Dampfmaschine ohne Maschinen und Werkzeuge. Geschichte der Dampfmaschinen Das Funktionsprinzip eines Dampfmaschinendiagramms
Das Interesse an Wasserdampf als zugänglicher Energiequelle entstand zusammen mit den ersten wissenschaftlichen Erkenntnissen der Antike. Seit dreitausend Jahren versuchen Menschen, diese Energie zu bändigen. Was sind die Hauptetappen dieses Weges? Wessen Gedanken und Projekte haben die Menschheit gelehrt, das Beste daraus zu machen?
Voraussetzungen für die Entstehung von Dampfmaschinen
Der Bedarf an Mechanismen, die arbeitsintensive Prozesse erleichtern können, bestand schon immer. Bis etwa zur Mitte des 18. Jahrhunderts wurden zu diesem Zweck Windmühlen und Wasserräder genutzt. Die Möglichkeit, Windenergie direkt zu nutzen, hängt von den Wetterverhältnissen ab. Und um Wasserräder nutzen zu können, mussten Fabriken entlang der Flussufer gebaut werden, was nicht immer praktisch oder praktisch ist. Und die Wirksamkeit beider war äußerst gering. War grundsätzlich notwendig neuer Motor, leicht zu handhaben und frei von diesen Nachteilen.
Geschichte der Erfindung und Verbesserung von Dampfmaschinen
Schaffung Dampfmaschine- das Ergebnis langer Überlegungen, Erfolge und Enttäuschungen vieler Wissenschaftler.
Der Beginn der Reise
Die ersten, isolierten Projekte waren nur interessante Kuriositäten. Zum Beispiel, Archimedes entwarf eine Dampfpistole, Reiher von Alexandria nutzte Dampfenergie, um die Türen antiker Tempel zu öffnen. Und Forscher finden Hinweise zur praktischen Nutzung von Dampfenergie zum Antrieb anderer Mechanismen in den Werken Leonardo da Vinci.
Schauen wir uns die bedeutendsten Projekte zu diesem Thema an.
Im 16. Jahrhundert entwickelte der arabische Ingenieur Taghi al Din einen Entwurf für eine primitive Dampfturbine. Jedoch praktische Anwendung aufgrund der starken Streuung des den Turbinenradschaufeln zugeführten Dampfstrahls kam es nicht dazu.
Gehen wir zurück ins mittelalterliche Frankreich. Der Physiker und talentierte Erfinder Denis Papin entschied sich nach vielen erfolglosen Projekten für den folgenden Entwurf: Ein vertikaler Zylinder wurde mit Wasser gefüllt, über dem ein Kolben installiert war.
Der Zylinder wurde erhitzt, das Wasser kochte und verdampfte. Der expandierende Dampf hob den Kolben an. Es wurde am oberen Punkt des Steigrohrs befestigt und man wartete, bis der Zylinder abgekühlt war und der Dampf kondensiert hatte. Nachdem der Dampf kondensiert war, bildete sich im Zylinder ein Vakuum. Der aus seiner Befestigung gelöste Kolben stürzte unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks ins Vakuum. Dieser Kolbensturz sollte als Arbeitshub genutzt werden.
Der Nutzhub des Kolbens wurde also durch die Bildung eines Vakuums aufgrund von Dampfkondensation und äußerem (atmosphärischem) Druck verursacht.
Weil Papens Dampfmaschine Wie die meisten späteren Projekte wurden sie Dampf-Atmosphären-Maschinen genannt.
Dieses Design hatte einen sehr erheblichen Nachteil: Eine Wiederholbarkeit des Zyklus war nicht gewährleistet. Denis kommt auf die Idee, Dampf nicht in einem Zylinder, sondern separat in einem Dampfkessel zu erzeugen.
Denis Papin ging als Erfinder eines sehr wichtigen Teils – des Dampfkessels – in die Geschichte der Dampfmaschinen ein.
Und da außerhalb des Zylinders Dampf erzeugt wurde, wurde der Motor selbst zu einem externen Verbrennungsmotor. Aufgrund des Fehlens eines Verteilungsmechanismus zur Gewährleistung eines unterbrechungsfreien Betriebs fanden diese Projekte jedoch kaum praktische Anwendung.
Eine neue Etappe in der Entwicklung von Dampfmaschinen
Etwa 50 Jahre lang wurde es zum Pumpen von Wasser in Kohlebergwerken eingesetzt. Thomas Newcomen Dampfpumpe. Es wiederholte weitgehend frühere Konstruktionen, enthielt jedoch sehr wichtige neue Elemente – ein Rohr zum Abführen von kondensiertem Dampf und Sicherheitsventil um überschüssigen Dampf abzulassen.
Sein wesentlicher Nachteil bestand darin, dass der Zylinder entweder vor der Dampfinjektion erhitzt oder vor der Kondensation gekühlt werden musste. Der Bedarf an solchen Motoren war jedoch so groß, dass die letzten Exemplare dieser Maschinen trotz ihrer offensichtlichen Ineffizienz bis 1930 im Einsatz waren.
Im Jahr 1765 Der englische Mechaniker James Watt, Nachdem ich begonnen hatte, Newcomens Maschine zu verbessern, trennte den Kondensator vom Dampfzylinder.
