Паровая машина принцип действия: Устройство и принцип действия паровых машин

схема действия первой, как работает аппарат двойного и тройного расширения, устройство двигателя, как он действует?

Содержание

• Схема действия первой паровой машины
• Как работает аппарат?
  • Двойного расширения
  • Тройного расширения
• Устройство двигателя, как он действует?
• Какие конструкции используют сейчас?
• Видео по теме статьи
• Заключение

Схема действия первой паровой машины

Первой паровой машиной считается одноцилиндровый двигатель Дени Папена, созданный в 1680 году. Устройство состояло из:

1. Металлического цилиндра. Цилиндр этой машины также выполнял роль емкости для воды для образования пара.
2. Поршень со штоком.
3. Выпускного клапана. Им был оснащен сам поршень.
4. Фиксатор. С его помощью производилась фиксация поршня в верхнем положении.

Устройство работало по следующему принципу:

• гильза с водой устанавливалась на огонь;
• при нагреве вода закипала, образовывался пар;
• образованный кипением пар вытеснял весь воздух из гильзы через клапан и поднимал поршень в цилиндре;
• при достижении полного положения открытия, поршень удерживался фиксатором.

Конструкция не позволяла выполнить одновременное открытие и закрытие поршня (возвратно-поступательное движение). Для его возврата к исходному положению необходимо было остудить верхнюю часть гильзы и сдвинуть рычаг фиксации.

Под собственным весом и силой атмосферного давления поршень опускался вниз. Для повторной работы требовалось снова установить цилиндр на источник тепла и повторить процесс нагрева воды.

Данная модель паровой машины создавалась для шахтных насосов, но из-за низкого КПД (меньше 1%), ее использование со временем стало неэффективным.

Как работает аппарат?

Система расширения позволяет:

1. В полной мере использовать объем поданного в двигатель пара.
2. Увеличить КПД машины.
3. Снизить температуру перед отводом пара на конденсатор.
4. Снизить объем выброса в атмосферу отработанного пара.

Двойного расширения

Двигатель двойного расширения или компаунд состоит из следующих элементов:

• цилиндра и поршня малого диаметра;
• одного цилиндра большого диаметра;
• конденсатора;
• регулятора давления.

Работает устройство следующим образом:

1. В котле образуется пар и поступает на первый цилиндр. При этом давление и температура пара очень высокие.
2. Пар толкает поршень, при этом температура и давление газа в гильзе снижается.
3. Отработанный пар, обладая низким давлением, но уже большим объемом, переводится во второй поршень.
4. Второй поршень сдвигается, переводя первый на исходное положение.
5. Отработанный пар из второй гильзы отводится на конденсатор.

Система очень простая, но ее недостатком является сложность запуска двигателя, если первый поршень находится в промежуточном или полностью в верхнем положении.

Тройного расширения

Система тройного или множественного расширения более усовершенствованная и эффективная.

Она состоит из:

• первой гильзы и поршня большого диаметра для работы с паром высокого давления и температуры;
• второго цилиндра и поршня диаметром меньше, чем первый, увеличена также длина гильзы, но ход поршня остается прежним — это сделано для отработанного пара, у которого снизилось давление и увеличился объем, этот цилиндр работает с паром среднего давления;
• третьей группы (цилиндр-поршень) еще меньшего диаметра, чем две предыдущие группы, увеличена и его длина, группа работает с паром низкого давления.

Отработанный пар, после прохождения всех трех групп, переводится на конденсатор.

Работает двигатель тройного расширения следующим образом:

1. Образованный в котле пар поступает на золотник.
2. Золотник перераспределяет пар на первый цилиндр.
3. Пар смещает поршень. За счет смещения перекрывается входной паровой клапан. Клапан защищает гильзу от поступления лишнего объема пара.
4. При достижении первым поршнем верхней мертвой точки, открывается клапан второго цилиндра. Отработанный пар поступает в него уже с меньшим давлением и большим объемом. При этом первый поршень начинает движение назад.
5. После достижения вторым поршнем своей верхней мертвой точки, охлажденный отработанный пар отводится к третьему цилиндру. При этом открывается входной клапан первого цилиндра.

