сегодня человек может прожить в отсутствии таких предметов как, например, электроутюг с функцией пара, или же пароварка. Пар или его сила применяется кругом, тот же паропылесос или системы отопления, или паровая кабинка, заменяющая в наш век традиционную баню, или же паровой двигатель. Если мы воспользуемся паром в кулинарии, то сможем не только приготовить аппетитный обед, но и сберечь в нем все полезные витамины, минералы и микроэлементы. Если затронуть уборку комнат, тогда нужно упомянуть тот факт, что использование пара в этой сфере позволяет не только сражаться с грязью, но и проводить дезинфекцию, убивая бактерии и вредные микроорганизмы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Тепловые двигатели играют важную роль в жизни человека. Например, паровые турбины используются на водном транспорте, на АЭС, на ТЭЦ, которые вырабатывают более 80% энергии для страны. Сложно сегодня представить жизнь без них.
Преимущества паровых двигателей: высокая надёжность, допустимость продолжительных перегрузок, долговечность, низкие расходы на эксплуатацию и простота в обслуживании.
Недостатки: низкий КПД, громоздкость конструкции и тихоходность.
Изобретение парового двигателя в XVIII веке стало главным толчком развития промышленности по всему миру.
Тепловые двигатели в настоящее время являются основными преобразователями топлива в другие виды энергии, и без них был бы невозможен прогресс в развитии современной цивилизации.
Однако все виды тепловых двигателей являются источниками загрязнения окружающей среды.
Я справился с поставленными задачами, а насколько хорошо, это оценит жюри. Мои цели достигнуты.
Гипотеза доказана, демонстрация работы двигателя Стирлинга показывает, что он основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела, работа двигателя дает энергию и запускает в работу лампочку, при этом не нанося вреда экологии. Гипотеза о моей вовлеченности в конструирование двигателя в домашних условиях так же доказана. Это были очень увлекательные этапы работы.
Демонстрация модели двигателя Стирлинга на уроках как наглядного пособия поможет учащимся познакомиться с работой и принципом действия этого двигателя. Кроме того, такую модель можно использовать в быту как доступный источник энергии, а также как устройство обучения или развлечения и даже необычный подарок юным (может и взрослым) физикам. Благодарю за внимание.
Список литературы:
Абрамов А., Фролов И. «Самодельная паровая турбина» (издательство «Детская литература», 1936);
Кириллов И.И., Иванов В.А., Кириллов А.И. «Паровые турбины и паротурбинные установки» (издательство «Машиностроение. Ленингр. Отд-ние», 1978);
Моррис Н. «Индустриальная революция: от паровой машины Уатта до „Капитала“ Маркса» (издательство «Амфора», 2014);
Перышкин А. В. «Физика», учебник для 8 класса средней школы (2019);
Радциг А.А. «Джемс Уатт и изобретение паровой машины» (издательство «ЁЁ Медиа», 2012);
Юинг Д.А. «Паровая машина и другие тепловые двигатели» (издательство «Типо-литогр. С. В. Кульженко», 1904).
«Паровые машины. История, описание и приложение их» (1838);
Брандт А. А. «Очерк истории паровой машины и применения паровых двигателей в России» (1892);
Тонков Р. Р. «К истории паровых машин в России» («Горный журнал», №6, 1902);
Лебедев В. И. «Занимательная техника в прошлом» (Ленинград: «Время», 1933);
Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники / Под ред. С. И. Вавилова. — М., Л.: Гос. изд-во техн.-теоретической лит-ры, 1948;
Конфедератов И. Я. «Иван Иванович Ползунов» (М. — Л.: Госэнергоиздат, 1954).
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8 Рис. 9
Рис. 10 Рис. 11
Рис. 12 Рис. 13
Рис. 14 Рис. 15
рис.16 рис. 17
Рис 18.
рис.19
рис. 20
р ис. 21
Рис. 22
Рис. 23
Рис. 24
Рис. 25
Рис.26
Рис. 27