Es wurde möglich, den Zylinder konstant beheizt zu halten. Die Effizienz der Maschine stieg sofort. In den folgenden Jahren verbesserte Watt sein Modell deutlich, indem er es mit einer Vorrichtung zur Dampfzufuhr auf der einen oder anderen Seite ausstattete.
Es wurde möglich, diese Maschine nicht nur als Pumpe, sondern auch zum Antrieb verschiedener Maschinen zu verwenden. Watt erhielt ein Patent für seine Erfindung – eine kontinuierlich arbeitende Dampfmaschine. Die Massenproduktion dieser Maschinen beginnt.
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts waren in England Dampfmaschinen mit mehr als 320 Watt im Einsatz. Andere europäische Länder begannen, sie zu kaufen. Dies trug zu einem deutlichen Anstieg der Industrieproduktion in vielen Branchen sowohl in England selbst als auch in den Nachbarländern bei.
Zwanzig Jahre früher als Watt arbeitete er in Russland an dem Projekt Dampfmaschine Der Altai-Mechaniker Ivan Ivanovich Polzunov arbeitete.
Die Fabrikleitung lud ihn ein, eine Einheit zu bauen, die das Gebläse des Schmelzofens antreiben sollte.
Die von ihm gebaute Maschine hatte einen Zweizylinder und sorgte für den kontinuierlichen Betrieb des daran angeschlossenen Geräts.
Nach mehr als anderthalb Monaten erfolgreichem Betrieb trat im Kessel ein Leck auf. Polzunov selbst lebte zu diesem Zeitpunkt nicht mehr. Das Auto wurde nicht repariert. Und die wunderbare Schöpfung des einsamen russischen Erfinders geriet in Vergessenheit.
Aufgrund der damaligen Rückständigkeit Russlands Die Welt erfuhr mit großer Verzögerung von der Erfindung von I. I. Polzunov...
Um eine Dampfmaschine anzutreiben, ist es also notwendig, dass sich der vom Dampfkessel erzeugte Dampf ausdehnt und auf den Kolben oder die Turbinenschaufeln drückt. Und dann wurde ihre Bewegung auf andere mechanische Teile übertragen.
Der Einsatz von Dampfmaschinen im Transportwesen
Obwohl der Wirkungsgrad der damaligen Dampfmaschinen 5 % nicht überschritt, wurden sie Ende des 18. Jahrhunderts aktiv in der Landwirtschaft und im Transportwesen eingesetzt:
- In Frankreich erscheint ein dampfbetriebenes Auto.
- in den USA nimmt ein Schiff den Betrieb zwischen den Städten Philadelphia und Burlington auf;
- In England wurde eine dampfbetriebene Eisenbahnlokomotive vorgeführt.
- Ein russischer Bauer aus der Provinz Saratow patentierte einen von ihm gebauten 20-PS-Raupentraktor. Mit.;
- Es wurden mehrere Versuche unternommen, ein Flugzeug mit Dampfmaschine zu bauen, doch leider scheiterten diese Versuche aufgrund der geringen Leistung dieser Einheiten in Verbindung mit dem hohen Gewicht des Flugzeugs.
Schon vorbei Ende des 19. Jahrhunderts Jahrhundert spielten Dampfmaschinen eine Rolle technischer Fortschritt Gesellschaft weichen Elektromotoren.
Dampfgeräte im 21. Jahrhundert
Mit dem Aufkommen neuer Energiequellen im 20. und 21. Jahrhundert entsteht erneut die Notwendigkeit, Dampfenergie zu nutzen. Dampfturbinen werden zu einem integralen Bestandteil von Kernkraftwerken. Der Dampf, der sie antreibt, wird aus Kernbrennstoff gewonnen.
Auch in Brennwertkraftwerken werden diese Turbinen häufig eingesetzt.
In einer Reihe von Ländern werden Experimente zur Dampferzeugung mithilfe von Solarenergie durchgeführt.
Auch Kolbendampfmaschinen sind nicht in Vergessenheit geraten. In Berggebieten als Lokomotive Noch heute werden Dampflokomotiven eingesetzt.
Diese zuverlässigen Arbeitskräfte sind sowohl sicherer als auch kostengünstiger. Sie benötigen keine Stromleitungen und Brennstoff – Holz und billige Kohle – sind immer griffbereit.
Moderne Technologien ermöglichen es, bis zu 95 % der Luftemissionen einzufangen und den Wirkungsgrad auf 21 % zu steigern, so dass man sich entschieden hat, sich davon vorerst nicht zu trennen und an einer neuen Generation von Dampflokomotiven zu arbeiten.
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Der Prozess der Erfindung der Dampfmaschine dauerte, wie so oft in der Technik, fast ein Jahrhundert, daher ist die Wahl des Datums für dieses Ereignis ziemlich willkürlich. Allerdings bestreitet niemand, dass der Durchbruch, der zur technologischen Revolution führte, dem Schotten James Watt gelang.
