Паровой двигатель
Кто бы мог подумать, что техническое развитие дойдёт до такого уровня, что пар начнёт служить людям. Что все смогут передвигаться по земле без лошадей, а по морю без парусов, и даже, вы не поверите, летать! Как вы уже догадались, сейчас пойдёт речь о величайшем достижении орлесианских учёных, о паровом двигателе. Это изобретение имеет следующий принцип действия: оно имеет паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень, движение которого передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за раздельного размещения котла от паровой машины, они могут использовать практически любой вид топлива, от дров, угля и торфа до мазута. Первые прототипы парового двигателя стали появляться ещё XVI веке. Но они были настолько несовершенными, что использовать на практике их не было возможным. Высокая ненадежность и очень низкий КПД. Прогресс не стоял на месте, и наконец, в XVII в. появились уже вполне надёжные и работоспособные экземпляры. Это открытие дало огромный толчок практически во всех сферах жизнедеятельности. На фабриках стали использовать огромные станки на паровых двигателях, что увеличило производство во много раз. Экономика резко пошла в рост. Появились корабли, которые уже не зависели от ветра и имели более высокую скорость. На суше стал появляться транспорт способный двигаться без лошадиной тяги. Сегодня невозможно представить себе мир без этой чудо-техники. В основе многих сегодняшних технических новинок лежит паровой двигатель.
Примеры использования парового двигателя
Транспортные средства
-----------------------------------------------------
Паровоз — первое в мире тяговое транспортное средство, предназначенное для применения на железной дороге, в качестве двигателя использующее паровую машину. Хотя первый паровоз появился не так уж и давно по вампирским меркам, его роль в экономике уже стала очень значительной. Благодаря железнодорожному пути Дракенфурт — Бругге поставки сельскохозяйственных товаров, различного сырья, разного рода ресурсов и прочего тяжёлого груза увеличились в несколько раз, поскольку скорость паровоза значительно выше, чем у лошадей.
Паровоз имеет три основные взаимосвязанные части: паровой котёл, паровая машина и экипаж.
Подробнее о конструкции
Паровой котёл — установка, предназначенная для генерации насыщенного или перегретого пара, а также для подогрева воды, путём выделения теплоты, полученной при сжигании топлива и перехода его алхимической энергии в тепловую.
-----------------------------------------------------
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого 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 преобразовывает энергию пара в механическую работу.
-----------------------------------------------------
Экипаж паровоза — конструктивная часть тяговой железнодорожной единицы (паровоза), обеспечивающая её движение в рельсовой колее. Экипажная часть является основой паровоза, непосредственно обеспечивающей безопасность движения.
Паровой котёл служит для получения пара, то есть является первичным источником энергии. Пар на паровозе является основным рабочим телом во многих устройствах и механизмах и прежде всего в тяговой паровой машине, которая преобразует энергию пара в возвратно-поступательное движение поршня, которое в свою очередь с помощью кривошипно-шатунного механизма трансформируется во вращательное, заставляя крутится движущие колёса. Помимо этого, пар служит для привода паровоздушного насоса, паротурбогенератора, а также используется в звуковых сигналах — свистке и тифоне. Экипаж паровоза, состоящий из рамы и ходовых частей, является как бы передвижным основанием (остовом) паровоза и служит для несения оборудования и для передвижения паровоза по рельсам. Также иногда в основные части паровоза включают и тендер — прицепляемый к паровозу вагон, служащий для хранения запасов воды и топлива.
Помимо поставок товаров и сырья, паровоз так же используется для перевозки пассажиров между соседними государствами. И хотя некоторые уж больно консервативные и недоверчивые граждане (преимущественно вампиры, помнящие себя исключительно верхом на коне) до сих пор с опаской посматривают на гудящее металлическое сооружение, выпускающее пар, но большинство аристократов и совершенно все представители человеческой расы уже оценили комфортабельность поездок на паровозе и ощутили значительную разницу в удобстве между паровозом и каретой.
