Работа паровой машины: Как работает паровой двигатель: принцип работы | Простые вещи

Содержание

Как работает паровой двигатель: принцип работы | Простые вещи

Не пропустите: Как работает АЭС

Данный вид двигателя оставался актуальным с 1800 годов по 1950-ые, приводя в движение множество паровозов того времени, он считался лучшим, и практичным в своем роде. Не смотря на изменение его внешних форм и габаритов, его принцип работы всегда оставался неизменным.

В основе работы парового двигателя лежали ресурсы, с большой удельной теплоемкостью. Чем больше тепла отдавало сырье, тем оно больше подходило для заправки двигателя. Использовался уголь, дрова и даже жидкое топливо.

Принцип работы заключался в том, что сжигаемое сырье нагревало котлы с водой, те в свою очередь кипением выделяли огромное количество пара, который толкал поршень в нужном направлении.

Первый такт

Пар из паровой емкости перемещается в цилиндр, тем самым своим давлением толкая поршень. Поршень за ход в одну сторону (от нижней мертвой точки, до верхней) вращает колесо на пол оборота. В это время горячий пар перемещается с одной части цилиндра в другую через задвижку (синим цветом)

Выпуск

Смотрите не пропустите: Принцип работы ДВС

В момент когда поршень доходит до НМТ, задвижка передвигается, и остывшие пары выходят наружу через специальное окно. Пары выходя из этого отверстия, создают характерный звук.

Второй такт

В момент достижения поршня НМТ, происходит все в противоположную сторону относительно первого такта. Пар из верхней камеры перемещается в цилиндр, толкая поршень.

Выпуск

Выпуск происходит по уже отработанной схеме, все части пара выходят через все тоже окно. После выполнения такта, цикл повторяется заново.

Так как двигатель имеет как нижнюю мертвую точку, так и верхнюю, у паравозов двигателя состояли из двух цилиндров, это позволяло запустить двигатель из любого положения.

Если статья была для вас полезной, подписывайтесь, и ставьте лайк.

«Паровозы» покорили мини-ТЭЦ — № 06 (39) декабрь 2018 года — Тепловая энергетика — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 06 (39) декабрь 2018 года

Мини-ТЭЦ относятся к объектам малой комбинированной генерации электрической и тепловой энергии. Они весьма успешно и выгодно работают на биомассе – возобновляемом ресурсе. Биомасса используется в виде отходов лесозаготовки и лесообработки (коры, щепы, опилок, стружки) или топливных гранул (пеллет). Начиная с 1980‑х гг., а вероятнее, еще раньше, по настоящее время на ряде мини-ТЭЦ за рубежом внедряются и работают современные паровые поршневые машины (паровые машины).

Пар двух эпох

Паровая машина и паровоз стали символами промышленной революции в эпоху обуздания человеком техники огня и пара. В наш век, когда на крупных ТЭС работают паровые и газовые турбины, паровая машина приносит пользу на мини-ТЭЦ предприятий лесной промышленности, как реализовано, например, на одном из лесозаводов в Финляндии.

Спрос на неприхотливые в эксплуатации паровые машины по‑прежнему остается. Об этом можно судить, в частности, по успешной работе основанной в конце XIX в. германской фирмы Шпиллинга, главная деятельность которой связана именно с созданием паровых машин. С паровыми моторами Шпиллинга (Spilling dampfmotor – нем.) реализуются все новые и новые проекты мини-ТЭЦ для работы на твердой биомассе.

На европейских мини-ТЭЦ, как правило, в качестве современных паровых машин используются паровые моторы Шпиллинга. Опыт эксплуатации таких мини-ТЭЦ подтверждает соизмеримые или чаще лучшие, чем у мини-ТЭЦ, оснащенных паровыми лопаточными либо винтовыми турбинами, эксплуатационные показатели: электрический КПД, удельный расход пара на выработку электрической энергии, ресурс приводного двигателя. В большей степени это проявляется при работе парового двигателя (турбины или поршневой машины) на влажном паре, при колебаниях давления и температуры пара.

Европейские мини-ТЭЦ, работающие на древесных отходах и пеллетах, оснащенные паровыми моторами Шпиллинга, имеют электрический КПД в диапазоне от 5 до 20 %.

Коэффициент полезного использования теплоты сгорания топлива у мини-ТЭЦ составляет порядка 80 %. Работа паровых поршневых мини-ТЭЦ часто реализуется параллельно с сетью централизованного электроснабжения либо обеспечивается автономно.

На австрийской мини-ТЭЦ отработавший в моторе Шпиллинга пар полезно используется для технологических нужд и обеспечения работы сушилок, а электрическая энергия вырабатывается с КПД, составляющим всего около 5 %. На мини-ТЭЦ в Нидерландах в качестве топлива используется активный ил (осадок), который применяется для биологической очистки сточных вод. Он представляет собой взвешенную в воде активную биомассу микро- и макроорганизмов, а образуется, в частности, на водоочистных сооружениях и в виде высушенного осадка может успешно сгорать в топках паровых котлов.

Почти паровоз

Уместно вспомнить, что использование биомассы в виде древесины как топлива было эффективным на железнодорожном транспорте решением проблемы снижения вредных выбросов в атмосферу от небольших энергетических объектов, какими являлись паровозы. Сегодня данное решение успешно реализуется в стационарной малой энергетике. Например, мини-ТЭЦ германской фирмы Mann Naturenergie GmbH & Co. KG по заготовке и вторичной переработке древесины была пущена в феврале 1995 г. и находится в коммерческой эксплуатации на земле Лангенбах в Германии. Эта мини-ТЭЦ в равной степени положительно служит источником тепловой и электрической энергии как на нужды самой фирмы, так и сторонним потребителям. В качестве топлива на этой мини-ТЭЦ, помимо необработанной древесины, успешно используют древесную щепу и кору. Приводным двигателем здесь, как у паровоза, служит паровая машина. Только в паровозе она создает тягу для вращения колес, а на мини-ТЭЦ обеспечивает привод генератора переменного тока.

Мини-ТЭЦ фирмы «Манн» отдает основную часть электрической энергии в централизованную сеть. Тепловая энергия используется для теплоснабжения потребителей: зданий фирмы, экологически чистого дома, гаража-мойки грузовиков, нескольких частных и торговых домов, сушильного помещения и ленточной сушилки в производстве пеллет.

Почти мини-ТЭЦ

В промышленных технологических установках некоторые процессы (например, охлаждение стекла на завершающей стадии его производства) реализуются с выделением теплоты. Известен положительный опыт эксплуатации парового мотора Шпиллинга на Оберландской фабрике по производству стекла (Oberland Glasfabrik – нем.) в Германии.

Теплота первичных дымовых газов от стекловаренных печей используется для подогрева воздуха, подаваемого в их топки. При охлаждении горячего стекла происходит сброс в атмосферу вторичной теплоты, которая перед этим полезно утилизируется для получения перегретого пара давлением 2 МПа и температурой 300ºС. При расходе пара, равном 5,5 т / ч, мотор Шпиллинга развивает мощность на валу – 500 кВт.

Нет предела совершенству

Современная паровая машина особенно подходит для мини-ТЭЦ электрической мощностью в несколько сотен киловатт. На таких мини-ТЭЦ, как известно, широко используются паровые турбины. При столь малых мощностях и неполных (частичных) нагрузках энергетическая эффективность турбин весьма низкая. У мини-ТЭЦ с паровыми машинами электрический КПД выше и гораздо меньше изменяется при неполных нагрузках.

Ведется активная изобретательская деятельность по модернизации, разработке и созданию новых работающих на паре конструкций тепловых поршневых двигателей. В качестве примера здесь можно привести ряд патентных документов. Конструкцию парового мотора предлагает чешский изобретатель по патенту Чешской Республики на полезную модель CZ 22164. Изобретатели из США предложили метод существенного повышения КПД паровой машины и ее конструкцию, описав это в патенте США на изобретение US 8,448,440, заявителем которого является американская компания Thermal Power Recovery LLC. Европейский патент на изобретение EP 2538019 (заявитель – компания MicroSteam Inc.) дает представление о методе конверсии двухтактного дизеля в паровую машину. Конструкция германского «двигателя с нулевым выхлопом», больше известного в профессиональных кругах под аббревиатурой ZEE, описана в патенте США на изобретение US 6,247,309.

Точно не сломается

Надежность функционирования паровой машины исторически доказана паровозами и локомобилями, некоторые из них поддерживаются в рабочем состоянии и по сей день. Это видно, например, по действующим паровозам на столичной станции «Подмосковная».

Что касается надежности эксплуатации упомянутых выше паровых моторов Шпиллинга, то стоит вспомнить, что во второй половине XX в. за рубежом была предложена концепция создания низкотемпературных солнечных мини-ТЭС – «солнечных ферм» – с применением этих моторов для работы на парах фреона (M. Künzel. Krafterzeugung durch Sonnenenergie. – Karlsruhe, 1978). Понятно, что от использования разрушающих озоновый слой Земли веществ, какими являются фреоны, необходимо сегодня отказываться. Уже существуют более дружественные к природе альтернативные низкокипящие вещества, которые возможно применять в качестве парообразующих рабочих тел. А современные солнечные коллекторы могут так нагревать масло (первичный теплоноситель), что этого хватит для обеспечения вскипания воды и получения пара (рабочий теплоноситель) высоких температур. Правда, это уже относится к теме мини-ТЭС на низкокипящих рабочих телах.

Исследовательская работа по окружающему миру «Как работает пар?»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 9»

г. Нижнеудинск

Исследовательская работа

«Как работает пар?»

Секция: «Естествознание»

Автор: Сафронов Никита,

обучающийся 4А класса

Руководитель:

Шматалюк Светлана Николаевна,

учитель начальных классов

2016 год

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя. Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути.

Это заставило человека задуматься над тем, как можно использовать в качестве рабочего тела пар. В результате этого после множества опытов появился паровой двигатель. И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы — весь сложный и могучий мир паротехники созданный человеком Паровая машина была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии человечества. Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития средств передвижения. В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте. Изобретение парового двигателя является огромным рывком, стоявшим на рубеже двух эпох. И через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этого изобретения. Я решил взять тему: «Как работает пар?», потому что тема очень интересна, мне захотелось больше узнать о паровых двигателях.

Актуальность работы

В  школе на уроках окружающего мира  мы познакомились со свойствами воды и водяного пара, с их использованием   человеком. Из детских энциклопедий я узнал, что человек уже давно начал создавать машины для облегчения и повышения производительности труда. Сначала было создано примитивное водоподъемное колесо с ковшами. Оно вращалось под действием веса переступающего по нему человека. Но с годами назрела жизненная необходимость в более мощном и экономичном двигателе. И он был создан, была изобретена паровая машина. Правда, сначала она была весьма несовершенная, но все же, позволяла работать в любом месте и требовала значительно меньше затрат, чем применение лошадей. Затем паровые машины достигли высокого совершенства.  И в наше время — в век электричества и атомной энергии — сила водяного пара еще не утратила своего значения. Я заинтересовался, где  еще водяной пар широко используется,  в каких отраслях народного хозяйства. Вот о том, как водяной пар может  приводить в движение машины я попытался узнать, изучив литературу и построив своими руками простейший механизм, работающий на пару.

Гипотеза научно-исследовательской работы

Водяной пар может приводить в движение различные предметы

Целью   данной   исследовательской  работы  является   изучение   процесса передвижения тел под действием водяного пара.

Для достижения указанной цели предполагается решить следующие задачи:

  • Рассмотреть и ознакомиться с литературой  о паровых машинах, турбинах.  

  • Сконструировать и построить простейший механизм, работающий на пару.

  • Провести опыт: пронаблюдать, как пар приводит в движение тела —  лодку.   

  • Выяснить,  как происходит процесс движения тела под воздействием пара.                                                                                                     

  • Проанализировать результаты проведенного опыта, сделать выводы в соответствии с полученными результатами.

Объект исследования: процесс действия  водяного пара  на тела.

Предмет исследования: изучение  способности  водяного пара,  приводить в движение различные  предметы.

Методами исследования стали:  наблюдения, опыты, изучение литературы.

Сначала я вспомнил то, что изучали на уроках по этой теме, посмотрел энциклопедию, воспользовался информацией сети Интернет. Я был удивлен  огромному количеству предоставленного материала, эта тема волнует очень многих.

Историческая справка

История тепловых машин уходит в далекое прошлое. Говорят, еще две с лишним тысячи лет назад, в III веке до нашей эры, великий греческий механик и математик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара («архитронито»).  Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого итальянского ученого, инженера и художника Леонардо да Винчи.      Как же стреляла эта пушка?

Один конец ствола сильно нагревали на огне. Затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро.
    Для нас интересно здесь то, что ствол пушки представлял собой цилиндр, по которому как поршень скользило ядро.

Первый в мире паровой двигатель изобрел Герон Александрийский, который жил в 1 веке н.э.

В сочинениях Герона есть описание интересного прибора, который сейчас называют Героновым шаром или эолипилом (в переводе с греческого: «шар бога ветров Эола»).

Эолипил представлял собой наглухо запаянный котел с двумя трубками на крышке. На трубках устанавливался вращающийся полый шар, на поверхности которого были установлены два Г-образных патрубка-сопла. В котел через отверстие заливалась вода, отверстие закрывалось пробкой, и котел устанавливался над огнем. Вода вскипала, образовывался пар, который по трубкам поступал в шар и в Г-образные патрубки. При достаточном давлении струи пара, вырываясь из сопел, быстро вращали шар. Построенный современными учеными по чертежам Герона эолипил развивал до 3500 оборотов в минуту! К сожалению эолипил не получил должного признания и не был востребован ни в эпоху античности ни позже, хотя и производил огромное впечатление на всех, кто его видел. К этому изобретению относились лишь, как к забавной игрушке. Фактически эолипил Герона является прототипом паровых турбин, появившихся лишь спустя два тысячелетия! Более того, эолипил можно считать одним из первых реактивных двигателей.

Первый универсальный тепловой двигатель (паровую машину) создал в 1774 году выдающийся английский изобретатель Джеймс Уатт.

Первая паровая турбина, которая использовалась на практике, была изготовлена Г. Лавалем в 1889г. Турбина Лаваля делала около тридцати тысяч оборотов в минуту.

Двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются Поршневые двигатели. В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора. Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас Сэйвери. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г. Томас Ньюкомен изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс Ватт улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления интегральных схем. Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

Первый паровой котел был построен англичанином Томасом Севери в 1698 г. Это был железный бак, под которым в топке разводили огонь. Через некоторое время вместо бака стали применять длинный (до 10 м) цилиндр диаметром около 1,5 м. Его окружали каменной кладкой, а под ним разводили огонь. Поверхность, омываемая горячими газами, у таких котлов была очень маленькой. Поэтому пара они производили очень мало, а из-за того, что горячие газы в основном уходили в трубу, эффективность такого котла была очень низкой. Большая часть топлива при этом сгорала впустую. В начале XVIIIв. конструкция парового котла была изменена. Горячие газы начали пускать по трубам, со всех сторон окруженным водой. Такие котлы получили название «газотрубных» и стали широко применяться в паровозах и пароходах. В конце XIXв. были изобретены прямоточные котлы. Вода в них превращалась в пар по мере движения по трубам: с одной стороны в трубы подается вода, а с другой — выходит пар.

Теоретически задача постройки автомобиля, то есть повозки, которая бы ездила сама, была уже почти решена. Необходимо было лишь построить экипаж с механизмом управления, приводимый в движение находящимся в нем двигателем. В XVIIIв. таким двигателем могла стать только паровая машина.

Впервые эту идею высказали Дени Папен и Томас Севери — авторы единицы мощности «лошадиная сила», но, к сожалению, они не могли подтвердить свои мысли практически. Реализация оставшихся в теории английских проектов Севери и Уатта удалась французу Никола Жозефу Кюньо.Кюньо родился в 1725 г. в Лотарингии. Он был хорошо образован и с детства проявил исключительный интерес к технике. Инженер детально интересовался приспособлением паровой машины для привода «безлошадного экипажа», досконально знал конструкцию машины Папена и ряда паровых машин Уатта. К сожалению, слишком большие размеры этих конструкций не позволяли разместить их на повозке. Кюньо начал постройку собственной паровой машины небольших размеров. Но так как получавшиеся конструкции все равно были слишком велики, изобретатель вскоре был вынужден прекратить работы, на которые уже не хватало средств, а попытки добиться дополнительного финансирования от правительства не дали результата.

На рисунке(2.), выполненном неизвестным художником согласно указаниям Исаака Ньютона, показано устройство упрощенного экипажа, использующего для движения реактивную силу струи пара. Однако в 1764 г. , когда изобретатель был готов полностью отказаться от исполнения своей мечты, ему улыбнулась удача. Подаваемая много раз просьба об аудиенции у министра обороны была удовлетворена. Естественно, министр не имел намерения интересоваться работой и проектами Кюньо, а поручил генералу де Грибьеву, знающему толк в механике, ознакомиться с изобретением. Генерал, исключительно интеллигентный и умный человек, сразу понял, какой переворот может совершить в армии «механический мул» в качестве артиллерийского тягача. Он поддержал идею построения опытного образца машины Кюньо. Однако первых пробных поездок пришлось ждать пять лет. Они с полным успехом прошли в Брюксе в присутствии небольшого числа зрителей. Результат этих испытаний позволил устроить демонстрацию машины в Париже, на которую был приглашен министр обороныФранции.

Первый автомобиль, так называемая малая телега Кюньо, с собственным именем «Фардье», развивал на дороге скорость 4,5 км/ч, но только в течение 12 мин, поскольку на большее не хватало ни воды, ни пара. Необходимо было наполнить котел водой и вновь разжечь под ним костер, так как у первого автомобиля отсутствовала даже топка. Несмотря на свои недостатки, телега так понравилась министру, что он приказал тотчас же приступить к постройке улучшенного и увеличенного экземпляра, который можно было бы изготовлять в больших количествах для использования в войсках для транспортировки пушек. На Рис.(3.) показан первый в мире паровой автомобиль, построенный в 1769 г. Кюньо.

Известный французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо одним из первых попытался использовать паровую машину для нужд транспорта. Построенный Кюньо в 1769 г. паровой экипаж в настоящее время хранится в Музее искусств и ремесел в Париже, а его изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров.

Получив в свое распоряжение 20 000 франков в качестве вознаграждения за первую конструкцию, Кюньо с энтузиазмом взялся за дело. В конце 1770 г. были проведены испытания нового, более мощного парового автомобиля Кюньо в присутствии официальных военных экспертов. Они дали похвальное заключение, когда тягач полностью выполнил поставленные перед ним задачи, хотя его скорость не превышала 4 км/ч вместо требуемых 15. Движение было непрерывным, поскольку котел имел собственную топку и не требовалось разжигать на земле костер. К тому же Кюньо уже придумал, как увеличить скорость хотя бы до скорости марша войсковых колонн, чтобы артиллерия не оставалась позади. Лишь в 20-х гг. XIXв., после значительного улучшения качества дорог, паровые повозки вновь стали появляться в Англии.Со временем к дилижансу присоединили повозку с запасами топлива и воды. Это позволило пятнадцатиместным паровым дилижансам совершить около 700 рейсов и преодолеть почти 7 тыс. км со скоростью 30 км/ч. Правительство ввело налоги на паровые автомобили. Сокрушительным ударом по владельцам любых механических повозок стал принятый парламентом «Закон о дорожных локомотивах», который уничтожил самое главное преимущество парового транспорта — скорость, ограничив ее до 15 км/ч. Паровоз — локомотив с самостоятельной паросиловой установкой (паровой котел и паровая машина), движущийся по проложенным рельсам. Первые паровозы были созданы в Великобритании в 1803 г. Р. Тревитиком и в 1814 г. — Дж.Стефенсоном. В России первый паровоз построен в 1833 г. отцом и сыном Черепановыми. Рисунок (4.)показывает «дорожного локомотива», построенного Тревитиком и Виваном в 1803 г.В 1865 г., когда железные дороги покрыли своей сетью основную часть территории Англии, их владельцы совместно с владельцами конного транспорта нанесли окончательный удар по паровым каретам. Начиная с этого года паровые машины должны были на загородных участках дороги двигаться со скоростью 7 км/ч, в пределах города — до 4 км/ч. Кроме этого, перед паровой повозкой обязательно должен был бежать специальный человек с красным флажком, предупреждая всех о приближающейся опасности. Так, в Англии на несколько десятилетий был уничтожен такой вид транспорта, как паровые дилижансы. Однако паровозы, приводимые в движение тем же паровым двигателем, беспрепятственно и с выгодой для их владельцев продолжали катить по рельсам.

Следующим паровым автомобилем после рутьеров Мальцевского завода был построенный в 1901 г. легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс». На машине этой довольно удачной конструкции был совершен не только пробег в Крым и обратно, но и восхождение на Ай-Петри. Однако паровым автомобилям так и не удалось прижиться в России. Последней попыткой в этом направлении стала постройка в конце 1949 г. двух паровых грузовых автомобилей НАМИ-012. Испытания подтвердили работоспособность и долговечность машин, при этом их ходовые качества были не хуже, чем у дизельного грузовика.