Schon in der Antike wurde darüber nachgedacht, Dampf als Arbeitsmedium zu nutzen. Allerdings erst an der Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert. gelang es, einen Weg zu finden, zu produzieren nützliche Arbeit mit Dampf. Einer der ersten Versuche, Dampf in den Dienst des Menschen zu stellen, wurde 1698 in England unternommen: Die Maschine des Erfinders Savery war für die Entwässerung von Minen und das Pumpen von Wasser gedacht. Zwar handelte es sich bei Saverys Erfindung noch nicht um einen Motor im eigentlichen Sinne, da er bis auf einige manuell zu öffnende und zu schließende Ventile keine beweglichen Teile besaß. Saverys Maschine funktionierte wie folgt: Zuerst wurde ein versiegelter Tank mit Dampf gefüllt, dann wurde die Außenfläche des Tanks mit kaltem Wasser gekühlt, wodurch der Dampf kondensierte und im Tank ein Teilvakuum entstand. Anschließend wurde Wasser, beispielsweise vom Boden des Schachts, durch das Ansaugrohr in den Tank gesaugt und nach dem Einleiten der nächsten Dampfportion wieder herausgeschleudert.
Die erste Dampfmaschine mit Kolben wurde 1698 vom Franzosen Denis Papin gebaut. In einem vertikalen Zylinder mit einem Kolben wurde Wasser erhitzt, und der entstehende Dampf drückte den Kolben nach oben. Als der Dampf abkühlte und kondensierte, bewegte sich der Kolben unter dem Einfluss des Atmosphärendrucks nach unten. Mithilfe eines Blocksystems konnte Papens Dampfmaschine verschiedene Mechanismen, beispielsweise Pumpen, antreiben.
Eine fortschrittlichere Maschine wurde 1712 vom englischen Schmied Thomas Newcomen gebaut. Wie bei Papins Maschine bewegte sich der Kolben in einem vertikalen Zylinder. Dampf aus dem Kessel drang in den Boden des Zylinders ein und hob den Kolben nach oben. Beim Einspritzen von kaltem Wasser in den Zylinder kondensierte der Dampf, im Zylinder entstand ein Vakuum und unter dem Einfluss des Atmosphärendrucks fiel der Kolben nach unten. Dieser Rückwärtshub entfernte Wasser aus dem Zylinder und hob über eine Kette, die mit einem Kipphebel verbunden war, der sich wie eine Schaukel bewegte, die Pumpenstange an. Als sich der Kolben am unteren Ende seines Hubs befand, trat erneut Dampf in den Zylinder ein und mit Hilfe eines an der Pumpenstange oder am Kipphebel befestigten Gegengewichts stieg der Kolben in seine ursprüngliche Position. Danach wiederholte sich der Zyklus.
Die Newcomen-Maschine war in Europa über 50 Jahre lang weit verbreitet. In den 1740er Jahren erledigte eine Maschine mit einem Zylinder von 2,74 m Länge und 76 cm Durchmesser an einem Tag die Arbeit, die ein Team von 25 Männern und 10 Pferden im Schichtbetrieb in einer Woche erledigte. Und doch war seine Effizienz äußerst gering.
Die industrielle Revolution manifestierte sich am deutlichsten in England, vor allem in der Textilindustrie. Die Diskrepanz zwischen dem Angebot an Stoffen und der schnell steigenden Nachfrage lockte die besten Design-Köpfe zur Entwicklung von Spinn- und Webmaschinen. Die Namen Cartwright, Kay, Crompton und Hargreaves werden für immer in die Geschichte der englischen Technologie eingehen. Doch die von ihnen geschaffenen Spinn- und Webmaschinen benötigten einen qualitativ neuen, universellen Motor, der die Maschinen kontinuierlich und gleichmäßig (genau das konnte ein Wasserrad nicht leisten) in eine unidirektionale Rotationsbewegung versetzte. Hier zeigte sich das Talent des berühmten Ingenieurs, des „Zauberers aus Greenock“ James Watt, in seiner ganzen Brillanz.
Watt wurde in der schottischen Stadt Greenock in die Familie eines Schiffbauers hineingeboren. Als Lehrling in Werkstätten in Glasgow erwarb James in den ersten beiden Jahren die Qualifikationen eines Graveurs, eines Meisters in der Herstellung mathematischer, geodätischer, optischer Instrumente und verschiedener Navigationsinstrumente. Auf Anraten seines Professoronkels ging James als Mechaniker an die örtliche Universität. Hier begann Watt mit der Arbeit an Dampfmaschinen.
James Watt versuchte, die Dampf-Atmosphären-Maschine von Newcomen zu verbessern, die im Allgemeinen nur zum Pumpen von Wasser geeignet war. Ihm war klar, dass der Hauptnachteil von Newcomens Maschine das abwechselnde Heizen und Kühlen des Zylinders war. Im Jahr 1765 kam Watt auf die Idee, dass der Zylinder konstant heiß bleiben könnte, wenn der Dampf vor der Kondensation über eine Rohrleitung mit Ventil in einen separaten Tank umgeleitet würde. Darüber hinaus führte Watt noch einige weitere Verbesserungen durch, die aus der Dampf-Atmosphärenmaschine schließlich eine Dampfmaschine machten. Zum Beispiel erfand er einen Scharniermechanismus – das „Watt-Parallelogramm“ (so genannt, weil ein Teil der Verbindungen – Hebel, aus denen es besteht – ein Parallelogramm bildet), das die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Hauptwelle umwandelte. Jetzt konnten die Webstühle kontinuierlich arbeiten.
