Устройство Парового Двигателя
ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, 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. Томас НЬЮКОМЕН изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. Джеймс ВАТТ улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели.
Паровой двигатель своими руками! // Steam engine! - Duration: 1:33. Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за.
Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. 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. Паровые двигатели, такие как раньше использовались в локомотивах, работают на производимом при нагревании воды паре. Угольная или дровяная топка (1) нагревает котел, напол-ненный водой (2), который производит пар. Пар поднимается и через сухопарник(3) выталкивается через трубы в цилиндр (4), где он вызывает обратное движение поршня (5). Связанный с поршнем рычаг (6) это золотниковый клапан (7), который сначала позволяет пару попасть в цилиндр (как показано), закрывая выпускное окно (8).
Это создает давление, которое двигает поршень вперед и приводит к тому, что золотниковый клапан становится в такое положение, когда выпускное окно открывается и пар выходит наружу. Движение колес заставляет поршень двигаться назад, и все начинается снова. Научно-технический энциклопедический словарь.
Смотреть что такое 'ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ' в других словарях:. — (Steam motor) машина, преобразующая энергию пара в механическую работу.
К паровым двигателям относятся паровые машины и паровые турбины, Самойлов К. Морской словарь. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Морской словарь.
— Паровая машина тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой Википедия. — garo variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.
Steam engine; steam power engine vok. Dampfkraftmaschine, f; Dampfmaschine, f rus. Паровой двигатель, m pranc.
Moteur à vapeur, m Fizikos terminų žodynas. — Википедия. — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. Паровое отопление.
Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию Толковый словарь Ушакова. — 1.
ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. Паровое отопление.
Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно.
Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию Толковый словарь Ушакова. — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. Паровое отопление.
Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно.
Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию Толковый словарь Ушакова. —. ДВИГАТЕЛЬ (мотор), механизм, преобразующий энергию (такую как тепло или электричество) в полезную работу. Термин «мотор» иногда применяется к ДВИГАТЕЛЮ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (который преобразует тепло, вырабатываемое горящими газами, в возвратно Научно-технический энциклопедический словарь.
— ПАРОВОЙ ТРАКТОР, большая, тяжелая самоходная машина, приводимая в действие паром. Когда то применялся для передвижения фермерских повозок и других тяжелых грузов; теперь устарел. Подобные машины применялись также на ярмарках и в цирках для Научно-технический энциклопедический словарь. — У этого термина существуют и другие значения, см.
Двигатель (значения). Двигатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение) устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую.
Этот термин используется с конца XIX века Википедия. Книга представляет собой обзор той части истории развития авиации и воздухоплавания, которая характеризуется работами, базирующимися на стремлении использоватьпаровой двигатель для.,. Собери паровой двигатель и испытай его в действии Состав набора: ведущее колесо с 50 канавками, цоколь для спиртовки, паровой котел, светодиод, основание, малый винтс полукруглой головкой,., П. Эта книга будет изготовлена в соответствии с Вашим заказом по технологии Print-on-Demand. Книга представляет собой обзор той части истории развития авиации и воздухоплавания, которая.
Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Экспонат Музея Индустриальной Культуры. Нюрнберг Парова́я маши́на —, преобразующий энергию в, а затем во вращательное движение.
В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию в механическую работу. Первая паровая машина построена в XVII. И представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в году вакуумные паровые машины и для выкачивания воды из копей. Значительные усовершенствования в вакуумной паровой машине были сделаны в году. Дальнейшее значительное усовершенствование парового двигателя (применение на рабочем ходу пара высокого давления вместо вакуума) было сделано американцем в году и англичанином в году. Схема работы паровой машины двойного действия Для привода паровой машины необходим.
Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки, движение которых передаётся другим механическим частям. Принцип действия паровой машины показан на илл. Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала., сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются 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 на рис. Кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей. Информация должна быть, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете эту статью, добавив ссылки. Эта отметка установлена 29 октября 2014 года. Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла) —.
Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку 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,.
Интересным направлением является использование энергии разности температур на разных глубинах. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как, 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), 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 тепловозами и электровозами. 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, передавая усилие непосредственно на колёса. Изобретение и развитие. Паровая машина Папена Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная была изобретена намного позже, в средневековом, турецким астрономом, физиком и инженером.
Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару. 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 (см. Принцип действия и применение паровых машин были описаны также в англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 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 ). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной.
Одним из опытов французского физика и изобретателя было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х в он в сотрудничестве с голландским физиком работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в в 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. 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 должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь.
Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал, приводимую в движение с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например,. 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. На своё устройство Севери в получил. Это был 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 английский кузнец продемонстрировал. Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен применил с 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, 1720 В 1720 г. Немецкий физик 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 и англичанином. В механиком была спроектирована первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах, которая была построена.