Вернемся во Францию конца XIXв. Здесь в это время паровые автомобили пережили свое второе рождение. Двигатели оснастили керосиновыми горелками вместо угольных топок, теперь они не нуждались в запасе угля и долгом разогреве. Леон Серполле (1858—1907) в своей модели парового экипажа заменил водяной котел длинной многократно изогнутой трубой — змеевиком. Это была настоящая удача, поскольку такая замена позволила уменьшить объем используемой воды. Кроме этого, на повозке Серполле были установлены эластичные шины, повышающие комфорт поездки, и специальный механизм, соединяющий вал паровой машины и ведущие колеса — кардан. Он получил свое название от имени итальянского изобретателя Джероламо Кардано и позволял передать вращение от неподвижно закрепленной паровой машины к покачивающимся на рессорах колесам повозки. В1875 г. первая паровая машина Болли была продемонстрирована в Париже. Она представляла собой паровой дилижанс, рассчитанный на 12 мест, и получила название «Послушная». Имея общую массу 5 т, паровик расходовал на 1 км пути 2,5 кг угля и 14 л воды. По этим показателям Болли удалось опередить подобные паровые омнибусы англичан в 1,5—2 раза. Впереди сидел управляющий поездом (по терминологии тех лет — кондуктор), а сзади — кочегар (шофер), который обслуживал паровой котел. XIXв. и получившая название «Новая», имела еще более высокие показатели. Масса омнибуса составляла 3,5 т, при этом на 1 км пути ей требовалось 1,5 кг угля и 7 л воды. По своим скоростным характеристикам машина Болли могла соревноваться даже с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Кстати, если отбросить паровой двигатель, то по конструкции и внешнему виду повозка Болли больше была похожа на современный автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В ее конструкции присутствовали даже такие элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в середине 30-х гг. XXв .В дальнейшем часто использовали паровую машину в качестве двигателя легких трех- и четырехколесных повозок. Во Франции этим занимались Леон Серполле и фабрика «Де Дион-Бутон и Трепарду». Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить массу двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи были очень популярны в начале XXв. во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались до начала 30-х гг. Но несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIXв. оставались весьма неудобными для эксплуатации. Водитель должен был владеть теми же знаниями и сноровкой, что и машинист на железной дороге.

Это привело к тому, что паровая машина была практически недоступна массовому потребителю. Несмотря на это, именно она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Благодаря этой машине была доказана реальная возможность механического передвижения экипажа, опробованы и усовершенствованы различные механизмы будущего автомобиля. Со времен паровых автомобилей нам осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что в переводе с французского означает «кочегар». И хотя на автомобиле давно уже нет ни котла, ни топки, часто современного водителя называют шофером. На одной из своих поздних машин Серполле в 1902 г. установил мировой рекорд скорости автомобиля — 120 км/ч. Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч. А еще через два года, в 1905 г., американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км/ч. В 80-х гг. XIXв. появились автомобили с бензиновыми двигателями. Их главное преимущество заключалось в малой массе и быстром запуске, хотя они были не лишены ряда недостатков, от которых уже «вылечились» паровые машины.

Несмотря на все старания ученых и инженеров спасти паровики, они уже не соответствовали современным требованиям. Паровые двигатели были тяжелыми, громоздкими, требовали большого количества топлива и воды и не обещали дальнейшего повышения экономичности. На транспорте их все больше вытесняли появившиеся в конце XIXв. двигатели внутреннего сгорания.

Началом применения паровых двигателей «на воде» был 1707 год, когда французский физик Дени Папен сконструировал первую лодку с паровым двигателем и гребными колесами. Предположительно после успешного испытания ее сломали лодочники, испугавшиеся конкуренции. Через 30 лет англичанин Джонатан Халлс изобрел паровой буксир. Эксперимент закончился неудачно: двигатель оказался тяжелым и буксир затонул. В 1802 году шотландец Уильям Саймингтон продемонстрировал пароход «Шарлотта Дундас» Широкое использование паровых машин на судах началось в 1807 году с рейсов пассажирского парохода «Клермонт», построенного американцем Робертом Фултоном. С 1790-х годов Фултон занялся проблемой использования пара для приведения в движение кораблей. В 1809 году Фултон запатентовал конструкцию «Клермонта» и вошел в историю как изобретатель парохода. Газеты писали, что многие лодочники в ужасе закрывали глаза, когда «чудовище Фултона», изрыгающее огонь и дым, двигалось по Гудзону против ветра и течения. Уже через десять-пятнадцать лет после изобретения Р. Фултона пароходы серьезно потеснили парусные суда. В 1813 г. в Питтсбурге в США заработали два завода по производству паровых двигателей. Через год к Нью-Орлеанскому порту было приписано 20 пароходов, а в 1835 г. на Mиссисипи и ее притоках работало уже 1200 пароходов. К 1815 г. в Англии на р. Клайд (Глазго) работало уже 10 пароходов и семь или восемь на р. Темзе. В том же году был построен первый морской пароход «Argyle», который выполнил переход из Глазго в Лондон. В 1816 г. пароход «Majestic» выполнил первые рейсы Брайтон — Гавр и Дувр — Кале, после чего начинали открываться регулярные морские паровые линии между Великобитанией, Ирландией, Францией и Голландией.В 1813 г. Фултон обратился к русскому правительству с просьбой предоставить ему привилегию на постройку изобретенного им парохода и употребление его на реках Российской империи. Однако в России пароходов Фултон не создал. Начало 19 века и в России отмечается строительством первых судов с паровыми машинами. В 1815 году владельцем механико-литейного завода в Петербурге Карлом Бердом был построен первый колесный пароход «Елизавета». На деревянную «тихвинку» была установлена изготовленная на заводе паровая машина Уатта мощностью 4 л. с. и паровой котел, приводившие в действие бортовые колеса. Машина делала 40 оборотов в минуту. После успешных испытаний на Неве и перехода из Петербурга в Кронштадт пароход совершал рейсы на линии Петербург — Кронштадт. Этот путь пароход проходил за 5 ч 20 мин со средней скоростью около 9,3 км/ч. К 20-м годам 19 века в Черноморском бассейне был всего лишь один пароход — «Везувий», не считая примитивного парохода «Пчелка» мощностью 25 л.с., построенного киевскими крепостными крестьянами, который через два года был проведен через пороги в Херсон, откуда и совершал рейсы до Николаева. Крупный сибирский золотопромышленник Мясников,. получивший привилегию на организацию пароходства по оз. Байкал и рекам Оби, Тоболу, Иртышу, Енисею, Лене и их притокам, в марте 1843г. спустил на воду пароход “Император Николай I” мощностью 32 л. с., который в 1844 г. был выведен на Байкал. Вслед за ним был заложен и в 1844 г. закончен постройкой второй пароход мощностью 50 л. с., получивший название “Наследник Цесаревич”, который также был переведен на оз. Байкал, где оба парохода и использовались на перевозках. В 40-50-е годы 19века пароходы стали регулярно ходить по Неве, Волге, Днепру и другим рекам. К 1850 г. в России было около 100 пароходов.

В 1819 американское парусное почтовое судно — Саванна», дооборудованное паровой машиной и съемными бортовыми колесами вышло из г. Саванна США на Ливерпуль и совершило переход через Атлантику за 24 дня. В качестве двигателя на «Саванне» использовалась одноцилиндровая паровая машина низкого давления, простого действия. Мощность машины составляла 72 л.с., скорость при работе двигателя — 6 узлов (9 км/час). Двигателем пароход пользовался не более 85 часов и только в пределах прибрежной зоны. Рейс «Саванны» проводился для оценки необходимых запасов топлива на океанских маршрутах, т.к. сторонники парусного флота утверждали, что ни один пароход не сможет вместить достаточно количество угля для перехода через Атлантику. После возвращения судна в Соединенные Штаты паровой двигатель был демонтирован, а судно до 1822 г. использовалось на линии Нью-Йорк – Саванна Легендарный гигант «Титаник». В котельных помещениях судна было установлено 29 паровых котлов — каждый весом в 100 тонн, которые разогревались жаром 162 топок. На «Титанике» все соответствовало последнему слову техники того времени. Первый военный пароход был построен в США по проекту Р. Фултона в 1815г. Он предназначался для охраны акватории Нью-Йоркского порта и представлял из себя батарейный катемаран. Военные моряки называли его паровым фрегатом, однако Р. Фултон предпочитал называть его паровой батареей и дал ему имя «Demologos» («Глас народа»). В 1829 г. пароход взорвался на рейде Нью-Йорка из-за неосторожного обращения матросов с огнем. В России первый пароходофрегат «Богатырь», ставший предтечей крейсеров, был построен в 1836 г. Применение паровой машины на подводной лодке откладывалось в течение многих лет. Главной проблемой была подача воздуха для сжигания топлива в топке парового котла при нахождении лодки в подводном положении, т.к. при работе машины расходовалось топливо и изменялась масса подводной лодки, а она должна быть постоянно готовой к погружению. Несмотря на препятствия в истории изобретательства подводных кораблей было много попыток построить подводную лодку, снабженную паровым двигателем. Проект подводной лодки с паровой машиной первым разработал в 1795 г. французский революционер Арман Мезьер, но ему не удалось осуществить его. В 1815 году Роберт Фултон построил в Нью-Йорке большое подводное судно, снабженное мощной паровой турбиной, длиной восемьдесят футов и шириной двадцать два фута с экипажем в 100 человек. Однако Фултон умер до того, как «Mute» был спущен на воду, и эта подводная лодка пошла на слом. Летом 1866 г. была создана подводная лодка талантливого русского изобретателя И. Ф. Александровского. Она испытывалась в течение нескольких лет в Кронштадте. Было вынесено решение о ее непригодности для военных целей и нецелесообразности проведения дальнейших работ по устранению недостатков.

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. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами. 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.

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах. Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов. В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т.д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

В практической части была сделана попытка сконструировать механизм, способный двигаться на пару.

Для работы я использовал различные материалы, которые можно купить в хозяйственном магазине.

Механизм состоял из различных подручных средств.

Были использованы такие материалы как:

Деревянная платформа,

банка из-под освежителя воздуха,

различные металлические крепежи,

трубка,

различные держатели,

металлическая проволока,

свеча.

В первую очередь чтобы собрать механизм я приготовил основание, на чем будет стоять наш механизм выбор пал деревянную платформу размерами (11*23)см.

Потом я подготовил емкость, в которую будет наливаться вода и в дальнейшем нагреваться. Для емкости я использовал трубку, которую загнул.

Так как мне нужно нагреть воду, я прикрепил под емкостью металлический корпус со свечкой, который идеально подходил для этого. После того как конструкция была собрана, я поставил своё сооружение на воду. Вот я зажёг свечу, вода в трубке закипела, пар стал выделяться через свободные отверстия трубки, и лодка поплыла. Водяной пар может приводить в движение различные предметы

После написания работы были сделаны выводы, что паровая техника до сих пор окружает нас, и используется, и по сей день: паровозы сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами, насосными станциями и множеством других мест. Проанализировав научную литературу, стало очевидно, что именно паровой двигатель изменил наш мир, и наши жизни, поскольку именно с его открытия настала эра развития технологий и разного вида транспорта.

Изучив принцип работы паровых двигателей, я сконструировал и построил простейший механизм, работающий на пару.

По этой работе можно судить, что в мире паровых технологий и сегодня, есть куда стремиться и развиваться. И может именно эта технология станет самой экономичной, экологической и мощной в дальнейшем в мире.

Работа и мощность паровой машины

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПАРОВОЙ МАШИНЫ  [c.156]

Приводом называется система, включающая силовую установку, передаточные механизмы и приборы управления. В приводах погрузочно-разгрузочных машин в качестве силовых установок используют электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и реже паровые машины. Привод может быть групповым и индивидуальным. В первом случае группа исполнительных механизмов приводится в действие от одной силовой установки, передающей движение (мощность) на главный распределительный вал машины. Во втором случае каждый рабочий механизм снабжается силовой установкой. Групповой привод имеет существенный недостаток — низкое использование силовой установки по мощности в периоды неодновременной работы исполнительных механизмов.  [c.67]


Как уже отмечалось, вибрации сопутствуют работе всех машин и часто оказываются причиной, сдерживающей дальнейший прогресс в той или иной области техники. Так, например, дальнейшее увеличение быстроходности высокоскоростных роторных машин ограничено вибростойкостью ротора и подшипниковых опор, повышение мощности паровых и газовых турбин — вибрациями лопаток последних ступеней, создание мощных вертолетов — колебаниями рабочих лопастей, повышение точности металлорежущих станков — вибрациями режущего инструмента и станины, создание высокоточных и надежных систем автоматического управления — вибрациями ее отдельных элементов.  [c.15]

Во время работы машинного агрегата угловая скорость его коренного вала может изменяться в результате изменения внешних условий, создающих для него нагрузку, с чем приходится считаться, принимая меры, обеспечивающие устойчивую работу машинного агрегата. Например, нагрузка парового турбогенератора, питающего электрическую сеть, зависит от числа и мощности приемников энергии, чем и определяются величины сил сопротивления, приложенных к турбине.  [c.322]

Однако уже в середине XIX в. возникла потребность в тепловых двигателях других видов. Это объясняется невозможностью работы паровой машины на паре высоких начальных и низких конечных параметров, что обусловливает сравнительно невысокое значение ее термического к. п. д. Возвратно-поступательное движение поршня и кривошипного механизма затрудняет повышение скорости вращения, вследствие чего габариты машины и ее стоимость относительно велики, а единичная мощность мала.  [c.325]

Одной из естественных тенденций в развитии машин явилась тенденция к повышению их рабочих скоростей, мощностей и передаваемых сил. До Великой Октябрьской социалистической революции вопросы динамики машин и механизмов были развиты сравнительно мало. В основном изучалась динамика паровых машин, некоторые вопросы динамики поршневых двигателей внутреннего сгорания и теория регулирования неравномерности движения этих машин. Динамика технологических машин начала разрабатываться только после революции. Первые исследования по динамике технологических машин были посвящены сельскохозяйственным машинам. В основу их были положены труды акад. В. П. Горячкина. До 30-х годов нашего столетия работы по динамике машин и механизмов продолжали носить прикладной характер. Рассматривались отдельные задачи динамики применительно к авиадвигателям, сельскохозяйственным, текстильным, пищевым, горным и другим машинам. В основном рассматривались задачи кинетостатики, уравновешивания масс, подбора маховых масс и некоторые вопросы крутильных колебаний валов двигателей внутреннего сгорания. В период с 1930 по 1940 г. на основе развития теории структуры механизмов появляются работы более общего плана, в которых излагаются методы кинетостатического исследования как плоских, так и пространственных механизмов. Начинают развиваться методы динамического исследования зубчатых, кулачковых и других видов механизмов.  [c.29]


Паровые лебёдки, конструктивно близкие к приводным фрикционным лебёдкам, но имеющие ограниченное применение на судах и для обслуживания специальных работ (в частности, для обслуживания деррик-кранов и скреперных установок), снабжаются горизонтальными сдвоенными паровыми машинами однократного (простого) расширения с числом оборотов от 120 до 200 в минуту, с диаметром цилиндров 100—200 мм и ходом поршня 165—340 Л. И. Мощность машин обычно не превышает 35 л. с.  [c.871]

Первые синхронные генераторы, приводимые в действие паровыми машинами или двигателями внутреннего сгорания через ременную передачу, работали с малым числом оборотов окружная скорость ротора для таких машин составляла не более 15—25 м/с. С ростом мощности электрических генераторов повышалось требование равномерности вращения, что не обеспечивалось ни паровой машиной, ни двигателями внутреннего сгорания с их пульсирующим движением поршня и кривошипно-шатунным механизмом. В связи с этим в начале 90-х годов были разработаны специальные генераторы маховикового типа, в которых для уменьшения неравномерности хода была увеличена инерция вращающихся частей. В этих генераторах вращающиеся индукторы одновременно играли роль маховиков для первичного двигателя. Первичные поршневые двигатели накладывали определенные ограничения на конструкции синхронных генераторов их приходилось строить с большим числом полюсов, что, в свою очередь, увеличивало расход активных материалов и потери энергии в машине. Таким образом, хотя паровая машина к концу XIX в. достигла высокой степени совершенства, она не годилась для привода мощных электрических генераторов, так как не позволяла сконцентрировать большие мощности в одном агрегате и создать требуемые высокие скорости вращения. На смену паровым машинам пришли паровые турбины. Первоначально использовали сравнительно тихоходные турбины конструкции шведского инженера Г. П. Лаваля [35].  [c.81]

Паровые машины большой мощности требовали громоздких парокотельных агрегатов. Уже в последней четверти минувшего века им на смену приходят более компактные и удобные в эксплуатации двигатели внутреннего сгорания, в которых механическая работа образуется в результате химической энергии топлива, сгорающего в цилиндре двигателя. В 1889 г. на бельгийском заводе Серен была пущена воздуходувная машина, приводимая в действие газовым мотором мощностью 600 л.с. [1, с. 35]. В качестве топлива использовали колошниковый газ доменной печи. В последующие годы газовые воздуходувки благодаря их экономичности и удобству эксплуатации получили широкое распространение. Однако в первые десятилетия нашего века их заменили более производительными турбовоздуходувками, приводящимися в действие паровыми турбинами или электродвигателями.  [c.114]

Недостатками поршневых двигателей при применении их на электростанциях являются наличие кривошипно-шатунного механизма и маховиков, пониженная равномерность хода, неустойчивость параллельной работы электрических генераторов, невысокие единичные мощности. Конденсат паровых машин, загрязненный смазочным маслом, не может быть использован для питания котлов. В паровых машинах нельзя осуществить рабочего процесса с глубоким вакуумом.  [c.18]

Работа каждой паросиловой установки постоянно сопровождается дросселированием пара в той или иной форме. Оно происходит при движении пара через клапаны, задвижки и другие части трубопроводов. В этом случае дросселирование пара вызывает потерю давления и его стремятся по возможности уменьшить. К дросселированию пара прибегают для регулирования мощности паровых турбин и машин (дроссельное регулирование) или для искусственного снижения давления (редук-  [c. 156]


Первая эпоха создания машин с ручным, конным, водяным и ветровым приводами длилась до XIX в., после чего, с изобретением паровой машины, наступила вторая эпоха, длившаяся менее столетия. Она совпала с бурным развитием постройки железных дорог, которое создало благоприятные условия для применения паровых экскаваторов мощностью до 1000 л. с. (735 кВт), массой до 500 т на рельсовом ходу. Следующим решающим фактором в развитии строительных машин стало освоение в начале XX в. гусеничного, а затем пневмоколесного хода. В 20-е гг прошлого столетия начался третий этап развития строительных машин, сопровождавшийся увеличением их мощности, повышением производительности, снижением энергоемкости и материалоемкости, применением более совершенных видов привода и управления, созданием сменного рабочего оборудования для различных условий и видов работ. Начало XX столетия знаменуется заменой на строительных машинах парового привода двигателями внутреннего сгорания в широких масштабах. Началось внедрение индивидуального электрического и гидравлического приводов, а также современных систем управления.  [c.21]

По сравнению с другими типами тепловых двигателей (паровыми машинами, двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами) паровые турбины имеют ряд суш ественных преимуществ постоянная частота вращения вала, возможность получения частоты вращения, одинаковой с частотой вращения электрогенератора, экономичность работы и большая концентрация единичных мощностей в одном агрегате. Кроме того, паровые турбины относительно просты в обслуживании и способны изменять рабочую мощность в широком диапазоне электрической нагрузки.  [c.185]

Выбор тягодутьевых машин оказывает существенное влияние на мощность и экономичность работы котельной установки. Увеличение сопротивления газового или воздушного тракта по сравнению с расчетными значениями приводит к снижению производительности тягодутьевых машин, т.е. к недостатку тяги или воздуха и уменьшению мощности парового или водогрейного котла.[c.231]

В 20-е годы текущего столетия начался третий этап развития строительных машин, сопровождающийся особенно быстрым развитием их мощности, производительности, увеличением общей и уменьшением удельной массы на единицу выработки, применением более совершенных видов привода и управления, созданием сменного рабочего оборудования для различных условий и видов работ. Улучшение конструкции электрических машин и двигателей внутреннего сгорания позволило начать в 1918—1920 гг. в широких масштабах замену ими парового привода. Выгоды индивидуального электрического привода с легким и гибким управлением непрерывного регулирования обусловили его широкое применение для сложных и тяжелых машин.  [c.38]

На фабриках и заводах значительная часть энергии, которую доставляет двигатель (паровой или водяной), тратится на трение. Очень поучительно подумать о такой трате и подсчитать ее. Например, крупная бумагопрядильня требует для своего движения паровую машину мощностью в тысячу и более лошадиных сил. Следовательно, она расходует громадное количество энергии. Но во что превращается эта энергия Что мы получаем взамен Результат работы бумагопрядильни заключается в том, что хлопчатая бумага, вата, превращается в пряжу, в нитки, т. е. получается новое расположение частиц хлопка одних относительно других. Этому новому расположению отвечает увеличение потенциальной энергии, но оно так незначительно по сравнению с истраченной энергией, что эту потенциальную энергию почти не стоит принимать в расчет. Почти вся работа громадного двигателя прядильни тратится на трение приводов и машин, т. е. преобразовывается в теплоту. Количество выделяющейся при этом теплоты настолько велико, что бумагопрядильню не нужно отапливать даже при таких сильных морозах, которые бывают в Ленинграде и Москве. Летом теплота, выделяющаяся от трения, производит в бумагопрядильне трудно выносимую духоту, против которой борются усиленной вентиляцией.  [c.286]

Если раньше машинисты депо Красноармейское, Ясиноватая, Иловайское, Пологи и других вынуждены были работать без видимого уровня воды в водомерном стекле и ие могли использовать мощности паровой машины, то применение химических пеногасителей даёт возможность поддерживать уровень воды в водомерном стекле 5 — 6 сж при максимальной форсировке котла и установленной технической скорости.[c.555]

До конца прошлого века превращение тепловой энергии в механическую работу в поршневых машинах было единственным способом, применявшимся в промышленной практике. Основанный на простейшем принципе непосредственного превращения потенциальной энергии пара в работу, совершаемую поршнем машины, этот способ требовал осуществления отдельного цикла для каждой порции пара, поступающей в цилиндр паровой машины, т. е. принципиально допускал лишь периодический процесс работы теплового двигателя. Как с термодинамической точки зрения (возможно меньшее отклонение от обратимости), так и с конструктивной (наличие возвратно-поступательного движения) этому способу было свойственно медленное протекание процессов, и повышение скоростей лриводило к увеличению потерь и понижению к. п. д, теплового двигателя. Однако простота и наглядность принципа позволяли осуществлять превращение тепловой энергии в механическую в промышленных условиях даже при сравнительно низком уровне развития техники и науки. Простая, неприхотливая и надежная паровая машина весьма успешно удовлетворяла потребностям отдельных промышленных предприятий в двигателях небольшой мощности при небольших скоростях протекания производственных процессов и сыграла огромную роль в развитии промышленности, машиностроительной техники и науки. Развитие термодинамики в громадной степени стимулировалось паровой машиной.  [c.290]