-----------------------------------------------------
Пароход — судно, приводимое в движение паровой машиной. Ещё одно очень полезное транспортное средство, позволяющее перевозить по воде товары на дальние расстояния. Таким образом, благодаря появлению пароходов, были открыты торговые морские пути от Дракенфурта к Орлею, Хастиасу и Хурбастану. Это позволило в значительно короткие сроки производить торговлю с соседствующими государствами, тем самым укрепив рыночные отношения и увеличив товарообмен. Кроме этого, благодаря пароходам, стало возможным перевозить скоропортящиеся товары и ценные грузы, поскольку на пароходах возможна регулировка температуры, необходимая для длительного хранения продуктов, а так же вероятность сохранения ценных грузов увеличивается в несколько раз.* Помимо этого, появление пароходов позволило уменьшить процент безработицы среди простого населения, особенно моряков, поскольку для обслуживания такого транспортного средства требуется большое количество рабочей силы.
Пароходы с паровой машиной могут оснащаться гребными колёсами или гребными винтами. Гребной винт у пароходов устанавливается на одном валу с паровой машиной. У пароходов с турбиной гребной винт чаще приводится через редуктор.
Подробнее о конструкции
Гребное колесо — вид движителя, используемый с древних времен для приведения в движение лодок и кораблей. Представляет собой большое колесо, снабженное лопастями, которые погружаются в воду.
Основная проблема при использовании гребного колеса — низкая маневренность при плохих погодных условиях, а также большая зависимость от осадки судна. При сильной качке колесо может полностью выходить из воды, делая нормальное движение невозможным. Также на волнении колеса подвергались большим ударным нагрузкам, выводившим их из строя.
-----------------------------------------------------
Гребно́й винт — наиболее распространённый движитель судов, представляет собой тело, напоминающее по форме крылья ветряных мельниц. Винт состоит из муфты и прикрепленных к ней лопастей числом от 2 и более и насаживается на конец гребного вала, приводимого во вращение судовым двигателем. При вращении винта каждая лопасть вследствие своего уклона будет отбрасывать воду назад; реакция этой отбрасываемой воды и заставляет корабль двигаться вперед или назад, в зависимости от направления вращения винта.
-----------------------------------------------------
Турбина — двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.
-----------------------------------------------------
Редуктор (механический) — механизм, передающий и преобразующий вращающий момент, с одной или более механическими передачами. Обычно редуктором называют устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу, повышая при этом вращающий момент.
Промышленные средства
Появление паровой машины открыло возможность для создания различного рода изобретений, благодаря которым упрощался ручной труд и повышалась производительность. Теперь основная доля усилий в промышленном производстве пала на механизированные орудия, а не на рабочих, как было ранее. Таким образом, на фабриках и заводах появились целые цеха, сплошь заполненные инновационным оборудованием. Век механизированных изобретений произвёл фурор в промышленности и экономике, подняв тем самым быт на более высокий уровень.
-----------------------------------------------------
Гидравлический пресс
С созданием гидравлических прессов наметились два основных направления их использования: в технологии прессования (выдавливания) металла через отверстие матрицы и в ковочно-штамповочных производствах (ковка, объемная и листковая штамповка). Используются гидравлические прессы для волочения крупногабаритных труб и профилей, для испытаний материалов. Так же гидравлический пресс предназначался для штамповки небольших предметов малой толщины, паровозных деталей: поршней, крейцкопф, рессор, хомутов, кривошипов и др.
Так же была предпринята успешная попытка применения пресса для ковки стали, чтобы изготовить из слитков стволы орудий.
-----------------------------------------------------
Пароатмосферная машина
Принцип действия пароатмосферной поршневой машины заключается в следующем: внутри цилиндра двигается поршень, связанный с одним концом балансира. Другой конец балансира соединяется со штангами водоотливного насоса. Пар поступает в цилиндр из котла при открытом кране и поднимает поршень, который уравновешивается весом насосной штанги и добавочного груза. При достижении поршнем верхнего положения кран закрывается. Ранее пар конденсировался благодаря охлаждению цилиндра водой извне, а в настоящий момент вследствие впрыскивания в цилиндр холодной воды из резервуара через кран. Движение поршня вниз обеспечивается атмосферным давлением; при этом поднимаются насосные штанги и вода откачивается. Охлаждающая вода и сконденсировавшийся пар удаляются из цилиндра по трубе — излишний пар выпускается из котла через предохранительный клапан. Затем цилиндр с котлом снова сообщаются, и пар помогает противовесу вернуть поршень в исходное положение. В этой конструкции паровой двигатель органически соединен с насосом. Но конструкция усовершенствовалась и теперь ручное открывание, и закрывание кранов заменено автоматическим. Эти машины широко используются на оловянных рудниках, в угольных бассейнах. Их применяют не только на рудниках, но и в системе водоснабжения и в гидротехнических сооружениях.