Полностью охлажденный пар отводится через последний клапан на конденсатор. Паровые двигатели тройного расширения не страдают от проблем со стартом при открытом положении поршня.

Это компенсируется работой золотникового поршня и поступления давления к гильзе с задней стороны. Если поршень находится в закрытом состоянии, задний клапан не открывается.

Двигатели с подобной системой имеют высокий КПД (до 30%). Для его увеличения и экономии ресурса следующей моделью являются машины множественного расширения (4 и более).

Устройство двигателя, как он действует?

Двигатель паровой машины – это основной агрегат, который не включает в себя паровой котел.

Он состоит из следующих элементов:

• входной паровой патрубок с клапаном;
• цилиндр золотникового клапана;
• сам золотник;
• основная гильза с поршнем;
• двух поршневых штоков — один крепится к основному поршню, второй к золотнику;
• канал ползуна — используется для балансировки направления ползуна при движении;
• ползун — крепится к штоку основного поршня и соединяется через эксцентрик с шатуном;
• шатун — передает поступательное движение на маховое колесо;
• кривошип — соединительный элемент махового колеса и шатуна;
• маховое колесо — центрует и балансирует вращательное движение;
• центробежный регулятор давления — используется для регулировки давления системы;
• система распределительных линий;
• конденсатор — используется для конденсации отработанного пара.

Схема паровой машины тандем: 1 — поршень, 2 — поршневой шток, 3 — ползун, 4 — шатун, 5 — кривошип, 6 — вал, 7 — маховик, 8 — скользящий клапан, 9 — центробежный регулятор

Работает двигатель следующим образом:

1. Из котла пар поступает в гильзу высокого давления с золотниковым клапаном.
2. Золотник смещается, под действием расширения пара, в верхнюю мертвую точку, открывая канал для поступления пара в нижнюю часть основной гильзы.
3. Пар под давлением смещает поршень в верхнюю мертвую точку. При этом золотник сдвигается в обратном направлении, перекрывая канал поступления пара в переднюю часть цилиндра, и открывая канал его задней части.
4. Через этот канал, пар поступает за поршень и толкает его в обратном направлении.
5. Обратно поступательное движение поршней передается на штоки. Шток золотника проворачивает маховик, который толкает шатун, ползун и шток главного поршня. Это обратное поступательное движение, которое дополняет энергию давления пара.
6. Шатун основного поршня сдвигается в направлении маховика и проворачивает его.
7. Энергия вращения передается через вал или ременную передачу на второстепенное устройство (насос, станок, колесо).

В ходе работы весь отработанный пар поступает в конденсатор, где пар превращается в воду, которая перенаправляется обратно к котлу. Остаток пара выводится в атмосферу.

Вся работа машины также зависит от центробежного регулятора. Именно он, за счет скорости своего вращения, открывает основной клапан на полный ход или перекрывает его.

Какие конструкции используют сейчас?

Паровые машины используют в следующих сферах:

1. Транспорт. В некоторых участках мира все еще курсируют паровозы. На паровозах устанавливается двигатель двойного или множественного расширения.
2. Простые двухцилиндровые машины применяются в качестве приводов насосного оборудования в шахтах, химической промышленности.
3. Паровые турбины применяются в энергетике. Именно эти устройства являются приводом генераторов.
4. Паровые турбины или небольшие двигатели применяются на ТЭЦ для обеспечения подачи тепла.

Роль паровых машин современности все еще остается важной. Причиной является малая затрата на топливо, простота и надежность конструкции.

Видео по теме статьи

Об устройстве и принципе работы паровой машины расскажет видео:

Заключение

Паровые машины все еще востребованы современным обществом. Они несут свет и тепло в дома, перевозят людей в горных районах мира. Устройство и принцип работы подобных машин все еще совершенствуется инженерами для достижения наибольшего КПД.

А какова Ваша оценка данной статье?

Загрузка. ..