Вместе с тем пока шли бурные споры о том, что же такое тепло, количество вновь построенных паровых машин, превращавших тепло в механическую работу, быстро возрастало, а их преимущества по сравнению с другими источниками энергии день ото дня становились все более убедительными. Правда, высокие расходы по приобретению и эксплуатации паровых машин делали их недоступными для многих заинтересованных предпринимателей. Средняя стоимость паровой машины мощностью от 3 до 4,5 кВт еще в 30-е годы XIX в. колебалась в странах центральной Европы от 6 до 8 тыс. золотых. На покупку паровой машины, требовавшей квалифицированного персонала для ее обслуживания и большого расхода довольно дорогого топлива, решиться было нелегко, тем более что изготовитель не всегда мог поручиться за соблюдение предус-  [c.174]

Неправильная регулировка подачи смазки пресс-масленкой в золотники и цилиндры, применение смазки с низкой температурой вспышки или большим содержанием смолистых веществ, осаждающихся на рабочей поверхности, самовольнсе добавление паровозной бригадой в пресс-мас.ленку масел с низкой температурой разложения и вспышки (например, смазочного мазута) вызывают нагар, приводящий к различным повреждения1М (загорание и поломка колец, задир рабочих поверхностей и др.). Отлагаясь в паровых накалах и окнах и тем самым уменьшая их проходное сечение, нагар усиливает мятие пара, что не дает паровозу возможности развивать нормальную мощность и одновременно увеличивает потребление топлива и воды на единицу работы паровой машины. Нагар, оседающий на крышках цилиндров и дисках поршней, уменьшает объем вредного пространства и нарушает этим нормальную работу паровой машины, вызывая петли отрицательной работы в индикаторной диаграмме. Нагар, попавший в каналы цилиндропродувательных клапанов, либо препятствует посадке их на притирку и вызывает непрерывное парение, либо не дает клапанам открываться на нужную величину, отчего могут возникнуть мощные гидравлические удары, повреждающие крышки цилиндров, поршневую группу и дышловый механизм. Вызывая заедание (так называемое загорание) уплотнительных колец в ручьях, нагар препятствует их нормальной работе, и пар начинает беспорядочно перетекать из одной полости цилиндра или золотника в другую, что резко снижает мощность паровой машины и вызывает значительный перерасход топлива. Более того, отложение нагара в ручье под уплотнительными кольцами нередко приводит к их излому и задиру рабочей поверхности цилиндровых и золотниковых втулок и колец.  [c.271]

Причины появления и виды неисправностей. Излишняя слабииа подвижных дисков золотников Трофимова относительно упорных шайб при посадке приводит к различным повреждениям трещинам в дисках, шайбах и горловинах дисков, обрыву горловин и т. п. Из-за большого нагара, а также несовпадения осей деталей золотника и втулок нарушается нормальная работа золотника и паровой машины, возникает чрезмерное сопротивление при беспарном ходе, быстро изнашиваются золотниковые втулки и кольца. Возможны срывы гаек упорных шайб золотников Трофимова из-за дефектов, допущенных при их изготовлении, и неудовлетворительного крепления при сборке золотника. Неверная сборка или неправильная установка золотника могут вызвать неправильную его работу, что приводит к снижению мощности паровой машины и перерасходу пара и воды.  [c.282]

И только в IV в. начали строить водяные колеса, а в X — ветряные крылья, господствовавшие в энерготехнике наряду с мускулами вплоть до XVIII в., когда им на смену и в помощь пришла паровая машина. Но и в 1917 г. в России, например, работало 46 000 водяных колес, а их суммарная мощность достигала 40% всей установленной мощности в стране (за исключением железнодорожного и водного транспорта, где к этому времени уже утвердилась паровая машина, а позже — двигатели внутреннего сгорания).[c.15]

Жан Ленуар отлично представлял себе один из главнейших недостатков паровой машины того времени — ее громоздкость. Такую махину нельзя было поставить и использовать на небольшом предприятии, а их было очень много. Типографии, располагаюш,ие двумя-тремя печатными станками, ремонтные мастерские, красильные фабрики, вроде той, на которой ему пришлось работать, требовали компактного экономичного двигателя небольшой мощности.  [c.92]

Тепловые аккумуляторы — третий вид аккумуляторов, предложенный Ветчинкиным и Уфимцевым,— представляют собой большие цистерны с прочными и хорошо теплоизолированными стенками. В них находится вода, нагреваемая злектроподогревателями до высокой температуры. Тепловая энергия, запасенная в этих цистернах, может использоваться и для отопительных и для энергетических целей снижая давление, превращая воду в пар, можно потом заставлять ее работать в паровых машинах или турбинах. По расчетам авторов предложения, тепловые аккумуляторы могут оказаться в некоторых случаях в 300—500 раз экономичнее, чем электрические той же емкости. Общим недостатком всех этих проектов аккумуляторов является, кроме их громоздкости, необходимости держать в резерве крупные мощности дублирующих двигателей другого типа, которые простаивают во время работы ветродвигателя, и их сравнительно невысокий коэффициент полезного действия. Поднятая в водохранилище вода будет испаряться, не говоря уж о том, что часть энергии потеряется при работе насосной и гидротурбинной установок. Коэффициент полезного действия гидроаккумулятора составляет всего 40—50 процентов, а резервной станции с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде в качестве горючего, вряд ли превзойдет 35 процентов. Еще ниже будет коэффициент полезного действия станции с паровой машиной или турбиной, не говоря уже о потерях тепла при хранении горячей воды в цистернах— теплоаккумуляторах. Ни одно из рассмотренных устройств при практическом исполнении не сможет, видимо, превратить в электрическую энергию свыше 50 процентов от затраченной.  [c.213]

Характерной чертой развития современного машиностроения являются глубокие качественные пзменения продукции этой отрасли. Они находят отражение в повышении единичной мощности (паровые турбины, генераторы, ядерные реакторы достигают мощности в один миллион и более киловатт в одном агрегате), увеличении рабочих скоростей, в повышении точности и качества обработки, снижении металлоемкости и ряде других показателей. Все это ведет к постоянному росту объемов и сложности конструкторских и исследовательских работ и, как следствие, к увеличению сроков разработки новых машин и удорожанию опытно-конструкторских разработок.  [c.10]

Внедрение электрического привода играло революционизирующую роль в промышленном производстве. Сначала электродвигатели устанавливали для привода отдельных машин и станков большой мощности. Затем в цехах предприятий стали заменять паровую машину, выполнявшую функции центрального привода, электродвигателем. Так создавался групповой электропривод с многочисленными трансмиссиями в цеху. Это неизбежно создавало повышенную опасность при работе и обусловливало тяжелые производственные условия. Трансмиссионные передачи представляли собой систему основных и распределительных валов с насаженными на них шкивами, от которых движение с помощью ремней передавалось на шкивы станков. Вся система получала вращение от мощного центрального двигателя, расположенного в цеху или вне цеха. В течение многих десяти.иетий трансмиссии были важной и неотъемлемой частью большинства машиностроительных, текстильных, пищевых, деревообрабатывающих и других предприятий. От расположения трансмиссионных установок (как при паровом, так и электрическом приводе) зависели технологические процессы, наличие и состав подъемнотранспортных устройств, конструктивные формы заводских помещений.  [c.27]


На протяжении всего XIX в. продолжалось усовершенствование паровой машины. С 1800 г., когда окончилось действие патентов Уатта, конструкторы различных стран особенно активно включились в работу по улучшению технических показателей паросиловых установок с поршневым паровым двигателем. Хотя основные конструктивные детали паровой машины и термодинамические основы ее работы оставались неизменными, произошло качественное изменение паровой техники, выразившееся в повышении показателей интенсивности возросли давление и перегрев пара, число оборотов, удельные тепловые и силовые нагрузки и т. д. Использование перегрева пара, начатое еще в 60-х годах, особенно широко распространилось в 90-х годах. Появление быстроходных технологических машин и двигателей транспортных средств потребовало увеличения КПД паровых машин. Большое внимание постоянно уделялось также системам парораспределения, благодаря чему появились технически совершенные устройства. Этому в значительной мере способствовали разработки американского инженера Джорджа Корлиса. Регулирование в его конструкциях сочеталось с небольшим расходом пара и дало основу для изготовления машин большой мощности. На Филадельфийской выставке 1876 г. экспонировалась балансирная машина Корлиса мощностью 2500 л. с. п скоростью вращения 36 об/мин. Однако парораспределительные краны в его машинах не могли работать при перегретом паре, а балансир — при большом числе оборотов и потому не могли следовать за основной тенденцией развития паротехники последней четверти XIX в. Дальнейшее развитие паровых поршневых двигателей пошло по пути создания многоцилиндровых конструкций с многократным расширением пара это привело к повышению КПД в результате использования высокого перепада давлений и уменьшения теплообмена между паром и стенками рабочих цилиндров. В 90-х годах появились машины с двух-, трех-и четырехкратным расширением пара. Благодаря многим техническим усовершенствованиям к концу XIX в. термический КПД паровых машин возрос в 5 раз [1, с. 13—14]. Паровая машина как универсальный двигатель крупной машинной индустрии, транспорта и в известной степени сельского хозяйства (локомобили) занимала все более прочные позиции вплоть до 70—80-х годов.  [c.47]

Примером упрочнения обкатыванием подступичных частей большого размера может служить обработка шеек составного коленчатого вала реверсивной паровой машины мощностью 7360 кет (10 000 . с.). Коленчатые валы такого типа несколько раз выходили из строя на одном уральском металлургическом заводе после сравнительно непродолжительного периода работы (от 1,5 до 5 лет). Авария начиналась с ослабления посадок сопряжений коренных и мотылевых шеек со щеками. Затем разрушались стопорные штифты и шейки проворачивались в отверстиях щек. Кроме того, образовывались трещины усталостного характера в местах посадок и в галтелях.  [c.159]

Мечта изобрести двигатель, который смог бы работать вечно, как вечно и неостановимо движение небесных светил , многие века владела умами человечества. Упорные поиски не прошли даром. В 1769 г английский естествоиспытатель Джеймс Ватт получил патент на изобретенную им паровую машину — первый тепловой двигатель. Международная метрическая система единиц (СИ) увековечила его имя, и с 1960 г. мощность выражается в ваттах.  [c.5]

Несомненно, что разработка конструкций двигателей Стирлинга с 1938 г. прошла через определенные этапы, и учет этогО поможет лучше понять существующие в настоящее время тенденции и пути развития. При этом современный этап не должен рассматриваться изолированно, и к ряду идей и новшеств, предложенных в более ранний период, необходимо вернуться вновь в свете современных знаний. Бил (фирма Санпауэр ) провел такое исследование по поиску подходящих конструктивных решений. Двигатель, созданный в лаборатории Била, по своему виду напоминал ранние двигатели Хенричи, однако с помощью ЭВМ, облегчающих разработку конструкции, и современной технологии материалов удалось получить более чем двадцатикратное увеличение удельной мощности на единицу массы. Такой резкий скачок в характеристиках двигателя Стирлинга побудил фирму Филипс в конце 30-х годов начать собственные исследовательские работы по этому двигателю. Это было время широкого распространения радиовещания, однако электрификация еще не была всеобщей даже в сравнительно развитых странах. Во многих районах легче было достать топливо, чем получить электроэнергию не только через электросеть, но даже от аккумуляторных батарей. Поэтому возникла потребность в портативных электрогенераторах, использующих тепловую энергию, которые могли бы питать радиоприемники и другие подобные устройства. Двигатели таких устройств должны были иметь малые размеры и низкий уровень шума и не возбуждать электрических помех. Дизельные двигатели не удовлетворяли первому из этих требований, а двигатели с принудительным зажиганием — последнему. Сотрудники фирмы Филипс пришли к выводу, что имеются только два реальных устройства, удовлетворяющие этим требованиям, — паровая машина с замкнутым циклом и двигатель Стирлинга.  [c.187]

Сотрудникам фирмы Филипс сразу же стало ясно, что у двигателя Стирлинга значительно больше потенциальных возможностей, чем у паровой машины. И когда над Европой нависла угроза второй мировой войны, фирма начала работы с двигателем Стирлинга, вернувшись к первоначальной концепции 1816 г.— одноцилиндровому двигателю, хотя одним из первых прототипов был двигатель в модификации Райдера с противоположно расположенными цилиндрами. Мы предполагаем, что работа велась в период 1938—1945 гг., поскольку в 1946 г. юыли опубликованы многочисленные технические статьи, содержащие обширную информацию, которая могла быть получена -только в результате работ, продолжавшихся несколько лет. За сравнительно короткий период (немногим менее 10 лет) при неблагоприятной международной обстановке были достигнуты значительные успехи. Фирма Филипс взялась за почти забытый двигатель, дала ему новое название, увеличила его удельную мощность (на килограмм массы) почти в 50 раз, уменьшила его размеры на единицу мощности почти в 125 раз и повысила КПД в 15 раз. Таким образом, двигатель Стирлинга вступил в современную фазу своего развития.  [c.188]

Если машина представляет собой теплово двигатель (двигатель внутреннего сгорания, паровая машина, паровая турбина), водяной или электрически , то исп1>1тание производится с применением соответствующего вида энергии (газообразного или жидкого топлива, пара, воды, электричества). При нсш тании постепенно увеличивают число оборотов и соответствующую нагрузку. В течение установленного техническими условиями пер юда двигатель должен развить оиределеиную мощность 1 работать с этой мощностью при надлежащем числе оборотов.[c.265]

Так, например, в учебнике Радцига прикладная часть занимала 50% полного объема его. Она содержала многие данные, не имевшие прямого отношения к курсу термодинамики. Здесь рассматривались следующие вопросы влияние на работу паровой машины вредного пространства и числа оборотов четырехтактный двигатель Отто керосиновый двигатель Горнсби газовые двигатели опытное исследование двигателей расходы газа и керосина двигатель Дизеля сравнительная стоимость производства работы двигателями разного рода. В этом очень большо.м по объему разделе приводились данные о стоимости паровых машин и двигателей разной мощности, фунда-  [c.214]

Шестидесятые годы ХУП1 столетия ознаменовались важным событием в развитии паровой техники. В России на алтайских заводах в 1766 г. была сконструирована и построена талантливым изобретателем П. И. Ползуновым (1728—1766) паровая машина мощностью около 40 л. с. оригинальной конструкции, существенно отличавшаяся от атмосферных машин того времени. Машина Ползунова являлась первой машиной, предназначавшейся не для откачки воды, а для заводских целей. Машина, имея два попеременно действовавших цилиндра, представляла собой соединение двух одноцилиндровых машин. Поршни машины посредством сконструированной Ползуновым особой механической передачи были соединены с мехами, вдувавшими воздух в металлургические печи. Машина имела автоматическое парораспределение и автоматическое распределение подачи воды. В мае 1766 г. машина Ползунова была испытана. После нескольких месяцев работы машина была остановлена и больше в работу не включалась. Пуск машины состоялся после смерти И. И. Ползунова.  [c.504]

Для гидросистем металлообрабатывающих станков, металлургического и кузнечнопрессового оборудования Для металлорежущих станков при средних режимах работы при ЛООО об/мин. Для механизмов движения паровых насосов и паровых машин. Для смазки нефтяных двигателей разных мощностей. Для различных машии и механизмов, работающих со средними нагрузками и скоростями, в том числе текстильной промышленности и др. , для гидравлических систем станков (с антиокислительиой ерисадкой)  [c.295]

Уж коль мы ведем рассказ об Уатте, имеет смысл вспомнить и об истории лошадиной силы» — первой в метрологии единицы мощности, которую ввел этот талантпивьт механик. Одна из первых паровых машин работала в пивоварне, где вместо лошадей приводила в действие водяной насос. Пивовару машина понравилась, и он решил заказать еще одну, покрупнее. Вот только четко указать, сколько лошадей должна заменить эта вторая машина пивовар не мог, так как не знал точно, на что же способна одна лошадь. Конечно, ему хотелось получить от механика, не нарушая договор, как можно большую мощность. И пивовар выбрал самую лучшую лошадь, запряг в насос, хлестал ее немилосердно в течение восьми часов непрерывной работы и фиксировал количество накачиваемой воды. Получилось немного больше двух миллионов килограммов. Затем Уатт подсчитал, что за секунду лошадь в таких условиях работы поднимала 75 кг воды на высоту в один метр. Эти завышенные, но явно выгодные пивовару данные и были положены в основу первой единицы мощности.  [c.53]



Паровая машина — Документ

Паровая машина

Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

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. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами, электромоторами и атомными реакторами, КПД которых выше.

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 они могут использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.

Схема паровой машины: 1 — поршень; 2 — шатун; 3 — коленчатый вал; 4 — маховик.

Две с половиной тысячи лет назад, т.е. в III веке до нашей эры греческий ученый математик и механик Архимед построил пушку, которая стреляла с помощью пара. Ее описания были найдены спустя 18 столетий в рукописях великого Леонардо да Винчи. Как она стреляла? Один конец ствола сильно нагревали на огне, затем в нагретую часть ствола наливали воду. Вода мгновенно испарялась и превращалась в пар. Пар, расширяясь, с силой и грохотом выбрасывал ядро. Сам Леонардо да Винчи задумывался над тем, как использовать внутреннюю энергию пара. На одном из его рисунков изображен цилиндр с поршнем. В нем находится вода, которая подогревается. В результате нагрева пар, расширяясь и увеличиваясь в объеме, ищет выход и толкает поршень. Во время движения вверх поршень совершает работу. Чтобы поршень возвратился назад, цилиндр обливали холодной водой – пар конденсировался и тяжелый поршень опускался вниз. Это был первый паровой двигатель, но он не получил распространения.

Попытки построить паровые двигатели предпринимались многими изобретателями, но самой удачной была машина, построенная англичанином Т.Ньюкоменом в 1711 году.

В конце XVIII в. в России на Алтае работал гениальный русский изобретатель Иван Ползунов. Он значительно усовершенствовал паровую машину. Ему принадлежит честь создания проекта первого универсального парового двигателя – паровой машины – она приводила в действие воздуходувные меха, нагнетающие воздух в плавильные печи. Но она проработала 43 часа и встала навсегда (котел дал течь, кожа, которой были обтянуты поршни, истерлась). Об этой машине вскоре забыли. Восстановить свое детище Иван Ползунов не мог, так как машина была пущена в работу уже после смерти изобретателя (1765г.). Он умер в возрасте 38 лет.

Создателем универсального парового двигателя, который получил большое распространение, стал английский механик Джеймс Уатт. Он построил двигатель, который годился для любой машины и их стали ставить на машины, корабли, паровозы. Но к.п.д. паровой машины не превышали 15-20%.

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом: стационарные машины, паровой молот, транспортные машины

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них: пароход, сухопутные транспортные средства (паровой автомобиль, паровоз, локомобиль, паровой трактор, паровой экскаватор, и даже паровой самолёт).

В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия.

Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 — 42 %.

Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.

Двигатель внутреннего сгорания

Паровую машину из-за ее низкого к.п.д. к середине XIX века начинают вытеснять двигатели внутреннего сгорания. Прообразом первого двигателя внутреннего сгорания могут служить такие виды оружия как пушка, ружья, используемые с давних времен. В их ствол засыпали порох, клали ядро или патрон и поджигали порох. Пушка или ружье стреляли. Еще в конце XVII – начале XVIII в. Дени Папен придумал устройство, в котором под поршень цилиндра надо было насыпать порох и поджечь его. Образовавшиеся газы должны были, расширяясь поднять поршень. Затем цилиндр нужно было облить водой и поршень должен был опуститься вниз под действием собственной силы тяжести. Такова была идея, но при первом же испытании машина была разрушена взрывом. На создание новой машины у изобретателя не было денег. Это был прообраз современного двигателя внутреннего сгорания. Первый двигатель внутреннего сгорания пригодный к использованию был изобретен французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель был похож на паровую машину, но в цилиндр поступал не пар, а горючая смесь, поджигаемая свечой.

Но к.п.д. двигателя Ленуара был всего 3-5%. Немецкий механик – самоучка Николай Отто в 1878 году создал первый двигатель, работавший по четырехтактному циклу и имеющий к.п.д.22%.

Двигатель состоит из цилиндра, в котором, перемешается поршень, соединенный посредством шатуна, с коленчатым валом. На валу укреплен тяжелый маховик, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеется клапаны, которые открываются и закрываются механически при помощи распределительного вала, свеча.

Сгорание топлива происходит внутри двигателя. Двигатель работает на жидком топливе. Повторяющийся рабочий цикл двигателя состоит из четырех процессов (тактов):

В автомобилях чаще используют четырехцилиндровые ДВС, которые обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Как бензиновый ДВС, так и дизель выбрасывают в атмосферу весьма горячие газы (около 500—600 °С). Это снижает их КПД: у бензиновых двигателей он равен 20—25%, у дизеля — 30—36%.

При всех достоинствах ДВС, широкое их применение заметно влияет на экологическое состояние, особенно в крупных городах, поэтому работы по улучшению экологичности  ДВС ведутся непрерывно

Паровая турбина

В 1629 году итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила название активной турбины.

Схема простейшей турбины изображена на рисунке

На вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закрепелены лопатки 2. Около лопаток раположены трубы – сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последователньо проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть совей энергии. Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания газа.

Но турбостроение по существу началось только с конца XIX в., когда стала ощущаться нужда в быстроходном двигателе. В 1883 году шведский инженер Лаваль получил патент на активную паровую турбину. У первых паровых турбин был существенный недостаток: из-за огромной скорости струи пара скорость вращения турбины была излишне велика. Уменьшить скорость вращения турбины смогли, укрепив на диске не один ряд лопаток, а больше и применив несколько ступеней давления.

