Принцип действия самовара известен с давних пор: похожим устройством - аутепсой пользовались древние римляне.

Самовар по конструкции предельно прост. Корпус с ручками (тулово), внутри - жаровая труба на массивном пустотелом основании.

В трубу помещают горящий древесный уголь, и он продолжает гореть внизу - на решётке - в потоке воздуха, который поступает в отверстия основания.
   Воздух нагревается и, поднимаясь вверх в жаровой трубе, отдаёт тепло воде в самоваре.


Уголь будет устойчиво гореть, точнее догорать, если есть тяга.
   Она появляется, когда поток воздуха на одном конце трубы нагревается, а на другом - охлаждается, что и происходит в самоваре.

Тяге также способствует сужение выходного конца, попутно уменьшающее потери тепла.


а) Прямая труба:
   О+ - подвод тепла;
   Q^- - отвод тепла;
   Р - давление;    V - скорость движения воздуха.
б) Труба с сужением:
   F₁ - суженное сечение трубы;
   F₂ - обычное сечение трубы.

Сужение трубы приводит к более энергичному подъему скорости (тяге) и снижению давления.

Чтобы в самоварной трубе пошёл воздух, его надо сдвинуть, сообщив некоторую начальную скорость, продувая трубу внизу - возле решётки (сверху разжигают угли мехами - сапогом).

В современных прямоточных реактивных двигателях тяга тоже появляется при разгоне воздушного потока до более чем двукратной скорости звука.

Суженную вверху самоварную трубу называют кувшином. Благодаря кувшинной форме (сужение верха трубы повышает частоту её собственных колебаний), самоварной трубе удалось избежать значительного гудения, что означало бы близость достаточно опасных вибраций типа флаттера.

Внутренний диаметр трубы - в широкой ее части - главная самоварная мера. По этому диаметру определяли все размеры самовара, его высоту и ширину, нужное количество углей.

Другая главная часть самовара - тулово, или корпус для воды. У первых российских самоваров оно напоминало чашу (полусферу).

Со временем выявились более подходящие формы тулова, похожего на ведро - перевёрнутый усечённый конус.
   А также на более сложную комбинацию - верхняя часть конуса, сопряжённая с тором - в самоварах с таким туловом вода сначала нагревается внизу, потом принимает тепло от трубы по всему объёму.


Изменения формы тулова.

Серьёзную конструкторскую задачу представляло собой соединение тулова с трубой.

Когда самовар нагревается, кувшин раскаляется докрасна, а температура тулова не превышает точки кипения воды. Русские самоварщики, учитывая столь разный режим нагрева тулова и трубы, соединили их герметично только в одном месте.
   Тем самым труба и тулово стали вести себя независимо, избегая тепловых напряжений, а значит и цикличных короблений, которые обычно приводят к разрушению.

В то же время тулово и труба, соединённые в одном месте, действовали как консоль - конструкция, закреплённая одной стороной и весьма уязвимая из-за своей малой жёсткости.

В 1825 году профессор медицины Ефрем Мухин предложил новый вариант самовара, чтобы вместе с кипятком получать и водяной пар, нужный для полевых лазаретов.
   В верхней части самовара выпекались хлебцы для раненых на манер нынешних чудо-печек.
   Предусматривалось дополнительно соединять вверху трубу и тулово, что придавало самоварной конструкции дополнительную жёсткость. Однако из-за периодичной смены температур верхнее соединение тулова с трубой быстро распаивалось, и пар улетучивался.


Русские же самоварщики наделили тонкостенное тулово дополнительной жёсткостью, используя так называемые рельефы - продольные и кольцевые вмятины, воспринимаемые как украшения.
   В современное время подобные рельефы широко применяют для усиления тонкостенных авиационных деталей.


Самоварное тулово снабжено ручками для переноски. Они выдерживают вес наполненного водой самовара. Эта нагрузка на небольшом участке, который занимает ручка, может смять, продавить, наконец, прорвать самоварное тулово.