Паровая машина — Двигатели будущего

Материалы проекта‎ > ‎ Паровая машина Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию 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.    Паровая машина Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Конец XIX в. Экспонат Музея Индустриальной Культуры. Нюрнберг Значение паровых машин Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами, КПД которых выше. 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.  Принцип действия Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от кизяка до урана.  Изобретение и развитие    Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Диноме. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии. Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таги-аль-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана. Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа». Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм, или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 миль в час. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком. Паровые машины с возвратно-поступательным движением Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.  Вакуумные машины    Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель [хой]Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире. Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными» или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов, во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход. Поршень связан цепью с концом большого коромысла, вращающегося вокруг своей середины. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла, которое под действием насоса возвращает поршень к верхней части цилиндра силой гравитации. Так происходит обратный ход. Давление пара низкое и не может противодействовать движению поршня. Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В 1774 году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помп (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить. версия паровой машины, созданная Уаттом В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра. Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века. Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими. Приблизительно в 1811 году Ричарду Тревитнику потребовалось усовершенствовать машину Уатта, для того чтобы приспособить её к новым котлам Корниша. Давление пара над поршнем достигло 275 кПа (2,8 атмосферы), и именно оно давало основную мощность для совершения рабочего хода; кроме того, был существенно усовершенствован конденсатор. Такие машины получили название машин Корниша, и строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано до этого уровня. Некоторые машины Корниша имели весьма большой размер.  Паровые машины высокого давления В паровых машинах пар поступает из котла в рабочую камеру цилиндра, где расширяется, оказывая давление на поршень и совершая полезную работу. После этого расширенный пар может выпускаться в атмосферу или поступать в конденсатор. Важное отличие машин высокого давления от вакуумных состоит в том, что давление отработанного пара превышает атмосферное или равно ему, то есть вакуум не создаётся. Отработанный пар обычно имел давление выше атмосферного и часто выбрасывался в дымовую трубу, что позволяло увеличить тягу котла. Важность увеличения давления пара состоит в том, что при этом он приобретает более высокую температуру. Таким образом, паровая машина высокого давления работает при большей разнице температур чем та, которую можно достичь в вакуумных машинах. После того, как машины высокого давления заменили вакуумные, они стали основой для дальнейшего развития и совершенствования всех возвратно-поступательных паровых машин. Однако то давление, которое считалось в 1800 году высоким (275—345 кПа), сейчас рассматривается как очень низкое — давление в современных паровых котлах в десятки раз выше. Дополнительное преимущество машин высокого давления состоит в том, что они намного меньше при заданном уровне мощности, и соответственно, существенно менее дорогие. Кроме того, такая паровая машина может быть достаточно лёгкой и компактной, чтобы использоваться на транспортных средствах. Возникший в результате паровой транспорт (паровозы, пароходы) революционизировал коммерческие и пассажирские перевозки, военную стратегию, и вообще затронул практически каждый аспект общественной жизни. Схема горизонтальной одноцилиндровой паровой машины высокого давления, двойного действия. Отбор мощности осуществляется приводным ремнем: 1 — Поршень 2 — Шток поршня 3 — Ползун 4 — Шатун 5 — Коленчатый вал 6 — Эксцентрик для привода клапана 7 — Маховик 8 — Золотник 9 — Центробежный регулятор.  Паровые машины двойного действия Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало появление машин двойного действия. В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, но обратно он возвращался или под действием гравитации, или за счёт момента инерции вращающегося маховика, соединённого с паровой машиной. В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения. Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода. Поршень такой паровой машины соединён со скользящим штоком, выходящим из цилиндра. К этому штоку крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип маховика. Система парораспределения приводится в действие другим кривошипным механизмом. Механизм парораспределения может иметь функцию реверса для того, чтобы можно было менять направление вращения маховика машины. Паровая машина двойного действия примерно вдвое мощнее обычной паровой машины, и кроме того, может работать с намного более легким маховиком. Это уменьшает вес и стоимость машин. Большинство возвратно-поступательных паровых машин использует именно этот принцип работы, что хорошо видно на примере паровозов. Когда такая машина имеет два или более цилиндров, кривошипы устанавливаются со сдвигом в 90 градусов для того, чтобы гарантировать возможность запуска машины при любом положении поршней в цилиндрах. Некоторые колёсные пароходы имели одноцилиндровую паровую машину двойного действия, и на них приходилось следить, чтобы колесо не останавливалось в мёртвой точке, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.

Определение парового двигателя | Типы и принцип работы паровой машины

ЧТО ТАКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛИ?