Паровая турбина имеет ряд достоинств: ее к.п.д. достигает 40%, если велики давление и температура пара; вал паровой машины вращается плавно и равномерно; турбина занимает мало места; вода, получаемая при конденсации отработанного пара, очень чиста, что весьма важно для питания паровых котлов.

В настоящее время паровые турбины являются почти единственным тепловым двигателем на мощных тепловых электростанциях, служат основным двигателем на крупных судах, турбины средних размеров и даже небольших мощностей применяют для привода насосов, воздуходувок и пр. Газовые турбины устанавливаются на мощных грузовых машинах типа БелАЗ.

Паровая машина — применение | Технологии

Паровая машина применяется как приводной двигатель в различных насосных станциях,  на паровых судах, локомотивах, паровых автомобилях, тягачах, других транспортных средствах. Паровая машина способствовала обширному распространению коммерческого использования машин на различных предприятиях и считается энергетической базой промышленной революции XVIII века. Позднее агрегат была вытеснен различными двигателями внутреннего сгорания, турбинами и электромоторами, у которых КПД выше. Подобные турбины формально являются разновидностью паровых машин, они до сих пор достаточно широко применяются как приводы генераторов электроэнергии. Около 86% все производимой в мире электроэнергии вырабатывается с помощью  турбин. Нужно знать, что для привода машины необходим паровой котел. Пар, который расширяется, давит на лопатки турбины или на поршень, их движение передается другим механическим частям. Одно из достоинств двигателей внешнего сгорания состоит в том, что, так как котел отделяется от винтовой машины, здесь можно использовать практически любой вид топлива. Стационарные паровые машины бывают двух типов по режиму использования: с переменным режимом и силовые установки.

К первым можно отнести машины металлопрокатных станов, паровые лебедки и аналогичные устройства, которые часто останавливаются и меняют направление вращения. Силовые машины останавливаются редко и не меняют направление вращения. С их помощью включаются энергетические двигатели на электростанциях, промышленные двигатели, которые используют на заводах, фабриках, кабельных железных дорогах до распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности применяются в специальных устройствах и на судовых моделях. Лебедка – это стационарный двигатель, но установленный на опорной раме, чтобы можно было перемещать. Она может быть закреплена за якорь тросом. Паровая винтовая машина – это новый тип двигателя. ПВМ была разработана в России, на ее конструкцию, узлы и системы получено около 25 патентов за рубежом и в России. ПВМ практически по всем показателям существенно превосходит классическую лопаточную паровую турбину в диапазоне мощностью 200-1500 кВт. ПВМ считается наиболее перспективной базой для создания мини-тэц. В мини-тэц должны применяться только местные топливные ресурсы, такие как уголь, отходы лесопереработки, торф.


Наш завод производит теплообменники, а на сайте вы найдете отзывы на охладитель воздуха нашего производства.

Паровая машина — Википедия Wiki Русский 2022

Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного 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 преобразует энергию пара в механическую работу.

Паровая машина

Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Конец XIX в. Музей индустриальной культуры. Нюрнберг
 Медиафайлы на Викискладе

Паровая машина вместе с рядом подсобных машин и устройств называется паросиловой станцией. [1]

История

Первая паровая машина была построена в XVII веке французским физиком Дени Папеном и представляла собой цилиндр с поршнем, который поднимался под действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году вакуумные паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем Оливером Эвансом в 1786 году и англичанином Ричардом Тревитиком в 1800 году.

В России первая действующая паровая машина была построена в 1766 году по проекту Ивана Ползунова, предложенному им в 1763 году. Машина Ползунова имела два цилиндра с поршнями, работала непрерывно, и все действия в ней проходили автоматически. Но увидеть своё изобретение в работе И.  И. Ползунову не пришлось: он умер 27 мая 1766 года, а его машина пущена в эксплуатацию на Барнаульском заводе только летом[2]. Через пару месяцев из-за поломки она перестала действовать и впоследствии была демонтирована.

Принцип действия

  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  Схема работы паровой машины двойного действия

Для работы паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям.

Принцип действия поршневой паровой машины показан на иллюстрации.Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик, сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются центробежным регулятором 9, автоматически изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное регулирование, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное регулирование).

Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения, что показано кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей. Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p1 и p2, а также объёмами V1 и V2. Первичный поршневой двигатель предназначен для преобразования потенциальной тепловой энергии (давления) водяного пара в механическую работу. Рабочий процесс паровой машины обусловлен периодическими изменениями упругости пара в полостях её цилиндра, объём которых изменяется в процессе возвратно-поступательного движения поршня. Пар, поступающий в цилиндр паровой машины расширяется и перемещает поршень. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращательное движение вала. Впуск и выпуск пара осуществляются системой парораспределения. Для снижения тепловых потерь цилиндры паровой машины окружаются паровой рубашкой.

Моменты начала и конца процессов расширения и сжатия пара дают четыре основные точки реального цикла паровой машины: объём Ve, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца расширения Va, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия Vc, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы фиксируются парораспределительными органами.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла.

КПД тепловой машины равен:

ηth=WoutQin{\displaystyle \eta _{th}={\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} ,

где Wout — механическая работа, Дж; Qin — затраченное количество теплоты, Дж.

Тепловой двигатель не может иметь КПД больший, чем у цикла Карно, в котором количество теплоты передаётся от нагревателя с высокой температурой к холодильнику с низкой температурой. КПД идеальной тепловой машины Карно зависит исключительно от разности температур, причём в расчётах используется абсолютная термодинамическая температура. Следовательно, для паровых двигателей необходимы максимально высокая температура T1 в начале цикла (достигаемая, например, с помощью пароперегрева) и как можно более низкая температура T2 в конце цикла (например, с помощью конденсатора):

ηth≤1−T2T1{\displaystyle \eta _{th}\leq 1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}} 

Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД в 30—42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать КПД в 50—60 %. На ТЭЦ эффективность повышается за счёт использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.

Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.

Одна из причин снижения КПД в том, что средняя температура пара в конденсаторе несколько выше, чем температура окружающей среды (образуется т. н. температурный напор). Средний температурный напор может быть уменьшен за счёт применения многоходовых конденсаторов. Повышает КПД также применение экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей и других средств оптимизации парового цикла.

У паровых машин очень важным свойством является то, что изотермическое расширение и сжатие происходят при постоянном давлении, конкретно — при давлении поступающего из котла пара. Поэтому теплообменник может иметь любой размер, а перепад температур между рабочим телом и охладителем или нагревателем составляют около 1 °C. В результате тепловые потери могут быть сведены к минимуму. Для сравнения, перепады температур между нагревателем или охладителем и рабочим телом в стирлингах может достигать 100 °C.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, состоит в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла) — от кизяка до цепной реакции деления урана.

Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает, а, наоборот, возрастает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки и Китая, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию[уточнить]. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными тепловозами и электровозами[уточнить].

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог.

Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

Важным преимуществом поршневых паровых двигателей является сохранение максимального крутящего момента на любых оборотах, вплоть до самых минимальных. Это даёт паровым транспортным средствам динамику, недостижимую для транспортных средств с ДВС — преодоление уклонов на любой скорости, чрезвычайно медленный ход, плавный ход без рывков и т. д., а безрельсовым обеспечивает исключительную проходимость по бездорожью, несклонность к пробуксовке.

Благодаря высокому крутящему моменту поршневые паровые двигатели так же не нуждаются в коробке скоростей и понижающем редукторе, передавая усилие непосредственно на колёса или на дифференциал ведущего моста.

Простота устройства, щадящий температурный режим и низкие обороты, характерные для поршневых паровых двигателей, значительно повышают их ресурс, что обеспечивает им высокую надёжность и долговечность.

Поршневая паровая машина способна длительно выдерживать высокие перегрузки (до 100 %), на что ДВС неспособны.

Поршневая паровая машина не требует поддержания оборотов на холостом ходу и расходует пар строго пропорционально нагрузке, что значительно улучшает её экономичность. В современных автоматизированных котлах высокого давления подача топлива может отключаться сколь угодно часто, как только расход пара прекращается, а повторный пуск происходит практически мгновенно.

Поршневая паровая машина почти бесшумна.

Сжигание топлива в специальной камере при нормальном давлении позволяет провести полное окисление без образования токсичных продуктов. Использование геотермальной энергии, энергии солнца или других естественных источников может сделать паровую машину полностью экологически чистой. В результате экологический потенциал паровых машин гораздо выше, чем у двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение и развитие

  Паровая машина Папена

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, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колёса.

Подобную машину предложил в 1629 году 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.

Паровая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент англичанина Т. Севери (см. ниже).Принцип действия и применение паровых машин были описаны также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом; в 1663 году 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 XIX веке). 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-х годов 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 году 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 только как демонстрационная модель: 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 Таки ад-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 том же году получил патент. Это был паровой насос без поршня, 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 насоса 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».

В 1712 году английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный (вакуумный) двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен применил цилиндр с поршнем и 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 насос Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение.

  Паровой двигатель Якоба Лёйпольда, 1720

В 1720 году немецкий физик Якоб Лейпольд изобрёл двухцилиндровый паровой двигатель высокого давления, в котором рабочий ход совершается не низким давлением вакуума, образующимся после впрыска воды в цилиндр с горячим водяным паром, как в вакуумных двигателях, а высоким давлением горячего водяного пара. Отработанный пар сбрасывается в атмосферу. Но машины высокого давления были построены только через 80 лет, в начале XIX века, американцем Оливером Эвансом и англичанином Ричардом Тревитиком.

В 1763 году механиком И. И. Ползуновым была спроектирована первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина для приведения в действие воздуходувных мехов на барнаульских Колывано-Воскресенских заводах, которая была построена в 1764 году.

В 1765 году Джеймс Уатт, для повышения КПД вакуумного двигателя Ньюкомена, сделал отдельный конденсатор. Двигатель всё ещё оставался вакуумным.

В 1781 году Джеймс Уатт запатентовал вакуумную паровую машину с кривошипно-шатунным механизмом, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от поступательного движения в вакуумном двигателе водоподъёмного насоса Ньюкомена). Двигатель всё ещё оставался вакуумным, но вакуумный двигатель Уатта с кривошипно-шатунным механизмом, мощностью 10 лошадиных сил, стало возможным, при наличии каменного угля и воды, устанавливать и использовать в любом месте для любой цели. С вакуумным двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Примечательно, что первой известной автоматической системой управления была система регулирования скорости пара, установленная на паровом двигателе Уатта в 1775 году; почти век спустя Джеймс Клерк Максвелл описал первую математическую модель автоматизации.

Дальнейшим повышением эффективности парового двигателя было применение пара высокого давления американцем Оливером Эвансом и англичанином Ричардом Тревитиком.

В 1786 году Эванс попытался было запатентовать обычный паровой автомобиль, в котором приводом служила паровая машина высокого давления, но патентное управление отказало Эвансу, посчитав его идею нелепой фантазией. Позже Эванс изготовил в общей сложности около полусотни подобных машин, большая часть которых использовалась для привода насосных установок.

Тревитик, инициатор создания и применения стационарных машин, работающих при высоких давлениях (получил в 1800 году патент на «машину высокого давления»), освоил на практике цилиндрические паровые (так называемые «корнваллийские») котлы (1815). С 1797 года строил модели паровых повозок, а в 1801 года начал строить оригиналы повозок, последняя из которых прошла успешные испытания в Корнуэлле и Лондоне (1802—1803).

В 1801 году Ричард Тревитик построил первый в истории паровоз «Puffing Devil», затем в 1802 году паровоз «Coalbrookdale» для одноимённой угольной компании.

Тревитик успешно строил 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. Множество вакуумных двигателей, построенных ранее по схеме Джеймса Уатта, после изобретения Эванса и Тревитика были перестроены по схеме «корнуэльского двигателя» высокого давления.

В 1769 году французский изобретатель Николя-Жозеф Кюньо 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 Делавэр между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Бёрлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 узлов. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в городе Мертир-Тидвил в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

В 1824 году французский учёный и инженер Сади Карно в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» впервые описал цикл работы термодинамической системы, позже названный его именем[3][4].

С развитием паровозо- и пароходостроения прогресс паровой машины получил новый толчок. В течение XIX века усилиями многих талантливых инженеров паровая машина была значительно усовершенствована. Были разработаны конструкции котлов и различных вспомогательных систем (механизмов парораспределения, топливоподачи и т. п.), ставшие впоследствии классическими. Появились многоступенчатые, компаундные и тандемные типы, интересные промышленные модели. Практический КПД паровой машины был значительно повышен. Требования сухопутного транспорта и мелкого судостроения содействовали появлению компактных моделей с высокой удельной мощностью. Во второй половине века появились типы компоновок и систем, использованные затем в двигателях внутреннего сгорания: V-образные и звездообразные компоновки без крейцкопфа, блок-цилиндры с закрытым картером, тарельчатые клапаны с приводом от кулачкового вала и т. д. Параллельно шла разработка роторных альтернатив: паровой турбины, различных моделей коловратных двигателей.

К началу XX века была уже хорошо разработана теория и практика паровых машин, сохранившаяся до наших дней почти без изменений. Поршневые паровые машины безраздельно властвовали на железнодорожном и морском транспорте, паровые турбины всё чаще находили практическое применение на крупных морских судах. Подавляющее большинство коловратных (роторно-поршневых) типов было опробовано и по тем или иным причинам отвергнуто.

В первые десятилетия XX века отмечается бум транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, значительно пошатнувший авторитет паровой машины. Она уступает более лёгким и компактным конкурентам. К 1930-м годам бензиновые и дизельные двигатели почти полностью вытесняют паровую машину из лёгкого сухопутного транспорта, решительно вторгаются в области железнодорожного транспорта и судостроения. Считается, что паровая машина уже доживает свой век, безнадёжно устарела.

В 1930-е годы вокруг неё снова намечается некоторое оживление. Появляются новые материалы: нержавеющие стали, способные выдержать высокие температуры и давления, а также лёгкие и прочные алюминиевые сплавы. Это позволяет поднять давление пара до величин 30—100 атм, что делает паровую машину замкнутого цикла сопоставимой по габаритам, эффективности и цене с двигателем внутреннего сгорания. Внедрение водотрубной системы делает котёл компактным и безопасным. Налаживается серийное производство паровых легковых и грузовых автомобилей, тракторов, автобусов и даже танков и самолётов. Появляются новые идеи: внедрение звездообразных паровых машин в ступицы колёс, в задний мост и т. д. Принимаются во внимание ценные качества паровой машины: высокий крутящий момент, отличная проходимость по бездорожью, нетребовательность к топливу, долговечность, бесшумность, плавность хода, отсутствие необходимости поддерживать обороты на холостом ходу и т. п. Паровые машины устанавливаются даже на лимузины.[5]

Однако попытка реанимации идеи паровой машины не удалась: отчасти из-за начавшейся Второй мировой войны, отчасти из-за сформировавшегося у потребителя стереотипа устарелости, громоздкости, грязности и опасности паровой машины, интерес к этим опытам ослабевает. Дольше всего паровая машина продержалась на железнодорожном транспорте, где новые модели паровозов выпускались вплоть до 1950-х годов. Но и здесь постепенно была вытеснена тепловозами, электровозами и газотурбовозами.

Тем не менее идея её не забыта и некоторые экспериментальные работы, и даже попытки серийного производства паровых машин высокого давления, ведутся энтузиастами и в наши дни. Большую ценность представляют так же действующие модели исторических паровых машин, изготавливаемые любителями.

Следует отметить, что распространение парового двигателя шло постепенно: механизмы, использующие водную и ветряную энергию, ещё долго конкурировали с паровыми машинами. В частности, до 1870 года в Соединённых Штатах большинство фабрик использовали энергию водяных турбин, а не паровых двигателей[6]. Точно так же постепенно она выходила из употребления. Так, последние паровозы работали на линиях ещё в конце XX века, а некоторые сохраняются работоспособными до наших дней, несмотря даже на то, что КПД паровозной машины один из самых низких. До сих пор именно паровозы и пароходы окутаны неким ореолом романтики. В некоторых странах они и сегодня используются в туристических целях.

Что касается паровых турбин, то они заняли прочные позиции в энергетике и крупном транспортном машиностроении. Однако их КПД сильно зависит от размеров, поэтому паровые турбины малой мощности экономически нецелесообразны и не находят применения в качестве основной силовой установки. В новых разработках транспорта с паровой машиной они используются как вспомогательные приводы, работающие на возвратном пару.

Классификация

Паровые машины разделяются[7][8]:

  • по способу действия пара на машины с расширением и без него, причём первые считаются наиболее экономичными
  • по используемому пару
    • низкого давления (до 12 кг/см²)
    • среднего давления (12—60 кг/см²)
    • высокого давления (свыше 60 кг/см²)
  • по числу оборотов вала
    • тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных пароходах)
    • быстроходные.
  • по давлению выпускаемого пара
    • на конденсационные (давление в конденсаторе 0,1—0,2 ата)
    • выхлопные (с давлением 1,1—1,2 ата)
    • теплофикационные с отбором пара на нагревательные цели или для паровых турбин давлением от 1,2 ата до 60 ата в зависимости от назначения отбора (отопление, регенерация, технологические процессы, срабатывание высоких перепадов в предвключённых паровых турбинах).
  • По расположению цилиндров
    • горизонтальные
    • наклонные
    • вертикальные
  • по числу цилиндров
    • одноцилиндровые
    • многоцилиндровые
      • сдвоенные, строенные и т. д., в которых каждый цилиндр питается свежим паром
      • паровые машины многократного расширения, в которых пар последовательно расширяется в 2, 3, 4 цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр через т. н. ресиверы (коллекторы).

По типу передаточного механизма паровые машины многократного расширения делятся на тандем-машины и компаунд-машины. Особую группу составляют прямоточные паровые машины, в которых выпуск пара из полости цилиндра осуществляется кромкой поршня.

По их применению: на стационарные машины и нестационарные (в том числе передвижные), устанавливаемые на различные типы транспортных средств.

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

  • Машины с переменным режимом, к которым относятся машины транспортных средств, строительно-дорожных машин, металлопрокатных станов, паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения;
  • Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

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 Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 году 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.[9]

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 помпа (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 ограничения 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.

  Корнуэльская машина, построенная Тревитиком.

Приблизительно в 1811 году Ричард Тревитик усовершенствовал машину Уатта. 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 корнуэльских[en], и строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано до этого уровня. Некоторые из корнуэльских машин 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.

Паровые машины двойного действия

Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало изобретение в 1782 году Джеймсом Уаттом машины 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 поочерёдно подаётся 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 лёгким 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.

В 1832 году впервые в России на заводе была построена паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом для военного парохода «Геркулес» (строитель парохода — английский кораблестроитель на русской службе В. Ф. Стокке). Это была первая в мире удачная для пароходов паровая машина без балансира в 240 сил[10]. Англичане дважды, в 1822 и 1826 годах, делали попытку изготовить такие машины для своих пароходов, но они оказались неудачными и их пришлось заменить обычными балансирными машинами. Лишь на пароходе «Горгон» (Gorgon), спущенном на воду в 1837 году, они смогли установить машину прямого действия (без балансира), которая стала работать нормально. [10]

Парораспределение

  Индикаторная диаграмма, показывающая четырёхфазный цикл поршневой паровой машины двойного действия

В большинстве возвратно-поступательных паровых машин пар изменяет направление движения в каждом такте рабочего цикла, поступая в цилиндр и выходя из него через один и тот же коллектор. Полный цикл двигателя занимает один полный оборот кривошипа и состоит из четырёх фаз — впуска, расширения (рабочая фаза), выпуска и сжатия. Эти фазы контролируются клапанами в «паровой коробке», смежной с цилиндром. Клапаны управляют потоком пара, последовательно соединяя коллекторы каждой стороны рабочего цилиндра с впускным и выпускным коллектором паровой машины. Клапаны приводятся в движение клапанным механизмом какого-либо типа.

Простейший клапанный механизм даёт фиксированную продолжительность рабочих фаз и обычно не имеет возможности изменять направление вращения вала машины. Большинство клапанных механизмов более совершенны, имеют механизм реверса, а также позволяют регулировать мощность и крутящий момент машины путём изменения «отсечки пара», то есть изменяя соотношение фаз впуска и расширения. Так как обычно один и тот же скользящий клапан управляет и входным и выходным потоком пара, изменение этих фаз также симметрично влияет на соотношения фаз выпуска и сжатия. И здесь существует проблема, поскольку соотношение этих фаз в идеале не должно меняться: если фаза выпуска станет слишком короткой, то большая часть отработанного пара не успеет покинуть цилиндр, и создаст существенное противодавление на фазе сжатия.

В 1840-х и 1850-х годах было совершено множество попыток обойти это ограничение, в основном путём создания схем с дополнительным клапаном отсечки, установленном на основном распределительном клапане, но такие механизмы не показывали удовлетворительной работы, к тому же получались слишком дорогими и сложными. С тех пор обычным компромиссным решением стало удлинение скользящих поверхностей золотниковых клапанов с тем, чтобы впускное окно было перекрыто дольше, чем выпускное. Позже были разработаны схемы с отдельными впускными и выпускными клапанами, которые могли обеспечить практически идеальный цикл работы, но эти схемы редко применялись на практике, особенно на транспорте, из-за своей сложности и возникающих эксплуатационных проблем. [11][12]

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку», замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объём цилиндра. [13]

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал «Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа». В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нём пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

  • перекрёстный компаунд — цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
  • тандемный компаунд — цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
  • угловой компаунд — цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте. Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.[14]

  Тандемные компаунд цилиндры и поршни-клапаны. 1907

Множественное расширение

  Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением. Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).  Паровой двигатель тройного расширения. 1890-е

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четырёхкратного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объём которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Изображение справа показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на секции высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

  Прямоточная паровая машина

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности.

Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остаётся более или менее постоянным. Прямоточные машины одиночного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одиночного, так и двойного действия.