Im Jahr 1776 wurde Watts Maschine getestet. Seine Effizienz war doppelt so hoch wie die von Newcomens Maschine. Im Jahr 1782 entwickelte Watt die erste universelle doppeltwirkende Dampfmaschine. Dampf trat abwechselnd von einer Seite des Kolbens und dann von der anderen in den Zylinder ein. Daher vollzog der Kolben sowohl den Arbeits- als auch den Rückhub mit Hilfe von Dampf, was bei früheren Maschinen nicht der Fall war. Da bei einer doppeltwirkenden Dampfmaschine die Kolbenstange eine ziehende und drückende Wirkung ausübte, musste das bisherige Antriebssystem aus Ketten und Kipphebeln, das nur auf Zug reagierte, umgestaltet werden. Watt entwickelte ein System gekoppelter Stangen und nutzte einen Planetenmechanismus, um die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange in eine Drehbewegung umzuwandeln. Er verwendete ein schweres Schwungrad, einen Zentrifugalgeschwindigkeitsregler, ein Scheibenventil und ein Manometer zur Messung des Dampfdrucks. Watts patentierte „Rotationsdampfmaschine“ wurde zunächst in Spinnereien und Webereien, später auch in anderen Industriebetrieben weit verbreitet eingesetzt. Watts Motor war für jede Maschine geeignet, und die Erfinder selbstfahrender Mechanismen machten sich dies schnell zunutze.
Watts Dampfmaschine war wirklich die Erfindung des Jahrhunderts und markierte den Beginn der industriellen Revolution. Aber der Erfinder hörte hier nicht auf. Nachbarn sahen mehr als einmal verblüfft zu, wie Watt mit seinen Pferden über die Wiese raste und dabei speziell ausgewählte Gewichte zog. So entstand die Einheit der Macht - Pferdestärken, das später allgemeine Anerkennung fand.
Leider zwangen finanzielle Schwierigkeiten Watt bereits im Erwachsenenalter dazu, geodätische Vermessungen durchzuführen, am Bau von Kanälen zu arbeiten, Häfen und Yachthäfen zu bauen und schließlich eine wirtschaftlich versklavende Allianz mit dem Unternehmer John Rebeck einzugehen, der bald einen völligen finanziellen Zusammenbruch erlitt.
Dampfmaschinen wurden vom frühen 19. Jahrhundert bis in die 1950er Jahre eingebaut und trieben die meisten Dampflokomotiven an. Ich möchte darauf hinweisen, dass das Funktionsprinzip dieser Motoren trotz Änderungen in Design und Abmessungen immer unverändert geblieben ist.
Die animierte Illustration zeigt das Funktionsprinzip einer Dampfmaschine.
Zur Erzeugung des dem Motor zugeführten Dampfes wurden Kessel verwendet, die sowohl Holz als auch Kohle sowie flüssigen Brennstoff verwendeten.
Erste Maßnahme
Dampf aus dem Kessel gelangt in die Dampfkammer, von wo aus er durch einen Dampfschieber (blau dargestellt) in den oberen (vorderen) Teil des Zylinders gelangt. Der durch den Dampf erzeugte Druck drückt den Kolben nach unten auf den UT. Während sich der Kolben vom OT zum UT bewegt, macht das Rad eine halbe Umdrehung.
Ausgabe
Ganz am Ende der Bewegung des Kolbens in Richtung BDC bewegt sich das Dampfventil und gibt den verbleibenden Dampf durch eine Auslassöffnung unterhalb des Ventils ab. Der verbleibende Dampf entweicht und es entsteht das für Dampfmaschinen charakteristische Geräusch.
Zweite Maßnahme
Gleichzeitig wird durch Bewegen des Ventils zum Ablassen von Restdampf der Dampfeinlass zum unteren (hinteren) Teil des Zylinders geöffnet. Der durch den Dampf im Zylinder erzeugte Druck zwingt den Kolben, sich in Richtung OT zu bewegen. Zu diesem Zeitpunkt macht das Rad eine weitere halbe Umdrehung.
Ausgabe
Am Ende der Kolbenbewegung zum oberen Totpunkt wird der verbleibende Dampf durch dieselbe Auslassöffnung abgelassen.
Der Zyklus wiederholt sich erneut.
Die Dampfmaschine verfügt über eine sogenannte Totpunkt am Ende jedes Hubs, wenn das Ventil vom Expansionshub zum Auslasshub übergeht. Aus diesem Grund verfügt jede Dampfmaschine über zwei Zylinder, sodass der Motor von jeder Position aus gestartet werden kann.
Funktionsprinzip einer Dampfmaschine
Inhalt
Anmerkung
1. Theoretischer Teil
1.1 Zeitkette
1.2 Dampfmaschine
1.2.1 Dampfkessel
1.2.2 Dampfturbinen
1.3 Dampfmaschinen
1.3.1 Erste Dampfschiffe
1.3.2 Die Geburt des Zweirads
1.4 Anwendung von Dampfmaschinen
1.4.1 Vorteil von Dampfmaschinen
1.4.2 Koeffizient nützliche Aktion
2. Praktischer Teil
2.1 Aufbau des Mechanismus
2.2 Möglichkeiten zur Verbesserung der Maschine und ihrer Effizienz
2.3 Fragebogen
Abschluss
Liste der verwendeten Literatur
Anwendung
Dampfmaschinenützliche Aktion
Anmerkung
Diese wissenschaftliche Arbeit besteht aus 32 Blättern. Sie umfasst einen theoretischen Teil, einen praktischen Teil, eine Anwendung und ein Fazit. Im theoretischen Teil lernen Sie das Funktionsprinzip von Dampfmaschinen und -mechanismen, ihre Geschichte und die Rolle ihres Einsatzes im Leben kennen. Der praktische Teil beschreibt ausführlich den Prozess des Entwerfens und Testens eines Dampfmechanismus zu Hause. Diese wissenschaftliche Arbeit kann als anschauliches Beispiel für die Arbeit und Nutzung von Dampfenergie dienen.