Паровая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую энергию, а тепло подается в двигатель посредством пара. Это машина, в которой в качестве рабочего тела используется пар. Паровая машина работает по принципу первого закон термодинамики, согласно которому работа и тепло взаимозаменяемы. Это очень простое определение парового двигателя.

В паровой машине есть цилиндр с поршнем. Затем пар из котла поступает в цилиндр двигателя, и цилиндр воздействует на поршень, который тем самым совершает возвратно-поступательное движение поршня. Таким образом, тепловая энергия пара преобразуется в механическую работу, поэтому он называется Поршневой паровой двигатель .

Первый паровой двигатель был изобретен в 1712 году Томасом Ньюкоменом и его помощником Джоном Калли.

КАК СДЕЛАТЬ ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ?

В паровой машине перегретый пар высокого давления из котла подается в паровой короб. Здесь D-образный клапан V, называемый D-золотником, перемещается туда и сюда в паровой камере, и этот клапан регулирует подачу пара в цилиндр двигателя, приводимый в действие механизмом E, называемым эксцентриком, который расположен на коленчатом валу. Есть два разных порта А и В, через которые пар вводится в цилиндр с двух сторон от поршня, а К — выпускной порт, через который пар выводится из цилиндра.

Когда золотниковый клапан D перемещается вправо, пар из паровой камеры поступает с левой стороны через порт A. Этот пар под высоким давлением толкает поршень к правой стороне конца кривошипа. Это называется прямым ходом поршня. При движении поршня крейцкопф перемещается вправо, тем самым толкая шатун, который также толкает кривошип вправо. Теперь кривошип и коленчатый вал вращаются по часовой стрелке, как показано на рисунке.

Когда поршень находится в крайней правой части или ближе к торцевой крышке кривошипа, V-образный клапан перемещается влево и открывает паровой порт B, через который пар поступает в цилиндр. Таким образом, поршень теперь движется влево или от кривошипа. Это называется обратным ходом поршня. Поршень начинает двигаться влево, и левый пар выходит из цилиндра через выпускной порт K через порт A.

Опять же, когда поршень находится в крайнем левом положении, клапан V начинает двигаться в правом направлении и открывает порт A. В результате пар поступает в цилиндр через порт A, и поршень начинает двигаться в правильном направлении. Теперь пар правого цилиндра выходит из цилиндра через выпускное отверстие K через отверстие B.

Таким образом, поршень движется вперед и назад в камере цилиндра и циркулирует через коленчатый вал через поршневой шток, шатун и кривошип. Этот процесс происходит постоянно, и поэтому работает паровая машина. В конце каждого такта поршень меняет направление движения и на мгновение останавливается. Это называется мертвыми точками кривошипа. Вышеупомянутая паровая машина называется 9.0005 Одноцилиндровый горизонтальный поршневой паровой двигатель двойного действия .

ТИПЫ ПАРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Паровые двигатели относятся к разным категориям. Здесь мы обсудим некоторые важные категории:

1. В соответствии с положением цилиндра:-

a. Горизонтальная паровая машина: когда ось находится в горизонтальном положении в паровой машине, она называется горизонтальной паровой машиной.

б. Вертикальный паровой двигатель: если ось находится в вертикальном положении в паровом двигателе, это называется вертикальным паровым двигателем.

2. По количеству рабочих ходов:-

а. Паровой двигатель одинарного действия: когда пар поступает с одной стороны поршня и производит один рабочий ход при каждом обороте коленчатого вала, называется паровым двигателем одностороннего действия.

б. Паровой двигатель двойного действия: когда пар поступает с обеих сторон поршня и производит двойной рабочий ход на каждом обороте, называется паровым двигателем двойного действия. Он производит двойную мощность, чем паровой двигатель одностороннего действия.

3. По количеству цилиндров, в которых расширяется пар:-

а. Простая паровая машина: Когда расширение пара осуществляется в одном цилиндре, это называется простой паровой машиной.

б. Составной паровой двигатель: когда расширение пара осуществляется в двух или более цилиндрах, называется составным паровым двигателем.

4. В зависимости от типа выхлопа:-

а. Конденсационный паровой двигатель: когда пар выпускается в конденсаторе, называемом конденсационным паровым двигателем.