Паровые турбины

Паровая турбина представляет собой барабан либо серию вращающихся дисков, закреплённых на единой оси, их называют ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закреплённых на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подаётся на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные (в активных, либо подобные в реактивных) лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в неё подаётся. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии. Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Основной сферой применения паровых турбин является выработка электроэнергии (около 86 % мирового производства электроэнергии производится турбогенераторами, которые приводятся во вращение паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и подводных лодках). Было также построено некоторое количество паротурбовозов, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены тепловозами и электровозами.

Другие типы паровых двигателей

Кроме поршневых паровых машин, в XIX веке активно использовались роторные паровые машины. В России, во второй половине XIX века они назывались «коловратные машины». Их было несколько типов, но наиболее успешной и эффективной была «коловратная машина» петербургского инженера-механика Н. Н. Тверского[15]. Машина представляла собой цилиндрический корпус, в котором вращался ротор-крыльчатка, а запирали камеры расширения особые запорные барабанчики. «Коловратная машина» Н.  Н. Тверского не имела ни одной детали, которая бы совершала возвратно-поступательные движения и была идеально уравновешена.

Двигатель Тверского создавался и эксплуатировался преимущественно на энтузиазме его автора, однако он использовался во многих экземплярах на малых судах, на фабриках и для привода динамо-машин. Один из двигателей даже установили на императорской яхте «Штандарт», а в качестве расширительной машины — с приводом от баллона со сжатым аммиаком, этот двигатель приводил в движение в подводном положении одну из первых экспериментальных подводных лодок — «подводную миноноску», которая испытывалась Н. Н. Тверским в 1880-х годах в водах Финского залива.

Однако, со временем, когда паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания и электромоторами, «коловратная машина» Н. Н. Тверского была практически забыта. Однако эти «коловратные машины» можно считать прообразами сегодняшних роторных двигателей внутреннего сгорания.

Применение

  Паровой молот  Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба  Паровая машина в Московском Политехническом музее

Вплоть до середины XX века паровые машины широко применялись в тех областях, где их положительные качества (большая надёжность, возможность работы с большими колебаниями нагрузки, возможность длительных перегрузок, долговечность, невысокие эксплуатационные расходы, простота обслуживания и лёгкость реверсирования) делали применение паровой машины более целесообразным, чем применение других двигателей, несмотря на её недостатки, вытекающие главным образом из наличия кривошипно-шатунного механизма. К таким областям относятся: железнодорожный транспорт, водный транспорт, где паровая машина делила своё применение с двигателями внутреннего сгорания и паровыми турбинами; промышленные предприятия с силовым и тепловым потреблением: сахарные заводы, спичечные, текстильные, бумажные фабрики, отдельные пищевые предприятия. Характер теплового потребления этих предприятий определял тепловую схему установки и соответствующий ей тип теплофикационной паровой машины: с концевым или промежуточным отбором пара.

Теплофикационные установки дают возможность уменьшать на 5—20 % расход топлива по сравнению с раздельным и установками, состоящими из конденсационных паровых машин и отдельных котёльных, производящих пар на технологические процессы и отопление.

Проведённые в СССР исследования показали целесообразность перевода раздельных установок на теплофикационные путём введения регулируемого отбора пара из ресивера паровой машины двойного расширения. Возможность работы на любых видах топлива делала целесообразным применение паровых машин для работы на отходах производства и сельского хозяйства: на лесозаводах, в локомобильных установках и т.  п., особенно при наличии теплового потребления, как, например, на деревообрабатывающих предприятиях, имеющих горючие отходы и потребляющих низкопотенциальное тепло для целей сушки лесоматериалов.

Паровая машина удобна для применения в безрельсовом транспорте (паровой автомобиль, паровой грузовик, паровой экскаватор, паровой самолёт), так как не требует коробки скоростей, однако она не получила распространения из-за некоторых неразрешимых конструктивных трудностей.

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, подъёмных кранах, землеройных машинах и других транспортных средствах и механизмах. 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.

В настоящее время паровая машина применяется для привода насосов, используемых в качестве резервных или при наличии источника пара, в условиях недоступности электроэнергии или невозможности применения электроэнергии или двигателя внутреннего сгорания по условиям пожарной безопасности. Поршневая паровая машина двойного действия без кривошипно-шатунного механизма используется для линейного привода поршневого насоса. Промышленностью выпускаются вертикальные и горизонтальные паровые насосы типа ПДВ и ПДГ, соответственно.[16]

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.

Нетрадиционные машины

На 4-м канале Британского телевидения с 1998 года проводится реалити-шоу «Scrapheap Challenge[en]» («Вызов со свалки»), в котором друг против друга выступают две команды из трёх постоянных участников и одного специалиста. Командам даётся 10 часов для постройки заданной машины из частей, которые они находят на свалке металлолома, а затем устраиваются гонки. В 2007 году команды британских и американских инженеров строили колёсный пароход в духе Брюнеля. При этом британская команда использовала для управления паровой машиной электрическую систему с микровыключателями и соленоидными клапанами. Их пароход набрал скорость, близкую к дизельной лодке американской команды.

Airspeed 2000 — единственный практический паролёт.

Примечания

  1. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том I. Механика. Теплота. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1971. — Тираж 300 000 экз. — С. 629
  2. ↑ Иван Иванович Ползунов 1728—1766. Биография изобретателя Ползунова (неопр.). www.bibliotekar.ru. Дата обращения: 24 января 2019.
  3. Carnot S. Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance. — Paris: Gauthier-Villars, Imprimeur-Libraire, 1878. — 102 p. (фр.)
  4. ↑ Второе начало термодинамики. (Работы Сади Карно — В.Томсон — Кельвин — Р. Клаузиус — Л. Больцман — М. Смолуховский) / Под. ред. А. К. Тимирязева. — Москва—Ленинград: Государственное технико-теоретическое издательство, 1934. — С. 17—61.
  5. ↑ В. А. Добровольский. Современные паровые автомобили и тракторы. — НКТП Государственное научно-техническое издательство Украины, 1936
  6. Н. Розенберг, Л. Е. Бирдцелл. Как Запад стал богатым. Экономическое преобразование индустриального мира. — Новосибирск: Экор, 1995. — С. 352.
  7. ↑ Паровая машина // Панипат — Печура. — М. : Советская энциклопедия, 1955. — С. 125—127. — (Большая советская энциклопедия : [в 51 т.] / гл. ред. Б. А. Введенский ; 1949—1958, т. 32).
  8. Жирицкий Г. С. Паровые машины. — Госэнергоиздат, 1951. — С. 9—11. — 280 с.
  9. ↑ Hulse David K. (1999): «The early development of the steam engine»; TEE Publishing, Leamington Spa, UK, ISBN, 85761 107 1 (англ.)
  10. 1 2 Н. А. Залесский. «Одесса» выходит в море. Возникновение парового мореплавания на Чёрном море 1827—1855. — Л.: Судостроение, 1987. — С. 8—9.
  11. ↑ Riemsdijk J. van: (1994) Compound Locomotives, pp. 2-3; Atlantic Publishers Penrhyn, England. ISBN 0-906899-61-3 (англ.)
  12. ↑ Carpenter, George W. & contributors (2000): La locomotive à vapeur: pp. 56-72; 120 et seq; Camden Miniature Steam Services, UK. ISBN 0-9536523-0-0 (фр.)
  13. Bell, A.M. Locomotives. — London: Virtue and Company, 1950. — С. pp61—63. (англ.)
  14. ↑ Riemsdijk J. van: (1994) Compound Locomotives, Atlantic Publishers Penrhyn, England. ISBN 0-906899-61-3 (англ.)
  15. ↑ Паровой двигатель Н. Н. Тверского
  16. ↑ Центральная насосная компания. Паровые поршневые насосы ПДВ и ПДГ (неопр.). www.mnkom.ru. Дата обращения: 24 февраля 2020.

Литература

  • Brown, Richard. Society and Economy in Modern Britain 1700-1850 (англ.). — Taylor & Francis, 2002. — ISBN 978-0-203-40252-8.
  • Chapelon, André. La locomotive à vapeur (фр.). — Camden Miniature Steam Services, 2000. — ISBN 978-0-9536523-0-3.
  • Crump, Thomas. A Brief History of the Age of Steam: From the First Engine to the Boats and Railways (англ.). — 2007.
  • Ewing, Sir James Alfred. The Steam-engine and Other Heat-engines. — Cambridge: University Press, 1894.
  • Hills, Richard L.  (англ.) (рус.. Power from Steam: A history of the stationary steam engine (англ.). — Cambridge: Cambridge University Press, 1989. — ISBN 978-0-521-34356-5.
  • Hunter, Louis C. A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930 (англ.). — Charolttesville: University Press of Virginia  (англ.) (рус., 1985. — Vol. Vol. 2: Steam Power.
  • Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood. A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930 (англ.). — Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1991. — Vol. Vol. 3: The Transmission of Power. — ISBN 978-0-262-08198-6.
  • Landes, David S.  (англ.) (рус.. The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present (англ.). — Cambridge, NY: Press Syndicate of the University of Cambridge, 1969. — ISBN 978-0-521-09418-4.
  • Паровые машины. История, описание и приложение их. — СПб. Тип. Эдуарда Праца и Ко., 1838. — 234 с.
  • Брандт А. А. Очерк истории паровой машины и применения паровых двигателей в России. — СПб.: Тип. Ю. Н. Эрлих, 1892. — 70 с.
  • Тонков Р. Р. К истории паровых машин в России // «Горный журнал», № 6, 1902.
  • Лебедев В. И. Занимательная техника в прошлом. — Л.: «Время», 1933. — 198 с.
  • Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники / Под ред. С. И. Вавилова. — М., Л.: ГИТТЛ, 1948.
  • Конфедератов И. Я. Иван Иванович Ползунов. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1954. — 296 с.
  • Котурницкий П. В. Паровые машины // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Паровая машина — статья из Большой советской энциклопедии. 
  • Thurston, Robert Henry. A History of the Growth of the Steam-engine (англ.). — New York: D. Appleton and Company  (англ.) (рус., 1878. — (The International Scientific Series).

Ссылки

Паровая машина

— Студенты | Britannica Kids

Введение

Предоставлено Union Pacific Railroad

В паровом двигателе пар высокого давления вводится в поршневой цилиндр, совершающий возвратно-поступательное движение (возвратно-поступательное движение). Когда пар расширяется до более низкого давления, часть тепловой энергии преобразуется в работу — движение поршня. Это движение может быть преобразовано во вращательное с помощью коленчатого вала в сборе, аналогичного тому, который используется в автомобилях.Затем можно дать расширенному пару уйти или, для максимальной эффективности двигателя, пар можно направить в отдельное устройство — конденсатор — при сравнительно низких температуре и давлении. Оставшееся тепло используется для нагрева воды, которая будет использоваться для производства большего количества пара. Пар обычно подается от котла, работающего на угле, масле или природном газе.

С начала 1900-х годов паровые турбины заменили большинство паровых двигателей на крупных электростанциях ( см. Турбина ).Турбины эффективнее и мощнее паровых двигателей. В большинстве регионов на смену паровозам пришли более надежные и экономичные дизель-электрические локомотивы. Ранние паровые автомобили были вытеснены автомобилями с легкими, удобными и более мощными бензиновыми и дизельными двигателями. Из-за всего этого паровые машины сегодня обычно считаются музейными экспонатами. Тем не менее изобретение паровой машины сыграло важную роль в промышленной революции, создав общество, менее зависимое от энергии животных, водяных колес и ветряных мельниц ( см. Промышленная революция).

Разработка парового двигателя

Encyclopdia Britannica, Inc.

В 1690 году французский физик Дени Папен разработал первый паровой поршневой двигатель для перекачивания воды. В этом примитивном устройстве небольшое количество воды помещалось в единственный цилиндр над огнем. Когда вода испарялась, давление пара заставляло поршень подниматься вверх. Затем источник тепла был удален, позволяя пару остыть и конденсироваться. Это создало частичный вакуум (давление ниже атмосферного).Поскольку воздух, расположенный над поршнем, находился под более высоким давлением (при атмосферном давлении), он заставлял поршень опускаться, выполняя работу. Более практичными устройствами, приводимыми в действие паром, были паровой насос, запатентованный в 1698 году английским инженером Томасом Савери, и так называемая атмосферная паровая машина, впервые построенная в 1712 году Томасом Ньюкоменом и Джоном Калли. В двигателе Ньюкомена пар, произведенный в котле, подавался в цилиндр, расположенный непосредственно над котлом. Поршень подтягивался к верхней части цилиндра противовесом.После заполнения цилиндра паром в него вводили воду, в результате чего пар конденсировался. Это уменьшило давление внутри цилиндра и позволило наружному воздуху толкнуть поршень обратно вниз. Рычажный рычаг цепной балки был соединен со штоком насоса, который поднимал плунжер насоса, когда поршень двигался вниз. Некоторые модифицированные двигатели Newcomen находились на вооружении до 1800 года.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц

Шотландский производитель приборов Джеймс Ватт заметил, что использование одной и той же камеры для чередования горячего пара и холодного конденсата приводит к плохому использованию топлива.В 1765 году он изобрел отдельную камеру конденсатора с водяным охлаждением. Он был оборудован насосом для поддержания частичного вакуума, и периодически из цилиндра через клапан подавался пар. Ватт и его деловой партнер Мэтью Бултон продали эти двигатели на том основании, что им выплачивается треть экономии топлива. Затраты на топливо для двигателей Watt и Boulton были на 75 процентов меньше, чем для аналогичного двигателя Newcomen. Среди множества других усовершенствований Ватта был коленчатый вал, который использовался для выработки вращающей силы; использование поршней двустороннего действия, с помощью которых пар поочередно подавался в верхнюю и нижнюю части узла поршень-цилиндр, чтобы почти удвоить выходную мощность данного двигателя; регулятор, регулирующий подачу пара в двигатель; и маховик, который сглаживал рывки цилиндров.Ватт также признал, что использование пара высокого давления в двигателе было бы более экономичным, чем использование пара при внешнем атмосферном давлении. Однако из-за ограничений конструкции котла его двигатели никогда не работали при высоком давлении.

Двигатели были усовершенствованы после разработки котлов, которые могли работать при более высоком давлении. К концу 18 века в употреблении использовались два типа котлов высокого давления: водотрубные и жаротрубные. Их корпуса были сделаны из железных пластин, скрепленных заклепками.В водотрубных котлах вода нагревалась в спиральных или вертикальных трубах, которые проходили через топку и получали тепло от горячих дымовых газов. Пар собирался в верхней части котлов. Эти котлы были предшественниками современных котлов электростанций. В жаротрубных котлах вода поддерживалась в нижней части большой оболочки. Снаряд проходил по большим трубам, по которым продукты сгорания проходили от колосниковых решеток к дымовой трубе. Опять же, пар собирается наверху.

С улучшенной конструкцией котла британский инженер Ричард Тревитик построил вагон с паровым приводом без конденсации в 1801 году и первый паровоз в 1803 году, хотя его котел позже взорвался. В 1829 году Джордж Стефенсон построил свой успешный локомотив Rocket . Это способствовало быстрому развитию железных дорог в Великобритании, а затем и в других странах.

Паровые двигатели судов были успешно опробованы в 1787 году американцем Джоном Фитчем, разместившим пароход на реке Делавэр.В 1807 году американец Роберт Фултон построил пароход с боковыми колесами под названием Clermont . Оснащенный двигателем Watt and Boulton, Fulton Clermont, , который был более успешным с экономической точки зрения, чем усилия Fitch, путешествовал из Нью-Йорка в Олбани, открывая эру пароходов.

Примерно в то же время двигатели без конденсации также разрабатывал американский изобретатель Оливер Эванс. Во многом благодаря инициативе Эванса пар высокого давления стал применяться в Соединенных Штатах гораздо быстрее, чем в Европе, хотя иногда и с катастрофическими результатами.На речном судоходстве в Соединенных Штатах на протяжении большей части начала 1900-х гг. Происходило большое количество взрывов котлов.

Британский изобретатель Артур Вульф признал, что большую мощность можно получить от стационарного двигателя путем компаундирования, то есть путем расширения пара только частично в первом цилиндре, а затем дальнейшего до давления ниже атмосферного во втором цилиндре перед его передачей в конденсатор. По мере того, как давление пара продолжало расти, такие составные двигатели в конечном итоге изменились с двойного на тройное и учетверенное.Самым известным двигателем 19 века был двухцилиндровый двигатель Corliss, представленный Джорджем Корлиссом на выставке столетнего юбилея 1876 года в Филадельфии, штат Пенсильвания. Его цилиндры имели диаметр 40 дюймов (102 сантиметра). Его ход, максимальное расстояние перемещения поршня, составлял 10 футов (3 метра), а диаметр маховика — 30 футов (9 метров). Со скоростью 36 оборотов в минуту двигатель Corliss развивал 1400 лошадиных сил (1044 киловатт) для привода 8000 машин в машинном зале.За десять лет был построен морской двигатель мощностью более 10 000 лошадиных сил (7 460 киловатт). Развитие паровой машины активно продолжалось еще 50 лет.

В 1897 году в Ньютоне, штат Массачусетс, Фрэнсис Э. и Фрилан О. Стэнли построили первые автомобили, которые успешно приводились в движение паровыми двигателями без конденсации. ( см. автомобильный). Эти паровые автомобили были более мощными, чем первые автомобили с бензиновым двигателем. В конечном итоге они использовали давление в котле до 1000 фунтов на квадратный дюйм (6895 килопаскалей).Хотя конденсаторы были добавлены к 1915 году, паровые автомобили вскоре после этого должны были выйти из строя, в основном из-за огромного веса двигателя, его низкой эффективности и постоянной необходимости внимания.

До появления малых электродвигателей паровые двигатели приводили в действие большинство производственных предприятий. Один двигатель, расположенный в центре, подавал мощность на машины с помощью валов, шкивов и ремней. Фермы в США использовали тракторы с паровой тягой. Самоходные молотилки с паровым приводом перемещались с фермы на ферму в период уборки урожая, пока их не заменили агрегаты с бензиновым или дизельным приводом.

Паровые двигатели со временем стали слишком большими, тяжелыми и медленными, чтобы удовлетворить постоянно растущую потребность в большей мощности от одного агрегата. После успешной разработки более мощной и компактной паровой турбины британским инженером Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году и ее применения в морских силовых установках в 1897 году судьба больших паровых двигателей была решена, хотя такие двигатели продолжали производиться в США. Соединенные Штаты во время Второй мировой войны. Растущий спрос на электроэнергию также потребовал более крупных паровых агрегатов на электростанциях.Здесь также паровые турбины заменили паровые двигатели в начале 20 века. Сегодня одна паротурбинная установка может производить более 1 миллиона киловатт электроэнергии.

Как пар производит работу

Можно использовать пример, чтобы показать, как пар производит работу. Если 1 фунт пара испаряется в котле при 450 ° F (232 ° C), чтобы полностью стать паром (насыщенным), то его абсолютное давление будет 422,6 фунта на квадратный дюйм (2914 килопаскалей), а его объем будет равен 1.099 кубических футов (0,031 кубического метра). Если пар идеально расширяется — то есть без трения, охлаждения или других потерь — до атмосферного давления, это приведет к образованию смеси воды и пара, называемой влажным паром, с температурой 212 ° F (100 ° C). и позволяют извлечь 187 170 фут-фунтов (254 килоджоулей) работы. Однако его объем увеличится почти в двадцать раз. С другой стороны, если тот же фунт пара может быть расширен ниже атмосферного давления до 2,0 фунтов на квадратный дюйм (13.8 килопаскалей), то можно извлечь 269 760 фут-фунтов (366 килоджоулей) энергии. Конечная температура составляет 126 ° F (52 ° C), а конечный объем — 129,8 кубических футов (3,65 кубических метров). Хотя в последней ситуации получается больше работы, получение этой дополнительной работы от каждого фунта пара требует использования как конденсатора, работающего при давлении ниже атмосферного, так и источника охлаждения, который заставляет пар конденсироваться обратно в жидкую форму. (Эта вода затем будет закачана обратно в бойлер.) Этот пример иллюстрирует идеальный случай. При фактическом расширении пара, которое включает в себя охлаждение и другие потери, может быть извлечено сравнительно меньше работы, что приводит к несколько иному состоянию выхлопа.

Паровые машины с конденсаторами более эффективны, чем паровые машины без них. Например, в локомотивах пар, выбрасываемый наружу, тратится впустую. Более высокий КПД также возможен, если пар расширяется до более низкой температуры и давления в двигателе. Наиболее эффективная работа — то есть наибольшая производительность работы по отношению к поданному теплу — обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле.Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через перегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхности которых подвергаются воздействию горячих газов в топке котла. Используя пароперегреватели, пар можно нагреть выше температуры, при которой он производится, простым кипячением воды под давлением.

Работа парового двигателя

Encyclopdia Britannica, Inc.

В типичном паровом двигателе пар течет в цилиндре двустороннего действия.Расход может регулироваться одностворчатым D-клапаном. Когда поршень находится в левой части цилиндра, пар под высоким давлением выходит из парового резервуара. В то же время расширенный пар с правой стороны цилиндра выходит через выхлопное отверстие. Когда поршень перемещается вправо, клапан скользит как по выпускным, так и по портам, соединяющим паровой резервуар и цилиндр, предотвращая попадание большего количества пара в цилиндр. Затем пар высокого давления внутри цилиндра расширяется.Расширение пара толкает шток поршня, который обычно соединен с кривошипом для создания вращательного движения. Когда клапан находится в крайнем левом положении, пар из левой части цилиндра выходит в виде выхлопных газов. При этом правая часть цилиндра наполняется свежим паром высокого давления из парового резервуара. Этот пар перемещает поршень влево. Положение скользящего D-клапана можно изменять в зависимости от положения эксцентрикового кривошипа на маховике.

Зубчатая передача клапана играет важную роль в паровозе, поскольку от двигателя требуется широкий диапазон усилий. Если нагрузка на двигатель увеличивается, двигатель будет замедляться. Регулятор двигателя перемещает эксцентрик, чтобы увеличить время, в течение которого пар поступает в цилиндр. По мере поступления большего количества пара мощность двигателя увеличивается. Однако эффективность двигателя снижается, поскольку пар больше не может полностью расширяться.