Чтобы этого не произошло, ручки ставят вместе с накладками и подкладками - своеобразными плотиками, которые рассредотачивают нагрузку по тулову, как по гладкой водной поверхности.


Ручки на самоварах, а также на фарфоровых и фаянсовых чайниках, чашках обычно крепят в верхней части накладки. В этом случае тонкая стенка самовара или чайника, избегая воздействия опасного для неё сжатия, воспринимает лишь растяжение.


Наконец, самоварный кран, который состоит из трубки с втулкой и стержня с рукояткой.

Кран обладает конструктивной хитростью: его части при длительной работе самоуплотняются - стержень и втулка совмещаются наклонно по конусу.
   При поворотах поверхность стержня изнашивается, между ним и гнездом появляется зазор. Но кран не теряет герметичности, поскольку стержень под собственным весом смещается вниз, ликвидируя тем самым зазор - создаётся необходимое контактное давление конических поверхностей.


Однако стержень изнашивается неравномерно и быстрее всего возле торцов. Здесь появляются пояски-канавки. Вместе с пояском-канавкой у краёв стержня и втулки образуется уступ, который, не позволяя стержню опускаться, прекращает самоуплотнение.
   Подобный неравномерный износ испытывают широко распространённые в машиностроении соединения конических деталей с разной жёсткостью.

Самоварные изобретатели выполнили низ вертка с выступающим торцом, а вверху уменьшили жёсткость втулки - она снаружи стала иметь канавку.


Кран Орлова.

Выравнивают износ и по-иному: всякий раз открывая-закрывая кран, делают им полный оборот.
   Если же кран не способен на такой оборот - рукоятка задевает за тулово - равномерного износа не получится.

Рукоятка крана, как правило, достаточно массивна, чтобы удерживать стержень во втулке под напором воды.
   Этим самоварные мастера походили на средневековых зодчих, которые ставили на крепостные стены тяжёлые статуи или башни для выравнивания сил, действующих на сооружение.

В то же время рукоятка крана при своём немалом весе достаточно ажурна и обычно напоминает перо, решётку или ветку.


Узоры рукоятки крана.

Идеи, воплощённые в самоваре, быть может, послужили толчком для разных конструктивных находок.
   В 1916 году известный российский предприниматель Дмитрий Павлович Рябушинский в своём имении Кучино под Москвой испытал безотдачную пушку - стальную трубу, имеющую внутри пороховой заряд и у переднего торца снаряд.
   При подрыве заряда горячие газы выбивали снаряд, а сами выходили с большой скоростью через заднее отверстие, что сводило на нет отдачу трубы-пушки.

То же можно сказать и о русском усовершенствовании знаменитого станкового пулемёта, созданного английским конструктором Х.Максимом. Речь идет о тонкостенном кожухе, заполненном водой и охлаждающем пулемётный ствол - своеобразную самоварную трубу.






Не исключено, что Б.С.Стечкин, обосновывая семьдесят лет назад теоретические принципы воздушно-реактивного двигателя, вспоминал о тяговых процессах в самоваре.
   Если положить на бок самоварную трубу, то можно уловить некоторую её аналогию с реактивным двигателем. Конечно, тяги от раскалённых углей не хватит для движения трубы, но если в центре решётки поместить источник мощной тепловой энергии, например газогенератор на порохе, а для увеличения потока воздуха открыть поддон, то получится ракетно-прямоточный двигатель, и с ним можно достигнуть скорости звука.
   А установив на конце трубы расширяющуюся насадку, играющую роль сверхзвукового сопла, можно нарастить скорость.

Более полное сгорание пороховых газов и дальнейшее повышение тяги связаны с увеличением объёма камеры сгорания и соответственно с потреблением воздуха.
   Это удастся, если видоизменить газогенератор, а воздух пропускать через боковые отверстия с воздухозаборниками.
   Подобный кальмар с щупальцами сегодня считают достижением в ракетно-прямоточном двигателестроении.

Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732