б. Паровой двигатель без конденсации: когда пар выбрасывается в атмосферу, называется паровой двигатель без конденсации.

5. По способу управления:-

а. Дроссельный паровой двигатель: когда скорость парового двигателя регулируется дроссельным клапаном в паровой трубе, который регулирует давление пара в двигателе.

б. Паровой двигатель с автоматическим отключением: когда скорость парового двигателя регулируется автоматическим регулятором отключения, который регулирует давление пара в двигателе.

6. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала:-

а. Низкоскоростная паровая машина: Когда скорость коленчатого вала ниже 100 оборотов в минуту, это называется тихоходной паровой машиной.

б. Паровой двигатель средней скорости: когда скорость коленчатого вала составляет от 100 до 250 оборотов в минуту, это называется паровым двигателем средней скорости.

в. Высокоскоростной паровой двигатель: Когда скорость коленчатого вала превышает 250 оборотов в минуту, это называется высокоскоростным паровым двигателем.

7. По области применения:-

а. Стационарный двигатель

б. Локомотив

c. Судовой двигатель

8. В соответствии с используемым клапанным механизмом:-

a. Двигатель с золотниковым клапаном

b. Corlis Valve Engine

9. Расширенный двигатель: —

10. Нерасширенный двигатель: —

Следующая страница ⇒

Что такое паровой двигатель? Определение, части, работа, схема, использование

Что такое паровой двигатель? Это очень распространенный вопрос для всех нас. В этой статье мы узнаем, основы, определение, части, принцип работы, преимущества, недостатки паровых двигателей.

Давайте исследовать!

Что такое паровой двигатель? Определение

Основы парового двигателя

Паровые двигатели на более ранних стадиях непрактичны для производства электроэнергии. Во время промышленной революции с более совершенными конструкциями они стали основным источником механической энергии.

Поскольку сгорание происходит вне цилиндра двигателя, многие паровые двигатели относятся к «Двигатели внешнего сгорания» .

Что такое определение частей парового двигателя, основы работы схемы

Тепловой цикл, используемый в паровых машинах, называется циклом Ренкина. Его также называют «поршневой паровой двигатель», так как поршень внутри цилиндра совершает возвратно-поступательное движение (туда и обратно).

Определение паровой машины

Тепловая машина, использующая пар в качестве рабочего тела для выполнения механической работы. Паровые двигатели используют силу, создаваемую давлением пара, чтобы заставить поршень двигаться вперед и назад в цилиндре.

Это движение преобразуется во вращательное с помощью шатуна и маховика. Таким образом, паровые машины выполняют полезную работу.

История парового двигателя

В 1781 году Джеймс Уатт подал заявку на патент на паровой двигатель, который обеспечивал питанием различное производственное оборудование. Стационарные паровые машины являются неотъемлемой частью промышленной революции.

Паровые двигатели также могут работать на тяговых двигателях и железнодорожных локомотивах.

Части парового двигателя и схема

Давайте посмотрим на простую схему паровых двигателей, чтобы получить простое представление о деталях парового двигателя,

Рабочая схема определения деталей парового двигателя

Теперь мы увидим все части паровой машины, короче, давайте исследовать!

Following are important parts of a single-cylinder reciprocating steam engine,

• Frame
• Cylinder
• Piston
• Steam chest
• D-slide valve
• Inlet and exhaust ports
• Piston rod
• Crosshead
• Шатун
• Коленчатый вал
• Эксцентрик
• Маховик
• Регулятор
• Эксцентриковый шток и шток клапана

XPH — ваш дом для запасных частей BMW, Audi, Ford Mustang, VW, Porsche и Nissan GTR.

Давайте попробуем вкратце разобраться во всех частях, чтобы иметь общее представление о деталях паровой машины.

Рама

Рама изготовлена ​​из тяжелого чугуна и поддерживает все неподвижные и подвижные части. Он опирается на фундамент двигателя и удерживает все детали двигателя в правильном положении.

Цилиндр

Представляет собой полый цилиндрический контейнер из чугуна. Поршень движется вперед и назад в полом контейнере под давлением пара. Оба конца цилиндра закрыты и герметичны для пара.