Хотя D-золотниковый клапан представляет собой простой механизм, давление, оказываемое паром высокого давления на заднюю часть золотникового клапана, вызывает значительные потери на трение и износ.Этого можно избежать, используя отдельные цилиндрические подпружиненные золотниковые клапаны, заключенные в их собственную камеру, как впервые предложил Джордж Корлисс в 1849 году.

Устройства более сложные, чем простой эксцентрик, необходимы, если паровой двигатель должен работать с разными скоростями и загружает так же, как вперед и назад, как и паровоз. Это приводит к сложному расположению рычагов скользящего клапана, известному как клапанный механизм.

Составные двигатели

В простом паровом двигателе расширение пара происходит только в одном цилиндре.В составном двигателе имеется два или более цилиндра увеличивающегося размера для большего расширения пара и большей эффективности. Пар последовательно проходит через эти цилиндры. Первый и самый маленький поршень приводится в действие паром высокого давления. Последующие поршни приводятся в действие паром более низкого давления, выпущенным из предыдущего цилиндра. В каждом цилиндре происходит частичное расширение и падение давления. Поскольку объем пара увеличивается при уменьшении давления, диаметр цилиндров низкого давления должен быть намного больше, чтобы ход двигателя был одинаковым для всех цилиндров.В обычных составных двигателях различные цилиндры установлены рядом и приводят в движение один и тот же коленчатый вал.

Паровые турбины

В основных принципах работы паровых турбин используются две концепции, которые могут использоваться по отдельности или вместе. В импульсной турбине пар расширяется через сопла, так что он достигает высокой скорости. Затем высокоскоростная струя пара низкого давления направляется на лопасти прялки, где кинетическая энергия пара извлекается при выполнении работы.Из турбины выходит только низкоскоростной пар низкого давления.

В реакционной турбине пар расширяется через ряд ступеней, каждая из которых имеет кольцо изогнутых неподвижных лопаток и кольцо изогнутых вращающихся лопастей. Во вращающейся части пар частично расширяется, обеспечивая при этом реактивную силу в тангенциальном направлении для поворота турбинного колеса. Стационарные секции могут допускать некоторое расширение (и увеличение кинетической энергии), но используются в основном для перенаправления пара для входа в следующий вращающийся набор лопастей.В большинстве современных больших паровых турбин пар высокого давления сначала расширяется посредством серии импульсных ступеней — наборов сопел, которые сразу же понижают высокое начальное давление, так что корпус турбины не должен выдерживать высокое давление, создаваемое в котле. Затем следует множество последующих стадий импульса или реакции (20 или более), на каждой из которых пар продолжает расширяться.

Первая турбина реактивного типа была построена героем Александрии в I веке нашей эры.В его эолипиле пар подавался в сферу, которая вращалась, когда пар расширялся через два тангенциально установленных сопла. Эолипил не произвел никакой полезной работы. Лишь в XIX веке были попытки использовать паровые турбины в практических целях. В 1837 году была построена вращающаяся паровая камера с выхлопными соплами для привода хлопкоочистительных машин и дисковых пил. Одноступенчатая импульсная турбина была разработана шведским инженером Карлом Густавом де Лавалем в 1882 году. Более поздняя американская конструкция имела несколько импульсных колес, установленных на одном валу, с соплами, расположенными между каждым колесом.Последующий прогресс в конструкции паровых турбин и котлов позволил использовать более высокие давления и температуры. Эти достижения привели к созданию огромных и эффективных современных машин, которые способны преобразовывать более 40 процентов энергии, имеющейся в топливе, в полезную работу.

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Фред Лэндис, профессор машиностроения, университет Висконсин Милуоки.


В паровой машине допускается наличие пара высокого давления. в узел поршень-цилиндр, совершающий возвратно-поступательное движение. Поскольку пар расширяется до более низкого давления, часть тепловой энергии преобразуется в работу движение поршня. Это движение может быть переведен во вращательное движение коленчатым валом сборка аналогична применяемой в автомобилях. Расширенный пар затем может быть позволено уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар может быть направлен в отдельный аппарат конденсатор при сравнительно низкая температура и давление.Там используется оставшееся тепло. чтобы нагреть воду, которая будет использоваться для получения большего количества пара. Пар обычно поставляется от котла, работающего на угле, масле или природном топливе. газ.

С начала 1900-х годов паровые турбины заменили большинство паровых машин на крупных электростанциях. Турбины эффективнее и мощнее паровых машин. В большинстве областей на смену паровозам пришли более надежные и экономичные. тепловозы.Ранние паровые автомобили были вытеснены легковыми, удобными и прочими автомобилями. мощные бензиновые и дизельные двигатели. Из-за всего этого пар сегодня двигатели обычно считаются музейными экспонатами. Тем не менее, изобретение паровой машины сыграло важную роль в промышленном Революция путем создания общества, менее зависимого от животной силы, водяные колеса и ветряные мельницы.

Разработка парового двигателя

В 1690 году был разработан первый паровой поршневой двигатель. французского физика Дени Папена за перекачку воды.В этой сырой устройство небольшое количество воды было помещено в единственный баллон над огнем. Когда вода испарялась, давление пара заставляло поршень вверх. Затем источник тепла был удален, что позволило пар для охлаждения и конденсации. Это создало частичный вакуум (давление ниже атмосферы). Поскольку воздух, расположенный над поршень находился под более высоким давлением (при атмосферном давлении), он заставит поршень опускаться, выполняя работу. Более практичным устройства, приводимые в действие паром, — паровой насос, запатентованный в 1698 году. английского инженера Томаса Савери и так называемого атмосферного паровой двигатель впервые был построен в 1712 году Томасом Ньюкоменом и Джоном Калли.В двигателе Ньюкомена пар, произведенный в котле, подавался в цилиндр, расположенный непосредственно над котлом. Поршень вытащили к верхней части цилиндра противовесом. После цилиндра был заполнен паром, в него была закачана вода, в результате чего пар для конденсации. Это снизило давление внутри цилиндра. и позволил наружному воздуху толкнуть поршень обратно вниз. Цепная балка рычажная тяга была соединена со штоком насоса, который поднимал насос. поршень, когда поршень двигался вниз.Некоторые модифицированные двигатели Newcomen находились на вооружении еще в 1800 году.

Шотландский производитель инструментов Джеймс Ватт заметил что использование одной и той же камеры для чередования горячего пара и холодного конденсат привел к плохому использованию топлива. В 1765 году он разработал отдельная камера конденсатора с водяным охлаждением. Он был оборудован насос для поддержания частичного вакуума и периодически пар подается из баллона через вентиль. Ватт и его деловой партнер, Мэтью Бултон продал эти двигатели из расчета, что одна треть экономии топлива должны быть выплачены им.Расходы на топливо для Ватта и двигатели Boulton были на 75 процентов меньше, чем у аналогичных Двигатель Ньюкомена. Среди множества других улучшений Ватта был коленчатый вал, который использовался для создания вращающей силы; использование поршней двойного действия, с помощью которых пар поочередно подавался в верхнюю и нижнюю части узла поршень-цилиндр, чтобы почти вдвое больше мощности, чем у данного двигателя; губернатор, который регулировал подачу пара к двигателю; и маховик, который сглаживал рывки цилиндров.Ватт также признал, что использование пара высокого давления в двигателе быть более экономичным, чем использование пара при внешнем атмосферном давлении. Однако из-за ограничений конструкции котла его двигатели никогда не работали при высоких давлениях.

Двигатели были усовершенствованы после разработки. котлов, которые могут работать при более высоком давлении. К концу 18 века два типа котлов высокого давления были в Использование: водотрубные котлы и жаротрубные котлы.Их снаряды были из железных пластин, скрепленных заклепками. В водяной трубе бойлеров, вода нагревалась в змеевиках или вертикальных трубах, которые бежали через топку и получил тепло от горячего горения газы. Пар собирался в верхней части котлов. Эти котлы были предшественниками современных котлов электростанций. В котлы жаротрубные, вода поддерживалась в нижней части большой раковины. Снаряд проходил по большим трубам через продукты сгорания переходили от колосниковых решеток к куча.Опять же, пар собирается наверху.

Благодаря усовершенствованной конструкции котла британский инженер Ричард Тревитик построил вагон с паровым приводом без конденсации. в 1801 г. и первый паровоз в 1803 г., хотя его котел позже взорвался. В 1829 году Джордж Стефенсон построил свой успешный Ракетный тепловоз. Это способствовало быстрому развитию железных дорог. в Великобритании, а затем и в других странах.

Успешно опробованы паровые двигатели кораблей. в 1787 году американцем Джоном Фитчем, разместившим пароход на река Делавэр.В 1807 году американец Роберт Фултон построил Боковой пароход назывался Клермон. Оборудован Watt and Boulton Engine, Fulton’s Clermont, который был более экономичным успешнее, чем усилия Fitch, приехал из Нью-Йорка в Олбани, открывая эру пароходов.

Примерно в то же время двигатели без конденсации также разрабатывается американским изобретателем Оливером Эвансом. Во многом по инициативе Эванса пар высокого давления был внедрен в США гораздо охотнее, чем в Европе, хотя иногда с плачевными результатами.Произошло большое количество взрывов котлов. речное судоходство в Соединенных Штатах на протяжении большей части 1900-е гг.

Британский изобретатель Артур Вульф признал, что больше мощности можно было бы получить от стационарного двигателя путем смешивания то есть за счет частичного расширения пара в первом цилиндре а затем до давления ниже атмосферного во втором баллоне перед подачей в конденсатор. Поскольку давление пара продолжалось чтобы увеличить, такие составные двигатели со временем изменились с двухкомпонентных двигателей. на трех- и четырехкратную рецептуру.Самый известный двигатель из 19 век был представлен двухцилиндровый двигатель Corliss. Джорджа Корлисса на выставке 1876 года в Филадельфии. Его цилиндры имели диаметр 40 дюймов (102 сантиметра). Его ход поршня, максимальное расстояние хода поршня, составляло 10 футов (3 метров), а его маховик имел диаметр 30 футов (9 метров). Превращение при 36 оборотах в минуту двигатель Corliss выдал 1400 лошадиных сил (1044 киловатта) для привода 8000 машин в машиностроении Зал.За десять лет судовой двигатель произвел более 10 000 лошадиных сил (7460 киловатт). Разработка парового двигателя продолжалась активно еще 50 лет.

В 1897 году первые автомобили, успешно управляемые паровые двигатели без конденсации были построены Фрэнсисом Э. и Фрилан О. Стэнли в Ньютоне, штат Массачусетс. Эти паровые автомобили были мощнее первых автомобилей с бензиновым двигателем. Они в конечном итоге использовались котлы с давлением до 1000 фунтов на квадратный метр. дюйм (6895 килопаскалей).Хотя конденсаторы были добавлены 1915 г., паровые автомобили вскоре должны были упасть. в дальнейшем, во многом из-за огромного веса двигателя, низкого КПД, и постоянная потребность во внимании.

До появления малых электродвигателей пар двигатели приводили в действие большинство заводов-производителей. Единый, централизованно расположенный двигатель передавал мощность на машины посредством валов, шкивы и ремни. Фермы в США использовали паровые двигатели. тракторы.Самоходные паровые молотилки переехали от фермы к ферме в течение сезона сбора урожая, пока они не были заменены агрегатами с бензиновым или дизельным двигателем.

Паровые машины со временем стали слишком большими, тяжелыми, и медленно удовлетворяет постоянно растущий спрос на большую мощность от единого блока. После успешного проектирования более мощная и компактная паровая турбина британского инженера Чарльза А. Парсонсом в 1884 г. и его применение к морской силовой установке в 1897 год, судьба больших пароходов была решена, хотя такие двигатели продолжали производиться в Соединенных Штатах через Вторая Мировая Война.Растущий спрос на электроэнергию также вызвал для больших паровых агрегатов на электростанциях. Здесь тоже пар турбины заменили паровые двигатели в начале 20-го века. век. Сегодня из одной паротурбинной установки можно производить более 1 миллиона киловатт электроэнергии.

Как работает пар

На примере можно показать, как пар производит работу. Если 1 фунт пара испаряется в котле при 450 F (232 C), чтобы полностью стать паром (насыщенным), затем его давление будет 422.6 фунтов на квадратный дюйм (2914 килопаскалей) в абсолютном выражении и его объем составит 1,099 куб. фута (0,031 куб. м). Если пар расширяется идеально, то есть без трения, охлаждения, или другие потери до атмосферного давления, это приведет к образованию смеси воды и пара, называемого влажным паром, при температуре 212 F (100 C) и позволяют 187 170 фут-фунтов (254 килоджоулей) работы быть извлеченным. Однако его объем почти увеличится. в двадцать раз. С другой стороны, если тот же фунт пара может быть расширенным ниже атмосферного давления до 2.0 фунтов на квадрат дюйма (13,8 килопаскалей) в абсолютном выражении, затем 269 760 фут-фунтов (366 килоджоулей) энергии. Конечная температура составляет 126 F (52 C), а конечный объем 129,8 кубических футов (3,65 кубических футов). метров). Хотя в последней ситуации получается больше работы, получение этой дополнительной работы с каждого фунта пара требует использование обоих конденсаторов, работающих при давлении ниже атмосферного и источник охлаждения, который заставляет пар конденсироваться обратно в жидкую форму.(Эта вода затем будет закачана обратно в котел.) Этот пример иллюстрирует идеальный случай. Фактически расширение пара, которое влечет за собой охлаждение и другие потери, сравнительно меньше работы может быть извлечено и несколько другое состояние выхлопа Результаты.

Паровые двигатели с конденсаторами более эффективны чем паровые машины без них. Например, в паровозах выброшенный наружу воздух тратится впустую. Более высокая эффективность также возможно, если пар расширяется до более низкой температуры и давления в двигателе.Самая эффективная производительность, лучшая производительность работы по отпущенному теплу обеспечивается с использованием низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через перегреватель. на пути от котла к двигателю. Обычный перегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхности которых подвергаются воздействию горячие газы в топке котла. Используя пароперегреватели, пар может нагреваться выше температуры, при которой он производится просто кипяток под давлением.

Работа парового двигателя

В типичном паровом двигателе пар течет в паровом двигателе двойного действия. цилиндр. Расход может регулироваться одностворчатым D-клапаном. Когда поршень находится в левой части цилиндра, высокое давление пар поступает из парового резервуара. В то же время расширенный пар с правой стороны цилиндра выходит через выпускной порт. При движении поршня вправо клапан скользит как по выпускным отверстиям, так и по портам, соединяющим пар грудь и цилиндр, предотвращая попадание большего количества пара в цилиндр.Затем пар высокого давления внутри цилиндра расширяется. Расширение пара толкает шток поршня, который обычно соединяется к кривошипу, чтобы производить вращательное движение. Когда клапан полностью влево, пар в левой части цилиндр выходит как выхлоп. При этом правая часть цилиндра заполнена свежим паром высокого давления из парового сундука. Этот пар перемещает поршень влево. Положение скользящего клапана D можно изменять в зависимости от положение эксцентрикового кривошипа на маховике.

Зубчатая передача клапана играет важную роль в паровозе. потому что от двигателя требуется широкий диапазон усилий. Если нагрузка на двигатель увеличивается, двигатель будет замедляться вниз. Регулятор двигателя перемещает положение эксцентрика чтобы увеличить время, в течение которого пар допущен к баллону. По мере поступления большего количества пара двигатель выход увеличивается. Однако КПД двигателя снижается, потому что пар больше не может полностью расширяться.

Хотя D-золотниковый клапан представляет собой простой механизм, давление, оказываемое паром высокого давления на заднюю часть золотниковый клапан вызывает значительные потери на трение и износ. Этого можно избежать, если использовать отдельные цилиндрические подпружиненные золотниковые клапаны, заключенные в свою собственную камеру, как было впервые предложено Джорджа Корлисса в 1849 году.

Компоновки посложнее простого эксцентрика необходимы, если паровой двигатель должен работать с разными скоростями и загружает так же, как вперед и назад, как и паровоз.Это приводит к сложному расположению рычагов золотникового клапана, известного как как клапанный редуктор.

Комбинированные двигатели

В простом паровом двигателе расширение пара происходит только в одном цилиндре. В составном двигателе есть два или более цилиндра увеличивающегося размера для большего расширения пара и более высокий КПД. Пар последовательно проходит через эти цилиндры. Первый и самый маленький поршень приводится в действие исходный пар высокого давления.Последующие поршни приводятся в действие паром более низкого давления, выпущенным из предыдущего цилиндра. В каждом цилиндре происходит частичное расширение и падение давления. Поскольку объем пара увеличивается с уменьшением давления, диаметр цилиндров низкого давления должны быть намного больше, если двигатель ход должен быть одинаковым для всех цилиндров. В обычном соединении двигатели различные цилиндры установлены бок о бок и приводят в движение такой же коленвал.

Паровые турбины

В основной работе паровых турбин задействованы два концепции, которые можно использовать как по отдельности, так и вместе.В в импульсной турбине пар расширяется через сопла так, что он достигает высокой скорости. Высокоскоростная струя низкого давления пара направляется на лопасти прялки, где кинетическая энергия пара извлекается при выполнении Работа. Из турбины выходит только низкоскоростной пар низкого давления.

В реакционной турбине пар расширяется через серия ступеней, каждая из которых имеет криволинейное неподвижное кольцо лопасти и кольцо изогнутых вращающихся лопастей.Во вращающейся секции пар частично расширяется, обеспечивая при этом реактивную силу в тангенциальное направление вращения турбинного колеса. Стационарный секции могут допускать некоторое расширение (и увеличение кинетической энергии), но используются в основном для перенаправления пара для входа в следующий вращающийся набор лопастей. В большинстве современных больших паровых турбин пар высокого давления сначала расширяется за счет серии импульсные ступени наборы форсунок, которые сразу понижают высокий начальное давление, чтобы корпус турбины не выдерживал высокое давление в котле.Затем следует многими последующими импульсами или стадиями реакции (20 и более), в каждый из которых пар продолжает расширяться.

Первую реактивную турбину построил Герой. Александрии в 1 веке нашей эры. В его эолипиле пар был подается в сферу, которая вращается, когда пар расширяется через два тангенциально навесные форсунки. Эолипил не произвел никакой полезной работы. Лишь в XIX веке были попытки использовать пар. турбины для практических целей.В 1837 году вращающаяся паровая камера с выхлопными соплами был построен для привода хлопкоочистительных машин и циркулярных пилы. Одноступенчатая импульсная турбина была разработана шведской инженер Карл Густав де Лаваль в 1882 году. Более поздний американский дизайн. имел несколько импульсных колес, установленных на одном валу с соплом секции, расположенные между каждым колесом. Последующие достижения в конструкция паровых турбин и котлов допускает более высокие давления и температуры. Эти достижения привели к огромному и эффективному современные машины, способные переоборудовать более 40 процент энергии, доступной в топливе, в полезную работу.


Источник: Интерактивная энциклопедия Комптона.

Как работает паровой двигатель локомотива

Мухаммад Фадли Мустаффа и Ахмад Лутфи Мохайддин

В этом разделе мы рассмотрим принципы работы паровой машины, используемой в локомотивах. В основном твердое топливо, такое как уголь, сжигается для нагрева воды. Когда он станет достаточно горячим, вода превратится в пар. Давление пара толкает поршни, которые соответственно приводят в движение шестерни и колеса, таким образом перемещая локомотив.

Поток пара и газов

Твердое топливо сжигается на решетке внутри топки. Первичный воздух поступает под решетку и втягивается к топке, в то время как вторичный воздух поступает через дверцу топки. Арка из огнеупорного кирпича удлиняет путь горячих газов от сгорания топлива, чтобы обеспечить полное сгорание. Затем горячие газы по длинным трубам в котле втягиваются в дымовую камеру и выводятся из локомотива из дымовой трубы.

Тепло от топки нагревает воду в котле. Вода также нагревается за счет тепла горячих газов, проходящих по длинным трубам. Когда вода нагревается, она превращается в насыщенный пар, который собирается над водой. Регулирующий клапан, который регулирует прохождение пара к цилиндрам, расположен в куполе. В верхней части котла также есть предохранительные клапаны для выпуска пара, если давление поднимается до опасного уровня.

Насыщенный пар проходит через главный паропровод в коллектор пароперегревателя.Затем он проходит через трубы элемента пароперегревателя в котле, где и нагревается. После выхода из этих труб через коллектор пароперегревателя он станет перегретым паром. Чрезвычайно горячий пар затем проходит через паровые трубы к цилиндрам, где его давление приводит в движение поршни, приводящие в движение колеса локомотива.

В дымовой камере отработанный пар проходит через дымовую трубу в дымовую трубу с высокой скоростью из-за ограниченного отверстия в дымовой трубе. Это создает частичный вакуум в дымовой камере, который обеспечивает всасывание воздуха в топку и гарантирует, что горячие газы выводятся из топки через трубы в котле.

Клапан и поршень рабочие

В паровом двигателе движение клапана гарантирует, что пар поступает в цилиндр и выпускается из него в нужный момент. В типичном цилиндре с двумя портами клапан предназначен для впуска перегретого пара с одного конца и выхода отработанного или отработанного пара с другого. В результате последовательного закрытия и открытия этих отверстий поршень толкается вперед и назад паром высокого давления из котла.Для регулирования движения клапана используется система механического привода клапана, которая обсуждается далее в следующих подразделах.

Чтобы узнать, как клапан влияет на скорость локомотива, мы должны понять несколько терминов, которые используются операторами паровозов и энтузиастами. Перекрытие относится к величине перекрытия между клапаном и портом. В медленно движущихся локомотивах длинный круг на выхлопном отверстии дает время, чтобы пар, захваченный в цилиндре, полностью расширился и толкнул поршень.С другой стороны, на высокоскоростных локомотивах выпускной канал открывается раньше (короткий круг), когда клапан находится в среднем положении, что позволяет пару быстрее выходить. Кроме того, у высокоскоростных локомотивов также есть большой шаг вперед, что означает, что впускное отверстие уже открыто, когда поршень находится в конце своего движения, поэтому давление пара, достаточное для немедленного толкания поршня назад, начинает его следующее движение.