-----------------------------------------------------
Паровой молот
Крупные изменения претерпела техника ковки. Процесс ковки продолжал совершенствоваться, находя новые области применения в различных отраслях металлургической и особенно машиностроительной промышленности. На более высокий уровень поднялась практика конструирования кузнечного оборудования, возросли его мощности. Изначально в паровом молоте сила удара определялась массой падающих частей (поршня, штока и бабы с бойком) и высотой их падения. Затем в конструкцию парового молота были внесены существенные усовершенствования: автоматическое парораспределение с помощью специального золотника и подача пара в верхнюю часть цилиндра. Последнее нововведение положило начало паровым молотам двойного действия: пар не только поднимал рабочий орган молота, но и увеличивал скорость его падения благодаря действию парового давления на поршень в верхней части цилиндра, повышая тем самым силу удара.
-----------------------------------------------------
Цеха
Главная особенность техники фабричного производства заключалась в использовании машин с рабочим механизмом, выполняющим соответствующие операции без непосредственного участия рабочего. Обычно эти машины приводились в действие одним центральным двигателем — паровой машиной, от которой движение, как правило, через трансмиссию, передаётся на рабочую машину. Следовательно, функции энергетические и функции осуществления непосредственного рабочего процесса оказались переданными машине. На долю рабочего остались лишь транспортные операции, а также функции, сопровождающие основной рабочий процесс. Таким образом, рабочий оказался непосредственно связанным с машиной, выполняя отнюдь не самую творческую часть работы.
Летательные аппараты
Аэростат (упрощённо и не вполне точно — воздушный шар) — летательный аппарат легче воздуха, использующий для полёта подъёмную силу заключённого в оболочке газа (или нагретого воздуха) с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха.
По типу наполнения аэростаты делятся на:
газовые — шарльеры,
тепловые — монгольфьеры,
комбинированные — розьеры.
Для наполнения шарльеров раньше широко применялись водород и светильный газ; но эти газы горючи, а их смеси с воздухом взрывоопасны, что делает полёт на аэростате, наполненном такими газами, несколько рискованным мероприятием, поэтому на смену им пришли инертные газы.
В монгольфьерах используется нагретый воздух.
-----------------------------------------------------
Дирижабль — летательный аппарат легче воздуха, аэростат с двигателем, благодаря которому дирижабль может двигаться независимо от направления воздушных потоков.
Первые дирижабли приводились в движение мускульной силой, но на данном этапе развития большинство воздушных кораблей обладают паровыми двигателями, а некоторые уже оснащены электрическими. В качестве движителей используются воздушные винты. Набор высоты и снижение производят, наклоняя дирижабль рулями высоты — двигатели тогда тянут его вверх или вниз. Сбрасывание балласта и выпуск газа в полёте производят редко: например, выпускают газ при выработке топлива.
С 1764 г. в аэронавтике повсеместно применяется открытый Утопией Цеппелин легкий газ, утопий (Ut), почти вдвое легче гелия.
В конце XVIII в. широкое распространение получила тенденция перестраивать морские суда в воздушные. Пионерами в данном предприятии были пираты и контрабандисты, но вскоре практика превратилась в тренд и среди законопослушных воздухоплавателей.
Подробнее о воздушных кораблях →
-----------------------------------------------------
*Само собой, ни один из пароходов стопроцентно не застрахован от нападения пиратов, но всё же охрана на пароходе значительно выше, чем у простых сухопутных караванов.