Einführung
Eine Welt, die sich allen Launen der Natur unterwirft, in der Maschinen durch Muskelkraft oder die Kraft von Wasserrädern und Windmühlen angetrieben werden – das war die Welt der Technik vor der Erfindung der Dampfmaschine. Schon in der Antike bemerkten die Menschen, dass ein Strom von Wasserdampf, der aus einem brennenden Gefäß austritt, ist in der Lage, ein Hindernis (z. B. ein Blatt Papier) zu verdrängen, das sich auf seinem Weg befindet. Dies brachte eine Person dazu, darüber nachzudenken, wie Dampf als Arbeitsflüssigkeit verwendet werden könnte. Als Ergebnis davon entstand nach vielen Experimenten eine Dampfmaschine. Und stellen Sie sich Fabriken mit rauchenden Schornsteinen, Dampfmaschinen und Turbinen, Dampflokomotiven und Dampfschiffen vor – die gesamte komplexe und leistungsstarke Welt der Dampfmaschine war praktisch die einzige Universalmotor und spielte eine große Rolle in der Entwicklung der Menschheit. Die Erfindung der Dampfmaschine diente als Impuls für die Weiterentwicklung der Transportmittel. Hundert Jahre lang war er der einzige Industriemotor, dessen Vielseitigkeit den Einsatz in Fabriken ermöglichte Eisenbahnen und in der Marine war die Erfindung der Dampfmaschine ein großer Durchbruch, der an der Wende zweier Epochen stand. Und Jahrhunderte später wird die volle Bedeutung dieser Erfindung noch deutlicher spürbar.
Hypothese:
Ist es möglich, mit eigenen Händen einen einfachen Mechanismus zu bauen, der mit Dampf läuft?
Zweck der Arbeit: Entwurf eines Mechanismus, der sich mit Dampf bewegen kann.
Forschungsziel:
1. Studieren Sie wissenschaftliche Literatur.
2. Entwerfen und bauen Sie einen einfachen Mechanismus, der mit Dampf läuft.
3. Erwägen Sie Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung in der Zukunft.
Diese wissenschaftliche Arbeit dient als Leitfaden für den Physikunterricht für die Oberstufe und für diejenigen, die sich für dieses Thema interessieren.
1. TeoReTic-Teil
Eine Dampfmaschine ist eine thermische Kolbenmaschine, bei der die potentielle Energie von Wasserdampf aus einem Dampfkessel umgewandelt wird mechanische Arbeit Hin- und Herbewegung des Kolbens oder Drehbewegung der Welle.
Dampf ist neben Wasser und Thermoölen eines der gängigen Kühlmittel in thermischen Anlagen mit einem erhitzten flüssigen oder gasförmigen Arbeitsmedium. Wasserdampf hat eine Reihe von Vorteilen, darunter einfache und flexible Anwendung, geringe Toxizität und Lieferfähigkeit technologischer Prozess erhebliche Menge an Energie. Es kann in einer Vielzahl von Systemen eingesetzt werden, bei denen das Kühlmittel direkt mit verschiedenen Ausrüstungselementen in Kontakt kommt, was effektiv dazu beiträgt, Energiekosten zu senken, Emissionen zu reduzieren und eine schnelle Amortisation zu ermöglichen.
Der Energieerhaltungssatz ist ein empirisch begründetes Grundgesetz der Natur, das besagt, dass die Energie eines isolierten (geschlossenen) physikalischen Systems über die Zeit erhalten bleibt. Mit anderen Worten: Energie kann nicht aus dem Nichts kommen und nicht im Nichts verschwinden, sie kann sich nur von einer Form in eine andere bewegen. Aus fundamentaler Sicht ist das Energieerhaltungsgesetz nach dem Noether-Theorem eine Folge der Homogenität der Zeit und in diesem Sinne universell, d. h. in Systemen sehr unterschiedlicher physikalischer Natur verankert.
1.1 Zeitkette
4000 v. Chr e. - Der Mensch hat das Rad erfunden.
3000 v. Chr e. - V Antikes Rom Die ersten Straßen entstanden.
2000 v. Chr e. - Das Rad hat für uns ein vertrauteres Aussehen erhalten. Es besteht nun aus einer Nabe, einer Felge und Speichen, die diese verbinden.
1700 v. Chr e. - Es entstanden die ersten mit Holzklötzen gepflasterten Straßen.
312 v. Chr e. - Die ersten Steinstraßen wurden im antiken Rom gebaut. Die Dicke des Mauerwerks erreichte einen Meter.
1405 - Die ersten Frühlings-Pferdekutschen erschienen.
1510 - Eine Pferdekutsche erhielt einen Aufbau mit Wänden und Dach. Passagiere konnten sich während der Fahrt vor schlechtem Wetter schützen.