Отсечка обозначает положение поршня в момент, когда клапан закрывает впускное отверстие.Когда двигатель работает интенсивно и медленно, через длинную отсечку пропускается пар на протяжении большей части хода поршня. На быстроходных локомотивах это вызовет противодавление в котле. Чтобы избежать ненужного противодавления, отсечка уменьшается, так что пар поступает только на 20% хода поршня, а оставшаяся часть хода происходит за счет расширения пара высокого давления.

Индикаторная диаграмма, подобная приведенной выше, использовалась инженерами паровозов в эпоху пара для оценки эффективности локомотива в преобразовании энергии пара в полезную мощность при различных скоростях и отключениях.Горизонтальная линия OA показывает давление при входе пара в цилиндр. При отключении давление падает, так как пар расширяется и работает, чтобы толкать поршень. После открытия выпускного отверстия линия меняет направление (CD) на начало обратного хода поршня. Он показывает низкое давление по мере выпуска пара. Линия DE в конце обратного хода регистрирует повышение давления из-за сжатия оставшегося пара после закрытия выпускного отверстия. Когда свежий пар поступает в цилиндр, давление поднимается до точки O, и цикл повторяется.

Система Уолшарта

Клапанный редуктор локомотива позволяет машинисту выбирать отсечку впуска пара и реверсировать локомотивы. Одной из наиболее распространенных систем клапанных редукторов, используемых на локомотивах, построенных в Великобритании, является система Уолшаерта, которая была впервые запатентована в 1844 году бельгийским инженером Эгиде Уолшартсом. Впервые он появился на британской железной дороге в 1878 году. Он не пользовался популярностью в Великобритании до двадцатого века, но сейчас он считается лучшей конструкцией клапанного механизма из-за простоты обслуживания.

В этой системе продольное движение шпинделя клапана зависит от комбинированного движения комбинированного рычага и расширительного звена. Перемещение комбинированного рычага осуществляется крейцкопфом на конце штока поршня. Он соединен с расширительным звеном с помощью радиального стержня. Движение расширительного звена достигается за счет его соединения с эксцентричной дорогой. Другой конец эксцентриковой дорожки, прикрепленный к оси кривошипа, вызвал маятниковое движение расширительного звена.

Регулируя положение радиального стержня в расширительном звене, мы можем регулировать длину хода шпинделя клапана. Это можно сделать, подняв или опустив реверсивную тягу из кабины. Для достижения максимального хода клапана (наибольшая длина отсечки и максимальный впуск пара) радиусный стержень располагается дальше всего от центра расширительного звена. С другой стороны, перемещение радиального стержня вверх и вниз от одной половины расширительного звена изменяет движение локомотива на противоположное.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Как работает паровой двигатель



Наиболее ценной характеристикой пара является то, что в кипящем газообразном состоянии он занимает в 1700 раз больше объема, чем в жидкой водной форме (при атмосферном давлении в одну атмосферу). Машины времен греков использовали свойства пара для создания движения. Томас Ньюкомен, однако, стал первым изобретателем, который использовал силу пара с поршневым двигателем в 1712 году. Известный как «атмосферный двигатель», он использовал конденсацию пара для создания рабочего такта с вакуумным приводом.Вскоре пар начал заменять водяное колесо, что позволило строить фабрики вдали от рек. Именно это расширение способствовало промышленной революции.

Вскоре были разработаны паровые машины высокого давления, в которых использовался расширяющийся пар, а не конденсирующийся, для создания более мощных и вдвойне эффективных машин. Сложность и разнообразие конструкций паровых машин стремительно росли. Вскоре двигатели различных размеров и форм стали использоваться для выполнения небольших задач, таких как сбивание масла в фермерских домах, проталкивание и протягивание механических рычагов через нефтяные месторождения Пенсильвании и создание какофонии заводов с ременным приводом по всему миру.

Многие океанские лайнеры были оснащены большими морскими паровыми двигателями не только из-за их высокой надежности, но и из-за их большого КПД. Двигатели двойного и тройного расширения заставляли расширяться пар через ряд поршней, прежде чем в конечном итоге выпустить газ, выжимая каждую унцию энергии из своего топлива и позволяя проходить через несколько океанов одновременно.

Мощность, а не эффективность была целью большинства паровозов. Самая большая модель парового двигателя Union Pacific, получившая название Big Boy, развивала мощность 6000 лошадиных сил и имела максимальное тяговое усилие 135 000 фунтов.Перед окончанием Второй мировой войны и паровоз LNER Class A4 4468 Mallard, и паровоз Milwaukee Road Class F7 достигли скорости 125 миль в час! Пожалуй, одним из самых удивительных примеров работающего парового двигателя сегодня является локомотив «Королева фей», построенный в 1855 году и до сих пор перевозящий пассажиров.

Хотя электродвигатели существовали в начале 19 века, пройдет более века, прежде чем электродвигатели смогут победить паровоз.Секрет успеха паровых двигателей заключался в их огромном источнике энергии. Любое топливо, которое можно было использовать для создания тепла и преобразования воды в пар, можно было использовать для питания парового двигателя. Именно это качество позволяет нам и дальше производить большую часть нашей энергии с помощью современных паровых турбин. Все, от нефти до атомной энергетики, можно использовать для превращения воды в пар и выработки электроэнергии. По этой причине мы, вероятно, никогда не увидим конца эпохи пара.

МАГАЗИН ВСЕХ ПАРОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Паровой двигатель — Academic Kids

От академических детей

Паровая машина — это тепловая машина, которая использует тепловую энергию пара, преобразуя ее в механическую работу.Паровые двигатели использовались в насосах, локомотивах и пароходах и сыграли важную роль в промышленной революции. Они до сих пор используются для выработки электроэнергии с помощью паровой турбины.

Паровой машине нужен котел для кипячения воды для производства пара под давлением. Можно использовать любой источник тепла, но наиболее распространенным является дровяной или угольный огонь. Все, что можно сжечь, можно использовать в качестве топлива для огня: бумагу, мусор, отработанное картерное масло, измельченные кукурузные початки, навоз, природный газ, бензин, крепкий спирт, сухую траву, сено, сухие сорняки и т. Д.Пар расширяется и наталкивается на поршень или турбину, движение которых выполняет работу по вращению колес.

Изобретение

промышленная машина паровая пожарная машина sutherland. Изображение предоставлено Classroom Clip Art ( http://classroomclipart.com )

Первое паровое устройство, aeolipile , было изобретено греком Героном Александрийским в I веке нашей эры, но использовалось только в качестве игрушки.

Дени Папен, французский физик, построил работающую модель паровой машины после наблюдения пара, выходящего из его скороварки, примерно в 1679 году.Сэр Сэмюэл Морланд также разработал идеи парового двигателя в тот же период. Первые промышленные паровые машины были разработаны Томасом Савери (1698 г.), Томасом Ньюкоменом (1712 г.) и Джеймсом Ваттом (1769 г.), каждый из которых вносил новые усовершенствования. В 1807 году Роберт Фултон использовал паровой двигатель для привода первого коммерчески успешного парохода.

Ранние двигатели работали за счет вакуума конденсирующегося пара, тогда как более поздние типы (например, паровозы) использовали мощность расширяющегося пара.

Использование и развитие

Первые промышленные применения вакуумных двигателей были в откачке воды из глубоких шахт.Двигатель Ньюкомена работал путем впуска пара в рабочую камеру, закрытия клапана и затем впуска струи холодной воды. Водяной пар конденсируется в гораздо меньший объем воды, создавая в камере вакуум. Атмосферное давление, действующее на стороне, противоположной поршню, толкает поршень в верхнюю часть камеры. В насосах шахтного вала поршень был соединен с рабочим штоком, который опускал вал в камеру насоса. Колебания рабочего штока передаются поршню насоса, который перемещает воду через обратные клапаны к верхней части вала.

Первым значительным усовершенствованием стало создание отдельной камеры конденсации с клапаном между рабочей камерой и камерой конденсации. Это улучшение было обнаружено в Бирмингеме, Англия, Джеймсом Ваттом, членом Лунного общества. Его открытие и его разработка повысили эффективность двигателя. Следующим усовершенствованием стала замена клапанов с ручным управлением на клапаны, управляемые самим двигателем.

Такие ранние вакуумные или конденсационные двигатели сильно ограничены по своей эффективности, но они относительно безопасны, поскольку пар находится под очень низким давлением, и структурный отказ двигателя будет происходить из-за внутреннего коллапса, а не взрыва наружу.Их мощность ограничена давлением окружающего воздуха, перемещением рабочей камеры, скоростью сгорания и испарения, а также емкостью конденсатора. Максимальная теоретическая эффективность ограничена относительно низкой температурой кипения воды при давлении, близком к атмосферному (100 ° по Цельсию, 212 ° по Фаренгейту). Дальнейшее повышение эффективности произошло с использованием сжатого пара, который использует гораздо большее давление, но, что более важно (с термодинамической точки зрения), работает при более высоком перепаде температур.Но с этим дополнительным давлением возникла большая опасность и множество бедствий из-за взрыва котлов и оборудования. Самым важным усовершенствованием на этом этапе стал предохранительный клапан, сбрасывающий избыточное давление. Надежная и безопасная эксплуатация возможна только при наличии большого опыта и кодификации процедур строительства, эксплуатации и технического обслуживания. Шаблон:-

Технологии

Котлы

Котлы

бывают двух типов:

  • Пожаротрубная конструкция типична для ранних морских установок для лодок и кораблей, а также для котлов паровозов.В жаротрубном котле горячие газы из топки (камеры сгорания) проходят через трубы, соединяющие перфорированные концевые пластины. Затем газы поступают в дымовую камеру или дымовую трубу и проходят в дымовую трубу. Котел может быть вертикальным или горизонтальным. В качестве примера вертикального котла этого типа рассмотрим котел в небольшом речном судне, который использовался в фильме «Африканская королева». Этот тип также используется в некоторых котлах, которые вырабатывают пар для парового отопления здания, а также в паровых экскаваторах.Локомотивы и ранние корабли использовали горизонтальную ориентацию, а ранние корабли обычно требовали высокой дымовой трубы для обеспечения тяги, не имея вентилятора для обеспечения принудительной тяги. В паровозе тяга обычно увеличивается при запуске за счет направления выхлопного пара через дымовую трубу, которая создает частичный вакуум.
  • В водотрубном бойлере вода нагревается в нескольких трубах, контактирующих с горячими газами. Трубки присоединяются к камере паросборника вверху.Существенным преимуществом этого типа является меньшая вероятность катастрофического отказа, поскольку в котле мало воды и отсутствуют крупные механические элементы, которые могут выйти из строя. Могут быть дополнительные трубы над коллектором в верхней части выхода горячего газа — это устройство, называемое перегревателем, обеспечивает дополнительную температуру (и, следовательно, давление) и увеличивает тепловой КПД всего механизма. Пароперегреватели также использовались в некоторых более поздних версиях паровоза.

Есть еще одно разделение между котлами: естественная вытяжка, которой почти все они являются, и котлы с наддувом, или котлы, работающие под давлением. Эта технология, эквивалентная наддуву для двигателя внутреннего сгорания, была разработана немцами и приобретена ВМС США для использования на некоторых фрегатах, построенных после Второй мировой войны. В нем используется вентилятор для увеличения скорости горения; котел должен быть сконструирован так, чтобы отдавать дополнительное тепло воде. Двигатель, использующий этот тип котла, имеет самое большое ускорение с места для любой морской силовой установки.

Двигатели

Паровые двигатели высокого давления бывают различных типов, но большинство из них являются поршневыми или турбинными.

Поршневой

двойного действия

После разработки технологии подачи пара под давлением, следующим крупным достижением стало использование поршней двойного действия, при которых пар под давлением поступает поочередно с каждой стороны, в то время как другая сторона выпускается в атмосферу или в конденсатор. В настоящее время в большинстве поршневых двигателей используется эта технология.Мощность снимается скользящей штангой, защищенной от выхода пара. Этот стержень, в свою очередь, приводит в движение (через подшипник скольжения крейцкопфа) шатун, соединенный с кривошипом, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Дополнительный кривошип или эксцентрик используется для приведения в действие шестерни клапана, обычно через реверсивный механизм, чтобы обеспечить реверсирование вращательного движения.

При использовании пары поршней двойного действия их фаза кривошипа смещена на угол 90 градусов; это называется квотирование .Это гарантирует, что двигатель всегда будет работать, независимо от того, в каком положении находится кривошип.

На некоторых паромах использовался только один поршень двустороннего действия, приводящий в движение гребные колеса с каждой стороны за счет соединения с верхним коромыслом. При остановке такого двигателя было важно, чтобы поршень находился вдали от крайних пределов своего хода, чтобы его можно было легко запустить снова.

Многократное расширение

В другом типе используется несколько (обычно три) цилиндра одностороннего действия с постепенно увеличивающимся диаметром и ходом (и, следовательно, объемом).

Пар высокого давления из котла используется для приведения в движение поршня первого и наименьшего диаметра вниз. Во время хода вверх частично расширенный пар направляется во второй цилиндр, который начинает ход вниз. Этим достигается дальнейшее расширение выхлопа относительно высокого давления из первой камеры. Точно так же промежуточная камера выходит в последнюю камеру, которая, в свою очередь, выходит в конденсатор.

На изображении справа показана модель такого двигателя.Пар проходит через двигатель слева направо. Клапанная коробка для каждого из первых двух цилиндров находится слева от соответствующего цилиндра, а для третьего — справа.

Одна из модификаций двигателя тройного расширения заключается в использовании двух меньших поршней, сумма которых равна площади третьего поршня, для его замены. Это приводит к более сбалансированному узлу, состоящему из четырех поршней, расположенных V-образно.

Разработка этого типа двигателя была важна для его использования на пароходах, поскольку конденсатор, забирая небольшую часть энергии, превращал пар обратно в воду для его повторного использования в котле.Наземные паровые машины могли выпускать большую часть своего пара и пополняться из пресноводной башни, но в море это было невозможно. Этот вид двигателей преобладал в торговом флоте до и во время Второй мировой войны. Он даже использовался на военных кораблях до HMS Dreadnought 1905 года.

Uniflow

Другой тип поршневой паровой машины — это «однопоточный» тип . В нем клапаны (которые действуют аналогично тем, которые используются в двигателях внутреннего сгорания) приводятся в действие кулачками.Впускные клапаны открываются для впуска пара, когда минимальный объем расширения достигается в верхней части хода. На период цикла кривошипа впускается пар, а затем вход тарельчатого клапана закрывается, что позволяет продолжать расширение пара во время хода вниз. Ближе к нижней части хода поршень откроет выпускные отверстия сбоку цилиндрической камеры. Эти порты соединены коллектором и трубопроводом с конденсатором, что снижает давление в камере до уровня ниже атмосферного.Продолжительное вращение кривошипа перемещает поршень вверх. Двигатели этого типа всегда имеют несколько цилиндров, расположенных рядно, и могут быть одностороннего или двустороннего действия. Особым преимуществом этого типа является то, что клапаны могут работать под действием нескольких распределительных валов, и, изменяя относительную фазу этих распределительных валов, количество впускаемого пара может быть увеличено для высокого крутящего момента на низкой скорости и может быть уменьшено на крейсерской скорости. для экономии работы, а также путем изменения абсолютной фазы можно изменить направление вращения двигателя.Однопоточная конструкция также поддерживает постоянный градиент температуры через цилиндр, избегая прохождения горячего и холодного пара через один и тот же конец цилиндра. (Концепция однопоточного двигателя также используется в двухтактных дизельных двигателях с наддувом, используемых для судовых, локомотивных и стационарных применений. Такие дизели не нуждаются в функции экономайзера и используют более простой скользящий распределительный вал для реверсирования.)

Тип турбины

В паровых турбинах для приложений большой мощности будет использоваться ряд вращающихся дисков с лопастями типа пропеллера на их внешнем крае.Эти движущиеся диски «ротор» чередуются со стационарными лопастными кольцами «статора» , прикрепленными к корпусу турбины, которые служат для перенаправления потока пара на следующую ступень. Из-за высокой скорости работы такие турбины обычно соединяются с редуктором для приведения в действие другого механизма, такого как гребной винт корабля. Паровые турбины более долговечны, работают более плавно и требуют гораздо меньшего обслуживания, чем поршневые двигатели. Было изготовлено ограниченное количество паровозов по турбинной технологии.В то время как эти двигатели имели типичные штоки, соединяющие ведущие колеса, у них не было ни приводных штоков, ни цилиндров, ни звеньев клапанов, ни реверсивной передачи, что казалось большинству наблюдателей странно неполным. (Этот локомотив был смоделирован Лайонелом, но оказался непопулярным из-за его простого внешнего вида — моделисты предпочитали сложность и захватывающее движение более традиционных типов).

Поворотный тип

Квазитурбина — это новейшая концепция роторного парового двигателя, механическая концепция которого также применима в качестве двигателя внутреннего сгорания.

Паровые автомобили


Николя-Жозеф Кугно продемонстрировал первую работоспособную самоходную паровую машину, свою «паровую повозку», в 1769 году. Возможно, это был первый автомобиль. Хотя самоходный паровой трактор в целом не имел успеха в качестве транспортного средства, он оказался очень полезным в качестве автономного мобильного источника энергии для привода другой сельскохозяйственной техники, такой как молотилки для зерна или пресс-подборщики сена.

Автомобили с паровыми двигателями продолжали конкурировать с другими двигательными системами в первые десятилетия 20-го века.Однако паровые двигатели менее популярны в автомобилях, которые обычно приводятся в действие двигателями внутреннего сгорания. Пару требуется не менее тридцати секунд (в паровом котле) или около того, чтобы развить давление.

21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Pen-y-Darren в Уэльсе был продемонстрирован первый самоходный железнодорожный паровоз или паровоз, построенный Ричардом Тревитиком.

Преимущества

Сила паровой машины для современных целей заключается в ее способности преобразовывать тепло практически любого источника в механическую работу.В отличие от двигателя внутреннего сгорания, паровой двигатель не требует особого внимания к источнику тепла. В частности, без использования парового двигателя ядерную энергию нельзя было бы использовать для полезной работы, поскольку ядерный реактор не генерирует напрямую ни механическую работу, ни электрическую энергию — сам реактор просто нагревает воду. Именно паровая машина превращает тепловую энергию в полезную работу. Пар также может производиться без сжигания топлива через солнечные концентраторы. Была построена демонстрационная электростанция с использованием центральной коллекторной башни и большого количества солнечных зеркал (так называемых гелиостатов).

Подобные преимущества обнаруживаются в другом типе двигателя внешнего сгорания, двигателе Стирлинга, который обеспечивает эффективную мощность в компактном двигателе, но который трудно эксплуатировать в широком диапазоне рабочих условий, трудности, которые легко решаются современными специалистами. гибридный автомобиль.

Паровозы особенно выгодны на больших высотах, поскольку на них не особенно негативно влияет более низкое атмосферное давление. Это было случайно обнаружено, когда паровые двигатели, работавшие на больших высотах в горах Южной Америки, были заменены дизель-электрическими двигателями эквивалентной мощности на уровне моря.Их быстро заменили гораздо более мощные локомотивы, способные производить достаточную мощность на больших высотах.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и Австрии (Schafberg Bahn) новые реечные паровозы оказались очень успешными. Они были разработаны на основе дизайна 1930-х годов Швейцарского локомотивно-механического завода (SLM), но со всеми возможными современными улучшениями, такими как роликовые подшипники, теплоизоляция, сжигание дизельного топлива, улучшенная внутренняя обтекаемость, управление одним человеком и так далее. Это привело к снижению расхода топлива на одного пассажира на 60 процентов и значительному снижению затрат на техническое обслуживание и погрузочно-разгрузочные работы.Экономика сейчас такая же или лучше, чем у большинства современных дизельных или электрических систем. Кроме того, паровой поезд с аналогичной скоростью и мощностью на 50 процентов легче, чем электрический или дизельный поезд, что, особенно на зубчатых железных дорогах, значительно снижает износ пути. Также был спроектирован и построен новый паровой двигатель для гребного парохода на Женевском озере «Монтрё» — первый в мире корабельный паровой двигатель с электронным дистанционным управлением. Паровая группа SLM в 2000 году создала полностью принадлежащую ей компанию DLM для разработки современных паровых двигателей и паровозов.

Эффективность

Очевидно, что никакой двигатель на чистом тепле не может быть более эффективным, чем цикл Карно, где эффективность зависит от разницы температур. Следовательно, паровые двигатели в идеале должны работать при максимально возможной температуре пара и выделять отходящее тепло при минимально возможной температуре.

На практике паровой двигатель, выбрасывающий пар в атмосферу, будет иметь КПД (включая котел) 5%, но с добавлением конденсатора КПД значительно повышается до 25% или выше.Электростанция с подогревом выхлопных газов и т. Д. Будет иметь КПД 30%. Комбинированный цикл, в котором горящий материал сначала используется для привода газовой турбины, может обеспечить КПД 60%, а когенерация, в которой остаточный пар используется для нагрева, может обеспечить КПД до 90%; превосходство цикла Карно с комфортным отрывом.

Одним из источников неэффективности является то, что конденсатор вызывает потери из-за того, что он несколько горячее, чем внешний мир, хотя это можно уменьшить, конденсируя пар в теплообменнике и используя рекуперированное тепло, например, для предварительного нагрева воздуха. используется в горелке двигателя внешнего сгорания.

Работа только части двигателя не зависит от пара; может использоваться любой сжатый газ. Сжатый воздух иногда используется для тестирования или демонстрации небольших моделей «паровых» двигателей.

См. Также

Паровая школа

: Найдите необходимую паровую тренировку с помощью нашего списка курсов — Farm Collector

Паровые тяговые двигатели претендуют не только на большое физическое присутствие
, но и на обширное наследие в сельском хозяйстве
, повышающее производительность и открывающее путь для сельское хозяйство
сегодня.Но когда бензиновые тракторы начали восхождение к господству, пар
медленно ушел в безвестность. С ним также ушла большая часть знаний и опыта
, необходимых для овладения таким чудовищем, как машина
. Однако несколько организаций по всей стране работают над тем, чтобы
сохранил эту часть истории — проводя ежегодные паровые школы.
Посмотрите эти списки, чтобы найти ближайшую к вам паровую школу в
2009.