Детали парового двигателя цилиндр шток поршня крейцкопф Изображение Phil Sangwell, CC BY 2.0 через Wikimedia Commons

Поршень

Поршень представляет собой цилиндрический диск, который движется вперед и назад в цилиндре под действием давления пара. Его функция заключается в преобразовании тепловой энергии пара в механическую работу.

Паровая камера

Паровая камера представляет собой неотъемлемую часть цилиндра. Перегретый пар, поступающий из котла под высоким давлением (более 20 атм.), подается в паросборник. Затем этот пар подается в цилиндр с помощью D-образного золотникового клапана.

D-образный золотник

Этот клапан движется простым гармоническим движением в паровой камере. Он используется для выпуска пара из цилиндра.

Впускные и выпускные каналы

Эти порты используются для движения пара в корпусе цилиндра. Пар из паровой камеры поступает в цилиндр через впускные отверстия. Пар выпускается через выпускное отверстие после выполнения работы в цилиндре.

Шток поршня

Шток поршня представляет собой круглый шток, одна сторона которого соединена с поршнем, а другая сторона соединена с крейцкопфом. Он передает движение от поршня к траверсе.

Крестовина

Это соединение между штоком поршня и шатуном. Он используется для направления движения поршня и предотвращения изгиба поршня.

Шатун

Шатун изготовлен из кованой стали. Один ее конец соединен с траверсой, а другой с кривошипом. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение кривошипа.

Коленчатый вал

Это главный вал двигателя с кривошипом. Кривошип работает по принципу рычага и создает вращательное движение вала.

Эксцентрик

Его функция заключается в обеспечении возвратно-поступательного движения золотникового клапана. Он изготовлен из чугуна и установлен на коленчатом валу.

Маховик

Маховик представляет собой тяжелое чугунное колесо, закрепленное на коленчатом валу. Предотвращает колебания двигателя и рывки коленчатого вала.

Детали парового двигателя Маховик

Регулятор

Регулятор поддерживает постоянную скорость при различных нагрузках. Это достигается за счет контроля количества или давления пара, подаваемого в паровые машины.

Эксцентриковый шток и шток клапана

Эксцентриковый шток из кованой стали преобразует вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение штока клапана. Шток клапана обеспечивает простое гармоническое движение D-задвижки. Он соединяет эксцентриковый стержень и D-образный золотник.

Весна пришла! Сэкономьте на нашем бестселлере WAGNER TUNING BMW F CHASSIS N55 CATTED DOWNPIPE

Работа парового двигателя

Давайте попробуем понять, как работает паровой двигатель,

• Эти двигатели работают по принципу первого закона термодинамики, согласно которому теплота и работа взаимопреобразовываются.
• Пар производится в котле, который поступает в паровой комод через вход.
• После входа пар поступает в цилиндр через порты P1 и P1, как показано на рисунке.
• D-образный золотник регулирует поток пара. Его положение зависит от положения эксцентрикового кривошипа.
• Поршень цилиндра совершает возвратно-поступательное движение за счет давления пара. Здесь пар расширяется и часть его тепловой энергии превращается в работу за счет движения поршня.
• Поскольку поршень соединен с шатунами, поршень передает свою мощность через шатуны.
• Затем коленчатый вал выполняет свою функцию и преобразует возвратно-поступательное движение шатунов во вращательное движение.
• Маховик помогает передавать мощность в постоянном темпе.
• От маховика происходит окончательная передача мощности.
• Расширенный пар может выходить через выпускное отверстие.
• Для достижения максимальной эффективности двигателя этот пар можно использовать для повышения температуры воды, необходимой для производства большего количества пара.

Посмотрите очень ХОРОШИЙ АНИМИРОВАННЫЙ видеоролик от Let’s Grow Up,

Типы паровых двигателей

Паровые двигатели классифицируются по следующему принципу:

• По количеству рабочих ходов
• По положению цилиндра
• По положению цилиндра
• По частоте вращения коленчатого вала
• По типу выхлопа
• По расширению пара в цилиндре двигателя
• В соответствии с методом управления

Давайте кратко рассмотрим все типы паровых двигателей,

В соответствии с количеством рабочих ходов

На основе количества рабочих ходов существует два типа паровых двигателей;

Паровая машина одностороннего действия s

Здесь пар может поступать с одной стороны поршня, и при каждом обороте коленчатого вала производится только один рабочий ход.