1526 – Der deutsche Wissenschaftler und Künstler Albrecht Dürer entwickelte ein interessantes Projekt für eine „pferdelose Kutsche“, die durch die Muskelkraft von Menschen angetrieben wurde. Personen, die an der Seite des Wagens gingen, drehten spezielle Griffe. Diese Drehung wurde über einen Schneckenmechanismus auf die Räder des Wagens übertragen. Leider wurde der Wagen nicht hergestellt.
1600 – Simon Stevin baute eine Yacht auf Rädern, die sich unter dem Einfluss des Windes bewegte. Es war die erste pferdelose Kutschenkonstruktion.
1610 – Die Kutschen wurden zwei bedeutenden Verbesserungen unterzogen. Erstens wurden unzuverlässige und zu weiche Gurte, die die Passagiere während der Fahrt hin- und herschaukelten, durch Stahlfedern ersetzt. Zweitens wurden Pferdegeschirre verbessert. Nun zog das Pferd die Kutsche nicht mit dem Hals, sondern mit der Brust.
1649 - Die ersten Tests wurden mit der Verwendung einer zuvor von einer Person verdrehten Feder als Antriebskraft durchgeführt. Die Federkutsche wurde von Johann Hautsch in Nürnberg gebaut. Historiker stellen diese Information jedoch in Frage, da es eine Version gibt, wonach anstelle einer großen Feder ein Mann im Wagen saß, der den Mechanismus in Gang setzte.
1680 – Die ersten Beispiele öffentlicher Pferdetransporte tauchten in Großstädten auf.
1690 – Stefan Farffler aus Nürnberg erfand einen dreirädrigen Karren, der sich über zwei von Hand gedrehte Griffe bewegte. Dank dieses Antriebs konnte sich der Wagenkonstrukteur von Ort zu Ort bewegen, ohne seine Beine zu benutzen.
1698 – Der Engländer Thomas Savery baute den ersten Dampfkessel.
1741 – Der russische Autodidakt Leonty Lukyanovich Shamshurenkov schickte einen „Bericht“ mit der Beschreibung eines „selbstfahrenden Kinderwagens“ an das Provinzbüro Nischni Nowgorod.
1769 – Der französische Erfinder Cugnot baute das erste Dampfauto der Welt.
1784 – James Watt baute die erste Dampfmaschine.
1791 – Ivan Kulibin entwarf eine dreirädrige, selbstfahrende Kutsche, die Platz für zwei Passagiere bot. Der Antrieb erfolgte über einen Tretmechanismus.
1794 – Cugnos Dampfmaschine wurde als weitere mechanische Kuriosität dem „Archiv von Maschinen, Werkzeugen, Modellen, Zeichnungen und Beschreibungen aller Arten von Kunsthandwerk“ übergeben.
1800 – man geht davon aus, dass in diesem Jahr in Russland das erste Fahrrad der Welt gebaut wurde. Sein Autor war der Leibeigene Efim Artamonov.
1808 – Das erste französische Fahrrad erschien auf den Straßen von Paris. Es bestand aus Holz und bestand aus einer Querstange, die zwei Räder verband. Im Gegensatz zu einem modernen Fahrrad verfügte es weder über ein Lenkrad noch über Pedale.
1810 – Die Kutschenindustrie beginnt in Amerika und europäischen Ländern zu entstehen. In Großstädten schienen ganze Straßenzüge und sogar Stadtviertel von Kutschenbauern bevölkert zu sein.
1816 – Der deutsche Erfinder Karl Friedrich Dries baute eine Maschine, die einem modernen Fahrrad ähnelte. Sobald es auf den Straßen der Stadt auftauchte, erhielt es den Namen „Laufmaschine“, da sein Besitzer, der sich mit den Füßen abstößt, tatsächlich über den Boden lief.
1834 - In Paris wurden Tests einer von M. Hakuet entworfenen Segelmannschaft durchgeführt. Diese Besatzung hatte einen 12 m hohen Mast.
1868 – Man geht davon aus, dass in diesem Jahr der Prototyp des modernen Motorrads vom Franzosen Erne Michaud geschaffen wurde.
1871 – Der französische Erfinder Louis Perrault entwickelt eine Dampfmaschine für das Fahrrad.
1874 - In Russland wurde ein Dampfradtraktor gebaut. Als Prototyp diente das englische Auto „Evelyn Porter“.
1875 - In Paris fand eine Vorführung der ersten Dampfmaschine, Amadeus Bdlli, statt.
1884 – Der Amerikaner Louis Copland baute ein Motorrad mit einer über dem Vorderrad montierten Dampfmaschine. Diese Konstruktion könnte auf 18 km/h beschleunigen.
1901 - In Russland wurde vom Moskauer Fahrradwerk „Dux“ ein Personendampfwagen gebaut.
1902 - Leon Serpollet stellte in einem seiner Dampfwagen einen Geschwindigkeitsweltrekord von 120 km/h auf.
Ein Jahr später stellte er einen weiteren Rekord auf – 144 km/h.
