Что такое водяной двигатель история 7
ВОДЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ
машина, превращающая энергию напора воды (реки и др. водные потоки) в механическую силу. Простейший В. д.-водяное колесо с ковшами или лопатками, на к-рые вода действует своим весом и поворачивает колесо (водяные мельницы и др.) В настоящее время водяные колеса вытесняются более совершенной водяной турбиной. Рабочая часть водяной турбины-рабочее колесо с прикрепленными к нему металлическими лопатками и направляющее колесо с направляющими лопатками. Водяные турбины экономнее водяных колес и применяются на всех гидростанциях (Днепропетровская, Волховская и др.). В СССР сейчас строятся мощные водяные турбины.
Смотреть что такое «ВОДЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ» в других словарях:
Двигатель Вальтера — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Водяной народ — Эта статья является частью цикла статей о волшебном мире Гарри Поттера. Содержание 1 Магическая зоология … Википедия
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ — см. Водяной двигатель … Сельскохозяйственный словарь-справочник
Ядерный ракетный двигатель — (ЯРД) разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают реактивными (нагрев рабочего тела в ядерном реакторе и вывод газа через сопло) и импульсными (ядерные взрывы… … Википедия
ГАЗ-11 (двигатель) — ГАЗ 11 Производитель: ГАЗ Тип: Бензиновый, карбюраторный Объём: 3480 см3 Конфигурация: рядный, шестицилиндровый … Википедия
Паровой двигатель — 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… … Википедия
Газотурбинный двигатель — с одноступенчатым радиальным компрессором, турбиной, рекуператором, и воздушными подшипниками Газотурбинный двигатель (ГТД) тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого… … Википедия
Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы
С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.
Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.
История развития рынка водородных двигателей
Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.
Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.
В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.
В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.
Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].
Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.
В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.
В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.
Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.
Как работает водородный двигатель?
На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.
Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.
По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.
Где применяют водородное топливо?
Плюсы водородного двигателя
Минусы водородного двигателя
Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.
Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.
Водородный транспорт в России
В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.
В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.
Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.
Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».
В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.
Перспективы технологии
Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.
Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.
Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.
Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.
Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].
Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:
Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.
Паровая машина Уатта
Главным двигателем в разных отраслях производства веками оставалось водяное колесо. Но этот двигатель требовал располагать предприятия у рек и для запуска нуждался в дорогостоящих подготовительных работах. Мощность водяных колёс, зависевшую от силы реки, было трудно контролировать: ведь как в засуху, так и при наводнении — двигатель мог встать. Нужда в мощном, дешёвом, легкоуправляемом двигателе, который можно установить в любом месте, привела к созданию паровых машин.
Вспомнить Герона
«Праотцами» паровой машины можно считать два творения Герона Александрийского — поршневый насос и эолипил, в котором сила пара использована как источник энергии. Идею эолипила развил итальянский инженер Джованни Бранка, создав в 1629 г. первую паровую турбину, схожую с водяным колесом, но вращаемую не потоком воды, а давлением струи пара.
Двигатель Бранка был слишком слаб для промышленного использования — мощи паровой струи, поступающей из кипящего котла с водой, не хватало для раскручивания большого колеса. Поршневые насосы в XVI-XVIII вв. широко использовались для откачки грунтовых вод из глубоких шахт и приводились в движение водяным колесом (гидравлическим двигателем). Английский изобретатель Эдвард Сомерсет объединил идею поршня и использование пара в качестве рабочего тела (источника энергии) и в 1655 г. построил паровой насос для подъёма воды на стену замка. Но в те годы его идея не нашла поддержки.
Модель Папена
Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.
«Друг рудокопа»
В 1698 г. английский инженер Томас Севери получил патент на «друга рудокопа» — паровой насос для откачки воды из шахт. Всю работу «друга» выполнял пар — там даже не было поршня. Севери, в отличие от Папена, стал производить пар в паровом котле, отделённом от рабочей части машины. Но для действия машины приходилось каждый раз охлаждать паровой котёл, и тепло, на создание которого тратился уголь в нагревательной печи, уходило в воздух.
Турбина — вращающийся (ротационный) двигатель, преобразующий энергию рабочего тела (воды, пара, газа) в механическую работу.Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. После конденсации пар становится водой.
Двигатель Ньюкомена
Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.
Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.
Паровая революция
Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.
Машина широкого спроса
В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.
Двойной пар
В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.
Поршень крутит колесо
Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.
Полная автоматизация
Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.
Развитие идеи
Успех первой пароатмосферной машины принёс Уатту и славу, и деньги на продолжение работы. Он поставил перед собой несколько задач по усовершенствованию своей машины: повысить мощность, использовать для выполнения полезной работы не только опускание поршня, но и его подъём, а также полностью автоматизировать управление машиной.
marafonec
marafonecМарафонец
Бег на месте к горизонту
Двигатель на воде давно создан — он запрещён! Чем заменяют подобные изобретения.
Водяной автомобиль существует гипотетически, и никак иначе! Но, это — неправда, в своей сути уже существует подобное изобретение. Как только, появляются новые и передовые технологии, затрагивающие интересы монополистов, — предприятия, осмелившиеся начать производство революционных технологий – разоряются.