Паровая машина двойного действия s

Если пар поступает с обеих сторон поршня, то при каждом обороте коленчатого вала производится два рабочих хода. Говорят, что это паровая машина двойного действия. Этот двигатель производит двойную мощность по сравнению с первым двигателем.

Станьте экспертом «Зеленого пояса шести сигм», освоив такие концепции, как диаграмма «Рыбья кость»/Исикава, анализ первопричин, взаимосвязь и статистический анализ данных, работая над отраслевыми вариантами использования и проектами.

В зависимости от положения цилиндра

Два типа паровых двигателей в зависимости от положения цилиндра:

Горизонтальная паровая машина s

Здесь ось цилиндра горизонтальна.

Вертикальная паровая машина s

Имеет вертикальную ось цилиндра. Этот двигатель требует меньше площади пола.

Типы паровых двигателей вертикальные

По частоте вращения коленчатого вала

По частоте вращения коленчатого вала паровые машины подразделяются на три типа:

Тихоходный паровой двигатель s

Здесь частота вращения коленчатого вала меньше 100 об/мин (оборотов в минуту).

Среднескоростной паровой двигатель s

Скорость вращения коленчатого вала находится между 100 и 250 об/мин.

Высокоскоростной паровой двигатель s

Этот двигатель имеет скорость вращения коленчатого вала более 250 об/мин.

По типу выхлопа

Существует два типа паровых машин в зависимости от типа выхлопа.

Конденсационный паровой двигатель s

Паровой двигатель, в котором пар конденсируется в воду при давлении ниже атмосферного, называется конденсационным паровым двигателем.

Паровая машина без конденсации s

Паровая машина, в которой пар не конденсируется в воду и выбрасывается в атмосферу, называется паровой машиной без конденсации.

Присоединяйтесь к тысячам компаний, которые процветают благодаря интеллектуальной технологии электронного обучения LearnWorlds, отмеченной наградами поддержке и вдохновляющему контенту.

Согласно расширению пара в цилиндре двигателя

На основе этого критерия различают два типа паровых двигателей;

Простая паровая машина

Когда расширение пара происходит в одном цилиндре, а затем пар уходит в атмосферу или достигает конденсатора, такой тип двигателя называется простой паровой машиной.

Составной паровой двигатель

Когда расширение пара происходит в двух или более цилиндрах, этот тип двигателя известен как составной паровой двигатель.

Согласно методу управления

Управление применяется для контроля скорости двигателя. По способу управления различают два типа паровых машин.

Дроссельный паровой двигатель

Если дроссельный клапан используется в паровой трубе для управления скоростью двигателя, поскольку он регулирует давление пара в двигатель, двигатель с такой установкой называется дроссельным паровым двигателем.

Автоматическое отключение паровой машины

Когда мы контролируем скорость двигателя, контролируя давление пара с помощью регулятора автоматического отключения, это называется паровым двигателем с автоматическим отключением.

Преимущества паровой машины

• Они тише и имеют меньше вибраций.
• Уровень навыков, необходимых для его эксплуатации и обслуживания, низкий.
• Они экономичны в эксплуатации и обслуживании.
• Паровые двигатели имеют больший срок службы по сравнению с другими двигателями.
• Мы легко можем эксплуатировать 100-летний паровой двигатель паровозов, с другой стороны, тяжелее эксплуатировать двигатели внутреннего сгорания даже 20 лет.
• Можно использовать любой вид горючего топлива (мазут, уголь, природный газ или дрова).
• Паровой двигатель — мощная машина, он может пускать поезда, перевозить людей и грузы из одного места в другое.

Недостатки паровой машины

• Паровая машина имеет огромные размеры и вес, поэтому требует больше места на полу.
• Из-за большого веса его нельзя использовать для управления небольшими транспортными средствами, такими как автомобили и автобусы.
• Сразу не запускается. Во-первых, нам нужно произвести пар, который требует времени.
• Наиболее опасной частью паровой машины является ее котел. Это область высокого давления и температуры. Котел может взорваться из-за чрезмерного давления, поэтому безопасность паровых двигателей является проблемой.
• Имеет низкий КПД из-за низкой температуры пара, а также большая площадь поверхности подвержена потерям тепла.
• Больше времени уходит на его обслуживание.