МАЙ

Rough & Tumble Steam School — ПОЛНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Rough & Tumble Engineers Historical Assn.

Kinzers, Pa.

16 мая и 30 мая

Стоимость обучения: $ 60

Набор

ограничен участниками Rough & Tumble и
первыми 22 заявителями. В стоимость обучения включены все материалы. В курсе
особое внимание уделяется безопасности, техническому обслуживанию, эксплуатации и практическому опыту
.

Классное время составляет половину первого дня, а оставшееся время
посвящено практическим занятиям, включая уборку,
осмотр, техническое обслуживание и эксплуатацию. Студенты
познакомятся с эксплуатацией железнодорожных локомотивов и паровых катков.

Для получения дополнительной информации:
Джон Джонсон
(717) 442-4249
электронная почта: [email protected]
www.roughandtumble.org

9-я ежегодная школа Steam

Threshermen центральных штатов

Понтиак, Иллинойс

16-17 мая

Стоимость обучения: $ 40

Threshermen’s Park, в двух милях к северу от межштатной автомагистрали №55 на трассе
23. Требуется регистрация, количество участников ограничено 50. Занятия начинаются в 8

.

Для получения дополнительной информации:
David Schott
620 S.Vermillion St.
Pontiac, IL 61764
(815) 842-3129
эл. Почта: [email protected]
www.threshermensreunion.org

9-я ежегодная школа Steam

Парк наследия Северной Айовы

Форест-Сити, Айова

16-17 мая

Стоимость обучения: $ 25

Это класс для начинающих. Стоимость обучения покрывает стоимость обедов
и раздаточного материала на оба дня. Основное внимание в классе уделяется типам котлов, основной работе котла
, предохранительным устройствам, надлежащему запуску котла и процедурам отключения
, использованию форсунок и насосов, нагнетанию наддува
, розжигу котла под нагрузкой, поддержанию постоянного давления пара
, и как действовать в аварийных ситуациях.

Темы

, посвященные паровому двигателю, включают основные операции парового двигателя,
запуск и остановку двигателя, принцип работы клапанного механизма и регулятора парового двигателя
, а также способы смазки двигателя и трансмиссии
. Под руководством инструктора студенты выполнят парообразование
и получат возможность управлять несколькими паровыми тяговыми двигателями
.

По окончании занятия заинтересованные студенты могут сдать экзамен
по образцу теста Миннесотского инженера-любителя.

На веб-сайте Heritage Park есть регистрационная информация и самая последняя и полная информация о классе
.

Для получения дополнительной информации:
Джерред Рубль, директор выставок
Парк наследия в Северной Айове
754 342-я улица
Хэнлонтаун, Айова 50444
(641) 797-2697
эл. наследиеparkofnorthiowa.com

Знаете паровую школу, не указанную здесь? Расскажите нам об этом, и мы сможем включить его в список
в следующем году.

Фермерский коллектор
1503 S.W. 42nd St.
Topeka, KS 66609
эл. Почта: [email protected]

Персонал парового двигателя

A знает любой стоящий пароход,
— ничто иное, как опыт, за исключением, пожалуй, небольшого образования
.Старожилы тоже оценили этот факт, организовав
паровую школу, чтобы помочь подготовить яркие умы, готовые к работе в области
, с использованием того, что на тот момент было самым современным оборудованием. Тогда это был приоритет
, и он остается приоритетом сегодня.

Наш список составлен на основе информации, присланной читателями и
через контакты со школами, которые работали в предыдущие
годы. Таким образом, могут быть школы, которые мы не указали, и мы,
, призываем читателей сообщать нам обо всех школах, которые мы не перечислили.

Если вам известна школа, не указанная здесь,
свяжитесь с нами по адресу Steam Traction, 1503 S.W. 42-я улица, Топика, КС 66609;
электронная почта: [email protected]

S TEAM
S CHOOL

Carriage Hill Farm Metropark
Дейтон, Огайо
3-6 апреля

Стоимость составляет 175 долларов и включает все материалы и обеды. Размер класса
ограничен до 40 участников.

Аккредитован Историческим паровым советом штата Огайо для проведения обучения
, необходимого для получения лицензии исторического оператора котла
.

Курс будет охватывать все аспекты новых исторических законов штата Огайо о котлах
, а также правильный и безопасный способ эксплуатации наших котлов.
В оба уик-энда будут «горячие» двигатели с большим количеством практических занятий
. В последнее воскресенье вы пройдете тест Carriage Hill steam
, и в случае успеха вам выдадут сертификат, который испытательный центр
Ohio примет в качестве доказательства обучения. Штат
инспекторов котлов Огайо также будет присутствовать, чтобы управлять испытанием штата
для тех, кто заинтересован.

Для получения дополнительной информации и формы заявки обращайтесь:

Ник Кримм
Carriage Hill Farm Metropark Steam Group
7600 Shull Road
Huber Heights, OH 45424
электронная почта: [email protected]

11 TH A NNUAL
S OMERSET S TEAM
S CHOOL

Somerset Steam and Gas Engine Assn.
Сомерсет, Вирджиния.
12–13 апреля 2008 г.

Молочная ферма Fairfield View.Стоимость 75 долларов, требуется регистрация
. Включает все материалы и два обеда.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Билла Робертса
14375 Blue Ridge Turnpike
P.O. Box 492
Somerset, VA 22972
(540) 672-2495
электронная почта: [email protected]
www.somersetsteamandgas.org

O LD T HRESHERS
R EUNION S TEAM
S CHOOL

Midwest Old Threshers
Mt.Плезант, Айова
2-4 мая 2008 г.

Требуется регистрация. Стоимость обучения составляет 30 долларов, включая материалы
и двухразовое питание. Акцент на классе и практическом опыте.
Первый день состоит из классной работы со слайдами, видео и
дискуссий. Второй день — практическая операция.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Terry McWilliams
Связи с общественностью и маркетинг
405 E. Threshers Road
Mt. Pleasant, IA 52641
(319) 385-8937
электронная почта: info @ oldthreshers.org
www.oldthreshers.com

8 TH A NNUAL
S TEAM S CHOOL

Парк наследия Северной Айовы
Форест-Сити, Айова
17-18 мая 2008 г.

Стоимость обучения составляет 25 долларов, что покрывает стоимость обедов и раздаточных материалов
на оба дня. Это класс для новичков. Основное внимание в классе уделяется типу котлов
, основной работе котла, предохранительным устройствам, надлежащим процедурам запуска и останова котла
, использованию форсунок и насосов
, индукции принудительной тяги, розжигу котла под нагрузкой, поддержанию постоянного давления пара
и способам для работы в аварийных ситуациях.

Темы

Паровой двигатель будут включать основные операции парового двигателя
, запуск и остановку двигателя, принцип работы клапанного механизма,
, как работает регулятор парового двигателя и как смазать двигатель
и трансмиссию. Под руководством инструкторов студенты
подготовятся к работе и получат возможность получить практический опыт эксплуатации
нескольких паровых тяговых двигателей.

В конце урока заинтересованным ученикам предлагается пройти тест по образцу Миннесотского теста инженера-любителя
.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Джерред Рубль, директор выставок
Проект «Парк наследия в Северной Айове»
754 342-я улица
Хэнлонтаун, ИА 50444
(641) 797-2697
электронная почта: [email protected]
www.heritageparkofnorthiowa.com

8 TH A NNUAL
S TEAM S CHOOL

Молотьи в Центральных штатах
Pontiac, Ill.
17-18 мая 2008 г.

Threshermen’s Park, в двух милях к северу от межштатной автомагистрали №55 на шоссе
23.Требуется регистрация. Стоимость обучения 40 долларов, набор ограничен
50.

Начало занятий в 8.00

За дополнительной информацией обращайтесь:

David Schott
620 S. Vermillion St.
Pontiac, IL 61764
(815) 842-3129
электронная почта: [email protected]
http://www.threshermensreunion.org

R OUGH & T UMBLE
S TEAM S CHOOL

Rough & Tumble Engineers Historical Assn.
Кинзерс, Пенсильвания
17 и 31 мая 2008 г.

Стоимость обучения 60 долларов, включая все материалы. Набор ограничен
участниками Rough & Tumble только для первых 24 заявителей. Приложения
доступны на сайте www.roughandtumble.org. Особое внимание уделяется безопасности, техническому обслуживанию, эксплуатации и практическому опыту
.

Время занятий ограничено половиной первого дня, а оставшееся время
посвящено практическим занятиям, включая очистку, осмотр,
техническое обслуживание и эксплуатацию.Студенты познакомятся с управлением
железнодорожным локомотивом и паровым катком.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Джон Джонсон
(717) 442-4249
электронная почта: [email protected]

S TEAM T RACTION
E NGINEERING C OURSE

University of Rollag
Steamer Hill, Rollag, Minn.
14-15 июня 2008 г.

Суббота, с 8 до 17; Воскресенье, с 8:30 до 16:00.м. Стоимость обучения составляет
50 долларов США, учебники включены в стоимость обучения. Крайний срок обучения —
15 апреля 2008 г., включая книги и некоторые обеды. Не существует требований к курсу
или возрастных ограничений, за исключением лиц
, желающих получить лицензию на паровую тягу в Миннесоте, которым должно быть
18 лет и старше. Регистрируйтесь рано, класс обычно заполняется к 9 081 января.

Упор на обучение в классе и практическое обучение. Более 12
паровых тяговых двигателей, от двух до трех миниатюрных, от трех до четырех
стационарных и полноразмерный железнодорожный локомотив
будут доступны для обучения студентов.Курс рассчитан на 16 часов из 25
, необходимых для сдачи экзамена «Миннесотские инженеры по тяговым машинам», также известного как «
» как «лицензия для хобби». Этот курс также одобрен Огайо для получения лицензии
.

За дополнительной информацией обращайтесь:

University of Rollag
Tom Hall
Box 999
Moorhead, MN 56561
(218) 233-1771

S TEAM
S CHOOL

Wisconsin Historical Steam Engine Assn. Inc.
Эдгертон, Висконсин.
26-28 сентября 2008 г.

Шоу Рок Ривер Трэшери. Требуется регистрация
с лимитом 50 студентов. Стоимость составляет 50 долларов, включая учебник, руководство по паровому двигателю
Case, контрольный список для инженеров паровой тяги
и обед в субботу и воскресенье. Урок начинается в пятницу 9 0081 вечером.

Охватываемые темы: теория пара, конструкция котла,
эксплуатация и техническое обслуживание, компоненты парового двигателя, трубопроводы, клапаны
и аксессуары, подготовка двигателя к запуску пара, реагирование на
аварийные ситуации и очистка воды.Для практического обучения у нас будут паровые двигатели
. Будет предложен тест ASOPE, но не обязательно
за плату в 55 долларов.

За дополнительной информацией обращайтесь:

Wisconsin Historical Steam Engine Assn. Steam School
Джефф Блумерс
W. 4597 County Road F
Waldo, WI 53093
(920) 564-6292
электронная почта: [email protected]

P AWNEE S TEAM
S CHOOL 2008

Оклахома Паровой молоток и газовый двигатель Assn.
Будет объявлено дополнительно

Стоимость обучения составляет 25 долларов США, включая двухразовое питание. Требуется регистрация и предоплата
, количество участников ограничено. Акцент на паровые основы
и безопасность, ремонт и обслуживание, устранение неисправностей конструкции котла
, мягких заглушек, форсунок, водопровода и очистки котловой воды
. Покрою много других тем.

Для получения дополнительной информации посетите: www.OklahomaThreshers.org

Если вам известна школа, которой нет в списке, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону
: Steam Traction 1503 S.W. 42nd St., Topeka, KS
66609; электронная почта: [email protected]

Главная & nbsp / & nbsp Паровая тяга & nbsp / & nbsp ПАРОВЫЕ ШКОЛЫ

Персоналом

Паровые школы работают с нами со времен расцвета паровых тяговых двигателей
.Безопасная и грамотная эксплуатация паровых тяговых двигателей
была приоритетом, когда паровые двигатели управляли сельскохозяйственным ландшафтом
100 лет назад, и до сих пор остается приоритетом
.

В то время как движки, которые мы запускаем в наши дни, видят только часть работы
, для которой они были разработаны, мы все знаем, что быть на вершине нашей игры
— это то, что поддерживает наше хобби. И чтобы помочь нам оставаться свежими,
организация по всей стране проводит специальные паровые школы каждые
год.

По привычке мы составили список из
известных паровых школ на предстоящий год.Как и в прошлом, эти
список составлен на основе информации, отправленной читателями, и
звонков в школы, которые работали в предыдущие годы. Как и всегда,
, мы с нетерпением ждем еще одного веселого и безопасного года —
год варки на пару.

На фотографии выше из августовского номера журнала за 1909 год. На американском автомобиле
Thresherman,
показан выпускной класс 1909 года в Школе тягового машиностроения Fargo,
S.D. Не меньшее светило, чем легендарный
Prof. P.F. Роуз раздал дипломы выпускному классу
года, в котором было более 100 человек.

Если вам известна школа, не указанная здесь,
свяжитесь с нами по телефону:
Steam Traction, 1503 S.W.
42nd St., Topeka, KS 66609 e-mail:
[email protected]

Парк метро Carriage Hill Farm

Steam School Дейтон, Огайо, 25-27 февраля и 11-13 марта 2005 г.

Стоимость составляет 175 долларов и включает все материалы и обеды. Размер класса
ограничен до 40 участников.

Аккредитован Историческим паровым советом штата Огайо для проведения обучения
, необходимого для получения лицензии исторического оператора котла
.Вечерние занятия в пятницу начнутся в 18:00. до 21:00, по субботам и воскресеньям —
с 8:00 до 16:00. Класс
будет охватывать все аспекты новых исторических законов Огайо о котлах, а также
как правильный и безопасный способ эксплуатации наших котлов. В оба уик-энда будет
«горячих» двигателей, и у них будет много времени для работы.
В последнее воскресенье вы пройдете паровой тест Carriage Hill,
, и в случае успеха вы получите сертификат, который испытательный центр Огайо
примет в качестве доказательства обучения.Инспекторы бойлеров штата Огайо
также будут присутствовать для проведения теста штата
тем, кто заинтересован.

Для получения дополнительной информации и формы заявки обращайтесь:
Ник Кримм
Carriage Hill Farm Metro park Steam Group, 7600 Shull Road, Huber
Heights, OH 45424
электронная почта: [email protected]

Old Threshers Reunion

Паровая школа на горе Плезант Маунт Плезант, Айова, 23-24 апреля
2005

Стоимость обучения составляет 30 долларов, включая материалы и два обеда.
Акцент на классе и практическом опыте. Первый день состоит из
аудиторной работы со слайдами, видео и обсуждениями. Второй день
состоит из практических занятий.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Old Threshers Reunion, 405 E.
Threshers Road Mt. Pleasant, IA 52641 (319) 385-8937

Парк наследия Северной Айовы

5-я ежегодная школа Steam Forest City, Айова, 21-22 мая 2005 г.

Стоимость обучения составляет 15 долларов США, что покрывает стоимость обедов и раздаточных материалов.
Это класс для начинающих. Основное внимание в классе уделяется типам котлов
, базовой работе котла, предохранительным устройствам, надлежащим процедурам запуска и останова котла
, использованию форсунок и насосов, индукции принудительной тяги
, розжигу котла под нагрузкой, поддержанию постоянного давления пара
и способам для работы в аварийных ситуациях. Темы
Паровой двигатель будут включать основные операции парового двигателя
, запуск и остановку двигателя, принцип работы клапанного механизма,
, как работает регулятор парового двигателя и как смазать двигатель
и трансмиссию.Студенты запустят одну или несколько паровых машин.
По окончании занятия тест по образцу Миннесотского теста инженера-любителя
проводится среди
учащихся.

Для получения дополнительной информации обращайтесь:
Джерред Рубль, Директор выставок
Парк Наследия проекта Северной Айовы, 754 342-я улица, Хэнлонтаун, ИА
50444. (641) 797-2697
электронная почта: [email protected]

Rough & Tumble Engineers Historical Assn.

Rough & Tumble Steam School Kinzers, Пенсильвания., 21 мая 2005 г. и
4 июня 2005 г.

Стоимость обучения 50 долларов, включая все материалы. Набор ограничен
участниками Rough & Tumble только для первых 22 заявителей.
Количество вакансий ограничено, срок обращения — 2005 год. Акцент на безопасность, техническое обслуживание, эксплуатацию
и практический опыт. Время занятий ограничено половиной
первого дня, а оставшееся время посвящено практическим занятиям,
, включая очистку, осмотр, техническое обслуживание и эксплуатацию.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Джон Гейб, инструктор
3 Linden Drive Hamburg, PA 19526 (610) 562-9532
электронная почта: r_tsteamschool @ comcast.нетто

Университет Роллага

Инженерные курсы паровой тяги Steamer Hill, Rollag, Minn.
18-19 июня 2005 г.

Суббота, с 8 до 17; Воскресенье, с 8:30 до 16:00. Стоимость обучения составляет
50 долларов США, учебники включены в стоимость обучения. Крайний срок обучения —
15 февраля 2005 г., включая книги и некоторые обеды. Любой ученик, который в настоящее время является активным членом
Western Minnesota Steam Threshers Reunion
, получит стипендию от Совета директоров Western Minnesota Steam
Threshers Reunion.Не существует требований или возрастных ограничений для курса
, за исключением лиц
, желающих получить лицензию Minnesota Steam Traction, которым должно быть
18 лет и старше.

Упор на обучение в классе и практическое обучение. Более 12
паровых тяговых двигателей, от двух до трех миниатюрных, от трех до четырех
стационарных и полноразмерный железнодорожный локомотив
будут доступны для обучения студентов. Курс рассчитан на 16 из 25
часов, необходимых для сдачи экзамена «Миннесотские инженеры по тяговым машинам», также известного как «
» как «хобби».Национальный лицензионный экзамен ASOPE
будет сдан в воскресенье в 14:00. Стоимость экзамена 55 долларов. Все
участников в возрасте 18 лет и старше имеют право сдать этот экзамен.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Том Холл, регистратор
Box 999, Moorhead, MN 56561, (218) 233-1771

Оклахома Паровой молотилки и газовый двигатель Assn.

Pawnee Steam School 2005 Будет объявлено дополнительно.

Стоимость обучения составляет 25 долларов США, учебник включен в стоимость обучения, как и два полуденных обеда
. Требуется регистрация, количество участников ограничено.Акцент
на паровые основы и безопасность, ремонт и техническое обслуживание, восстановление,
клепка котлов и прокатка труб.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Beverly Atteberry
4224 S. Detroit Tulsa, OK 74105 (918) 605-1913; (918) 744-5668
(по вечерам)
эл. Почта: [email protected]
www. ОклахомаТрешерс. org

Wisconsin Historical Steam Engine Assn. Inc.

Steam School Edgerton, Wis. Будет объявлено дополнительно.

Шоу Рок Ривер Трэшери.Стоимость составляет 40 долларов США, включает учебник
, руководство по паровому двигателю Case, контрольный список Steam Traction Engineers
и обед в субботу и воскресенье. Охватываемые темы
будут: теория пара, конструкция котлов, эксплуатация и техническое обслуживание,
компоненты паровых двигателей, трубопроводы, клапаны и аксессуары, подготовка
двигателя к парообразованию, реагирование на чрезвычайные ситуации и очистка воды
. Мы подготовим двигатели для практического обучения. Тест
ASOPE будет предложен, но не обязателен, за плату в размере 55 долларов США.

За дополнительной информацией обращайтесь:
Wisconsin Historical Steam Engine Assn. Steam School Jeff
Bloemers
W. 4597 County Road F Waldo, WI 53093 (920) 564-6292
электронная почта: [email protected]

Опубликовано 1 ноября 2004 г.

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ

Прочтите об одном из первых поселенцев из Вашингтона, пустившем глубокие корни гения-новатора.

Владелец парового тягового двигателя Advance-Rumely в Нидерландах нуждается в помощи, чтобы узнать его историю.

В честь Мейнарда Вестгаарда последней поездкой на старом паровом двигателе, его восстановленном паровом тракторе Case.

HowStuffWorks «Как работают паровые двигатели»

На следующей схеме показаны основные компоненты поршневого парового двигателя . Такой двигатель типичен для паровоза.

Показанный двигатель представляет собой паровой двигатель двойного действия , поскольку клапан позволяет пару высокого давления попеременно воздействовать на обе стороны поршня.На следующей анимации показан двигатель в действии.

Вы можете видеть, что золотниковый клапан отвечает за пропускание пара высокого давления в обе стороны цилиндра. Управляющий стержень для клапана обычно зацепляется за рычажный механизм, прикрепленный к траверсе , так что движение траверсы также перемещает клапан. (На паровозе эта тяга также позволяет машинисту включить поезд задним ходом.)

На этой диаграмме видно, что отработанный пар просто выходит в воздух.Этот факт объясняет две вещи о паровозах:

  • Это объясняет, почему они должны принимать воду на станции — вода постоянно теряется из-за выхлопа пара.
  • Он объясняет, откуда исходит звук «чу-чу». Когда клапан открывает цилиндр, чтобы выпустить пар, пар выходит под большим давлением и издает «чух!» звук при выходе. Когда поезд трогается с места, поршень движется очень медленно, но затем, когда поезд начинает катиться, поршень набирает скорость.Эффект от этого — «Чу… чу… чу… чу чу-чу-чу», который мы слышим, когда он начинает двигаться.

На паровозе крейцкопф обычно соединяется с приводной штангой , а оттуда с соединительной штангой , которая приводит в движение колеса локомотива. Расположение часто выглядит примерно так:

На этой схеме траверса соединена с приводной штангой, которая соединяется с одним из трех ведущих колес поезда.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.