1905 - Der Amerikaner F. Marriott erreicht in einem Dampfwagen die Geschwindigkeit von 200 km
1.2 DampfMotor
Eine durch Dampfkraft angetriebene Maschine. Der beim Erhitzen von Wasser entstehende Dampf wird zum Antrieb genutzt. Bei einigen Motoren werden die in den Zylindern befindlichen Kolben durch die Kraft des Dampfes in Bewegung gesetzt. Dadurch entsteht eine hin- und hergehende Bewegung. Der angeschlossene Mechanismus wandelt ihn meist in eine Drehbewegung um. In Dampflokomotiven (Lokomotiven) werden sie eingesetzt Kolbenmotoren. Als Motoren werden auch Dampfturbinen eingesetzt, die durch die Drehung einer Reihe von Rädern mit Schaufeln eine direkte Rotationsbewegung erzeugen. Dampfturbinen treiben Kraftwerksgeneratoren und Schiffspropeller an. In jeder Dampfmaschine wird die beim Erhitzen von Wasser in einem Dampfkessel (Kessel) erzeugte Wärme in Bewegungsenergie umgewandelt. Die Wärme kann aus der Verbrennung von Brennstoff in einem Ofen oder aus einem Kernreaktor stammen. Die allererste Dampfmaschine in der Geschichte war eine Art Pumpe, mit der Wasser abgepumpt wurde, das Bergwerke überschwemmte. Es wurde 1689 von Thomas Savery erfunden. In dieser sehr einfach aufgebauten Maschine kondensierte Dampf zu einer kleinen Menge Wasser und dadurch entstand ein Teilvakuum, durch das Wasser aus dem Minenschacht abgesaugt wurde. Im Jahr 1712 erfand Thomas Newcomen eine mit Dampf angetriebene Kolbenpumpe. In den 1760er Jahren James Watt verbesserte das Design von Newcomen und schuf wesentlich effizientere Dampfmaschinen. Bald wurden sie in Fabriken zum Antrieb von Maschinen eingesetzt. Im Jahr 1884 erfand der englische Ingenieur Charles Parson (1854-1931) die erste praktische Dampfturbine. Seine Entwürfe waren so effektiv, dass sie bald damit begannen, Kolbendampfmaschinen in Kraftwerken zu ersetzen. Die erstaunlichste Errungenschaft auf dem Gebiet der Dampfmaschinen war die Schaffung einer vollständig geschlossenen, mikroskopisch kleinen Dampfmaschine. Japanische Wissenschaftler haben es mithilfe von Methoden zur Herstellung integrierter Schaltkreise entwickelt. Ein kleiner Strom, der durch ein elektrisches Heizelement fließt, verwandelt einen Wassertropfen in Dampf, der den Kolben bewegt. Nun müssen Wissenschaftler herausfinden, in welchen Bereichen dieses Gerät praktische Anwendung finden kann.
Der Grund für den Bau dieser Einheit war eine dumme Idee: „Ist es möglich, eine Dampfmaschine ohne Maschinen und Werkzeuge zu bauen und nur Teile zu verwenden, die man im Laden kaufen kann?“ und alles mit eigenen Händen zu machen. Das Ergebnis ist ein Design wie dieses. Der gesamte Aufbau und Aufbau dauerte weniger als eine Stunde. Obwohl es sechs Monate dauerte, Teile zu entwerfen und auszuwählen.
Der größte Teil der Struktur besteht aus Sanitärarmaturen. Am Ende des Epos haben mich die Fragen von Verkäufern von Baumärkten und anderen Geschäften: „Kann ich Ihnen helfen“ und „Warum brauchen Sie sie?“ wirklich wütend gemacht.
Und so montieren wir das Fundament. Zuerst der Hauptquerträger. Hier werden T-Stücke, Bochata und Halbzoll-Winkel verwendet. Ich habe alle Elemente mit Dichtmittel gesichert. Dies soll das Verbinden und Trennen mit den Händen erleichtern. Für die Endmontage ist es jedoch besser, Klempnerband zu verwenden. 
Dann die Längselemente. Daran werden der Dampfkessel, die Spule, der Dampfzylinder und das Schwungrad befestigt. Auch hier sind alle Elemente 1/2". 
Dann machen wir die Ständer. Auf dem Foto von links nach rechts: ein Ständer für den Dampfkessel, dann ein Ständer für den Dampfverteilungsmechanismus, dann ein Ständer für das Schwungrad und schließlich eine Halterung für den Dampfzylinder. Der Schwungradhalter besteht aus einem 3/4"-T-Stück (Außengewinde). Ideal dafür sind Lager aus einem Reparatursatz für Rollschuhe. Die Lager werden durch eine Überwurfmutter an Ort und Stelle gehalten. Solche Muttern können separat gefunden oder mitgenommen werden von einem T-Stück für Metall-Kunststoff-Rohre. Dieses T-Stück ist in der unteren rechten Ecke abgebildet (nicht im Design verwendet). Ein 3/4-Zoll-T-Stück dient auch als Halterung für den Dampfzylinder, nur die Gewinde sind alle innenliegend. Adapter dienen zur Befestigung von 3/4"- auf 1/2"-Elementen. 
Wir montieren den Kessel. Für den Kessel wird ein 1"-Rohr verwendet. Ich habe ein gebrauchtes auf dem Markt gefunden. Mit Blick auf die Zukunft möchte ich sagen, dass sich der Kessel als zu klein herausgestellt hat und nicht genügend Dampf produziert. Mit einem solchen Kessel funktioniert der Motor Zu träge. Die drei Teile auf der rechten Seite sind: Stopfen, Adapter 1"-1/2" und Rakel. Dadurch wird der Kessel luftdicht verschlossen. 