Использование или применение парового двигателя

Давайте рассмотрим основные виды использования или применения паровых двигателей,

• Вначале паровые двигатели применялись для поршневых насосов.
• Затем для привода фабричных машин были внедрены ротационные паровые машины, в которых происходит преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное.
• С течением времени появляется паровой транспорт. Сюда входят поезда и тяговые двигатели.
• В эпоху промышленной революции паровые двигатели использовались для приведения в действие машин для технологических процессов.
• Их можно использовать в сельскохозяйственных целях, чтобы увеличить площадь обрабатываемой земли.
• Паровые двигатели малой мощности используются для приведения в действие паровых часов.

КПД паровой машины

КПД паровой машины можно получить, разделив выходную энергию в виде механической работы на входе в двигатель путем сжигания топлива.

КПД паровых двигателей = выход энергии в виде механической работы/вклад энергии при сжигании топлива

Как достичь наибольшего КПД?

Для достижения наибольшей эффективности температура пара должна быть максимально возможной (перегретый пар), а отвод отработанного тепла должен иметь как можно более низкую температуру. Более высокая эффективность также возможна, если пар расширяется до более низкого давления и температуры в паровых машинах.

• Практически паровые двигатели имеют очень низкий КПД (от 1 до 10 процентов), мы можем повысить его до 25 процентов, добавив конденсатор и применяя многократное расширение.
• Это означает, что паровые двигатели с конденсаторами более эффективны, чем паровые двигатели без них.
• В случае локомотивов выбрасываемый из атмосферы пар теряется.

Для электростанции с промежуточным перегревом пара и экономайзером тепловой КПД может быть увеличен до 40 процентов. Если мы используем отработанное тепло для отопления путем использования когенерации, мы можем сделать входную энергию полезной на целых 85-9%.0 процентов.

Безопасность паровых двигателей

Паровые двигатели состоят из некоторых важных частей, таких как котлы и сосуды под давлением. Они содержат огромное количество потенциальной энергии. Взрыв этих компонентов может нанести ущерб жизни людей и имуществу.

В прошлом было много несчастных случаев из-за взрыва котла. Режимы отказа включают избыточное давление в котле, неправильная конструкция, плохой материал, недостаточное количество воды в котле, а сосуды под давлением могут выйти из строя из-за ненадлежащей конструкции или обслуживания.

• Поэтому следует позаботиться о безопасности паровых двигателей.
• За паровым двигателем следует регулярно ухаживать и обслуживать.
• Не следует рисковать, чтобы двигатель продолжал работать, если замечено какое-либо необычное поведение.
• Компоненты должны быть правильно спроектированы и изготовлены.
• Следует использовать прочные материалы, способные выдерживать высокое давление.
• Использование свинцовых заглушек для предотвращения взрыва котла, при падении уровня воды свинец плавится и выходит пар. Таким образом, котел не будет перегреваться.
• Для усиления мер безопасности необходимо своевременно сообщать о любых произошедших инцидентах или авариях.

Курс автомобильной инженерии с высоким рейтингом

Автомобильная техника 101: Руководство для начинающих по ремонту автомобилей

Автомобильная техника: автомобильные основы и продвинутый уровень

Автомобильная техника; Гибридные электромобили

Сделай сам — диагностика электрооборудования автомобиля — начальный уровень

Сделай сам — диагностика электрооборудования автомобиля — средний уровень

Автомобильная техника; Common Rail Direct Injection (CRDI)

Основы двигателей внутреннего сгорания — двигатели внутреннего сгорания

Гибридные и электрические транспортные средства для начинающих ПОЛНЫЙ курс 2021

Автомобильная безопасность: понимание автомобильных аварий для начинающих

Гибридные автомобили: основы и принципы эксплуатации

7 к автомобильной технике – Performance

Automotive 102: Аккумулятор, система зарядки и система запуска

Заключение

Это краткое введение в паровые машины.