Прорывная технология
В далёком 2008 году, японская компания Genepax, представляет на автомобильной выставке в Осаке, автомобиль, работающий на воде. Своё изобретение, предприимчивые японцы, запатентовали в Европейском патентном ведомстве. Можно вдохнуть свободно: наконец-то, прорыв!
Но, не тут-то было. Ходу этому изобретению не дали. Наоборот, изобретение вызывает, в определённых кругах, досаду и негодование. Оно способно негативно повлиять на способ ведения устоявшегося бизнеса владельцев компаний в энергетической отрасли.
Что же осмелились создать японцы — расплата за смелость
Японские изобретатели создали автомобиль, работающий на обычной воде. Вода может быть из крана или любого источника. В пути — это может быть и бутылка с водой, купленная в ближайшем магазинчике.
Для того, чтобы он начал движение, — ему нужно всего один литр воды, и один час езды обеспечен. Скорость автомобиля до 80 километров в час.
Воду нужно залить в бак, соединённый с устройством, которое посредством электрического тока, расщепляет воду на кислород и водород.
Так генерируется топливо – перекись водорода. Также генератор производит необходимую электроэнергию, извлекая из воды водород, высвобождая электроны.
Такое топливо даёт в два раза больше энергии двигателю, чем бензин. Продуктом распада этой реакции является, всего лишь – водяной пар.
Как в народе говорят: не прошло и года. Через год компания странным образом разоряется и, — перестаёт существовать.
Почему все молчат и ничего не делают?
Конечно, эта идея не нова! По всему миру изобретатели создают подобные прототипы, усовершенствуя и внося коррективы в своё идеальное транспортное средство.
Весь казус состоит в том, что такие автомобили единично передвигаются по дорогам, а оплаченное общество «экспертов», продолжает кричать о мошенничестве.
Есть и другой выход в создавшейся неудобной ситуации для монополистов. Он подразумевает: запугивание, подкуп, выкуп лабораторий, которые занимаются альтернативными источниками энергии.
Какой выход для всех нас?
И вот, в 2017 году – «прорыв»! Предприимчивые монополисты решились на инновации. Появляется «новый» серийный автомобиль компании Mercedes-Benz, работающий на водородном топливе.
Следом, не отстаёт японская компания Mirai, заявляя о безостановочном ходе своего автомобиля на 480 километров, который также заправлен водородом.
Да, все они будут заправляться водородом на специальных заправках (ведь, нужно же, что-то продавать, вместо бензина).
Как говорят, эти автомобили мощнее и их ждёт будущее, несмотря на то, что они более взрывоопасны, чем бензиновые.
PS: Так напоминает историю с электромобилями.
Водяной двигатель
Поскольку вода практически несжимаема, клапанный механизм водяных двигателей более сложен, чем тот, который используется в паровых двигателях, а некоторые водяные двигатели даже имели небольшой вторичный двигатель исключительно для обеспечения работы их клапанов. Слишком быстрое закрытие клапана может привести к очень большому давлению и взрыву трубопроводов (явление, подобное гидравлическому удару ), и в дополнение к клапанам, предназначенным для медленного закрывания, многие водяные двигатели использовали воздушные камеры, чтобы обеспечить некоторое поглощение силы за счет сжатия. воздух в них.
Неясно, когда и где были изобретены водяные двигатели, но возможно, что они впервые были использованы на шахтах в центральной Германии; Безусловно, такое устройство было описано Робертом Фладдом после того, как он посетил Германию около 1600 года. [1] [2]
В 19 веке в Лондоне широко использовались водяные двигатели, работающие на воде под высоким давлением, подаваемой Лондонской гидравлической энергетической компанией по разветвленной сети трубопроводов. Даже когда практические электродвигатели вошли в употребление, водяные двигатели оставались популярными в течение нескольких лет, поскольку они обладали рядом преимуществ: они были тихими, надежными, дешевыми в эксплуатации, компактными, безопасными и могли надежно работать во влажных или заболоченных условиях, непригодных для эксплуатации. электрическое оборудование, такое как приводящие в действие водяные насосы в шахтах, где их способность продолжать работать даже в полностью погруженном состоянии была большим преимуществом.
Водяная колонка Фрайберга (1900 г.)
Водяной паровоз Reichenbach в музее Клаушойсля
Использование большого количества воды было менее важным, потому что использованная вода часто была доступна и была очень дешевой. Кроме того, в бережливых сельских домохозяйствах вода, используемая для ее движения, часто использовалась и для других целей.
Обязательным условием правильной работы водяного двигателя было достаточное давление в водопроводных трубах. Во время большого расхода воды (до или после работы) напор воды часто был недостаточным. В суровые зимы, когда водопроводные трубы часто замерзали, водяной двигатель использовать нельзя. По этим причинам стиральные машины все еще имели устройство, которое позволяло им вращать «мышечной силой».
С изобретением современной стиральной машины эти ванны с водяными двигателями исчезли с рынка.