So stellte sich der Kessel zunächst heraus. 
Es stellte sich jedoch heraus, dass der Dampftank nicht hoch genug war. Wasser gelangte in die Dampfleitung. Ich musste über einen Adapter einen zusätzlichen 1/2-Zoll-Lauf installieren. 
Das ist ein Brenner. Vier Beiträge zuvor gab es das Material „Selbstgebaute Öllampe aus Rohren“. So wurde der Brenner ursprünglich konzipiert. Es wurde jedoch kein geeigneter Treibstoff gefunden. Lampenöl und Kerosin rauchen stark. Brauche Alkohol. Also habe ich vorerst nur einen Halter für Trockenbrennstoff gebaut. 
Dies ist ein sehr wichtiges Detail. Dampfverteiler oder Spule. Dieses Ding leitet während des Arbeitshubs Dampf in den Nehmerzylinder. Bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens wird die Dampfzufuhr unterbrochen und es erfolgt ein Ausstoß. Die Spule besteht aus einem Kreuz für Metall-Kunststoff-Rohre. Eines der Enden muss mit Epoxidkitt versiegelt werden. Dieses Ende wird über einen Adapter am Rack befestigt. 
Und nun das wichtigste Detail. Es bestimmt, ob der Motor anspringt oder nicht. Dies ist der Arbeitskolben und das Steuerventil. Hier verwenden wir einen M4-Stift (erhältlich in Möbelbeschlägen; einfacher ist es, einen langen zu finden und die benötigte Länge abzusägen), Metallscheiben und Filzscheiben. Filzscheiben werden zur Befestigung von Glas und Spiegeln mit anderen Beschlägen verwendet. 
Filz ist nicht der beste bestes Material. Es bietet keine ausreichende Dichtheit, aber der Bewegungswiderstand ist erheblich. Später gelang es uns, den Filz loszuwerden. Ideal hierfür waren nicht genormte Unterlegscheiben: M4x15 für den Kolben und M4x8 für das Ventil. Diese Unterlegscheiben müssen so fest wie möglich durch Klebeband auf einen Stift gelegt und mit demselben Klebeband 2-3 Lagen von oben umwickelt werden. Anschließend Zylinder und Spule gründlich mit Wasser abreiben. Ich habe kein Foto des verbesserten Kolbens gemacht. Zu faul, es auseinanderzunehmen. 
Das ist der eigentliche Zylinder. Es besteht aus einem 1/2-Zoll-Lauf und ist mit zwei Überwurfmuttern in einem 3/4-Zoll-T-Stück befestigt. Auf einer Seite ist die Armatur bei maximaler Abdichtung dicht befestigt. 
Jetzt das Schwungrad. Das Schwungrad besteht aus einer Hantelplatte. IN zentrales Loch Ein Stapel Unterlegscheiben wird eingelegt und ein kleiner Zylinder aus einem Reparaturset für Rollschuhe in die Mitte der Unterlegscheiben gestellt. Alles ist mit Dichtmittel gesichert. Als Trägerhalter eignete sich ideal ein Möbel- und Bilderaufhänger. Sieht aus wie ein Schlüsselloch. Alles wird in der auf dem Foto gezeigten Reihenfolge zusammengebaut. Schraube und Mutter - M8. 
Wir haben zwei Schwungräder in unserem Design. Es muss eine starke Verbindung zwischen ihnen bestehen. Diese Verbindung wird durch eine Überwurfmutter sichergestellt. Alle Schraubverbindungen sind mit Nagellack gesichert. 
Diese beiden Schwungräder sehen gleich aus, jedoch ist eines mit dem Kolben und das andere mit dem Steuerventil verbunden. Dementsprechend wird der Träger in Form einer M3-Schraube in unterschiedlichen Abständen von der Mitte befestigt. Beim Kolben befindet sich der Träger weiter von der Mitte entfernt, beim Ventil näher an der Mitte. 
Jetzt machen wir den Ventil- und Kolbenantrieb. Die Möbelanschlussplatte war ideal für das Ventil. 
Der Kolben nutzt das Fensterschlossschild als Hebel. Sie ist wie eine Familie aufgewachsen. Ewiger Ruhm für denjenigen, der das metrische System erfunden hat. 
Antriebe montiert. 
Alles ist am Motor verbaut. Schraubverbindungen werden mit Lack gesichert. Das ist der Kolbenantrieb. 
Ventilantrieb. Bitte beachten Sie, dass sich die Positionen von Kolbenträger und Ventil um 90 Grad unterscheiden. Je nachdem, in welche Richtung der Ventilträger den Kolbenträger führt, hängt es davon ab, in welche Richtung sich das Schwungrad dreht. 
Jetzt müssen nur noch die Rohre angeschlossen werden. Dies sind Silikonschläuche für Aquarien. Alle Schläuche müssen mit Draht oder Klemmen gesichert werden.
Zu beachten ist, dass hier kein Sicherheitsventil vorgesehen ist. Daher ist äußerste Vorsicht geboten. 
Voila. Mit Wasser füllen. Lass es uns anzünden. Wir warten darauf, dass das Wasser kocht. Während des Erhitzens muss sich das Ventil in der geschlossenen Position befinden. 
Der gesamte Montagevorgang und das Ergebnis sind im Video zu sehen.
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