В 1765 г., для повышения КПД вакуумного двигателя Ньюкомена, сделал отдельный конденсатор. Двигатель всё ещё оставался вакуумным. В 1781 году запатентовал вакуумную паровую машину с, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от поступательного движения в вакуумном двигателе водоподъёмного насоса ). Двигатель всё ещё оставался вакуумным, но вакуумный двигатель Уатта с, мощностью десять 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. Дальнейшим повышением эффективности парового двигателя было применение пара высокого давления американцем и англичанином. В 1786 году Эванс попытался было запатентовать обычный, 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., инициатор создания и применения стационарных машин, работающих при высоких давлениях (получил патент на «машину высокого давления» в 1800), освоил на практике цилиндрические паровые (так называемые «корнваллийские») котлы (1815). С 1797 строил модели паровых повозок, а в 1801 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 ', затем в 1802 году паровоз ' для одноимённой угольной компании. Тревитик успешно строил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50, или 345 (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 продемонстрировал первое действующее самоходное: «» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым.
Самоходный паровой оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины:, прессы и др. В 1788 году, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке между (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат ). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в городе в Южном демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой, построенный Ричардом Тревитиком. В 1824 году французский учёный и инженер в своём сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» впервые описал, позже названный его именем. 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.
Устройство И Принцип Действия Парового Двигателя
Классификация Паровые машины разделяются:. по способу действия пара на машины с расширением и без него, причем первые считаются наиболее экономичными. по используемому пару. низкого давления (до 12 кг/см²). среднего давления (до 60 кг/см²).
высокого давления (свыше 60 кг/см²). по числу оборотов вала. тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных ). 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 ). 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. По типу передаточного механизма паровые машины многократного расширения делятся на тандем-машины (рис.
Особую группу составляют, 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. Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:.
Машины с переменным режимом, к которым относятся машины, 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, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.
Паровая в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за 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.
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 в угольной шахте Гриф в Уоркшире. Ранние паровые машины назывались вначале « машинами», а также «» или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели».
Такие машины работали для привода поршневых, 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 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. Так происходит обратный ход.
Давление пара низкое и не может противодействовать движению поршня. Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру.
Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная (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 и нефти.
Такая же смазка использовалась в штока цилиндра. Паровые машины, несмотря на очевидные ограничения их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий. Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора.
Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими. Приблизительно в 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, 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, 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 высоким (275—345 кПа), сейчас рассматривается как очень низкое — давление в современных паровых котлах в десятки раз выше. Дополнительное преимущество машин высокого давления состоит в том, что они намного меньше при заданном уровне мощности, и соответственно, существенно менее дорогие. Кроме того, такая паровая машина может быть достаточно лёгкой и компактной, чтобы использоваться на транспортных средствах. Возникший в результате паровой транспорт (паровозы, пароходы) революционизировал коммерческие и пассажирские перевозки, военную стратегию, и вообще затронул практически каждый аспект общественной жизни. Схема горизонтальной одноцилиндровой паровой машины высокого давления, двойного действия. Отбор мощности осуществляется приводным ремнём: 1 — 2 — поршня 3 — 4 — 5 — 6 — для привода 7 — 8 — 9 —. Паровые машины двойного действия Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало изобретение в 1782 г.
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 поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения.
Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода. Поршень такой паровой машины соединён со скользящим штоком, выходящим из цилиндра.
К этому штоку крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип маховика. Система парораспределения приводится в действие другим. 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, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.
В впервые в России на заводе была построена паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом для военного парохода «» (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. Англичане дважды, в и, делали попытку изготовить такие машины для своих пароходов, но они оказались неудачными и их пришлось заменить обычными балансирными машинами. Лишь на ( Gorgon), спущенном на воду в, они смогли установить машину прямого действия (без балансира), которая стала работать нормально. 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.
Устройство Парового Двигателя Видео
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, 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. 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. Основная статья: В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит , 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 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. 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. 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. Основная статья: 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 подается 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 турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в неё подается. 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. 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, которые приводятся во вращение паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и ).
Было также построено некоторое количество, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены. Другие типы паровых двигателей Кроме поршневых паровых машин, в активно использовались 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» инженера-механика Н. Н. Тверского. 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 и была идеально уравновешена. Двигатель Тверского создавался и эксплуатировался преимущественно на энтузиазме его автора, однако он использовался во многих экземплярах на, на фабриках и для привода. Один из двигателей даже установили на, а в качестве расширительной машины — с приводом от баллона со сжатым, этот двигатель приводил в движение в подводном положении одну из первых экспериментальных — «подводную миноноску», которая испытывалась Н. Н. Тверским в 1880-х годах в водах.
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. Паровая машина в Московском Политехническом музее Вплоть до середины 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: (см. ), 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. 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 исследования показали целесообразность перевода раздельных установок на теплофикационные путём введения регулируемого отбора пара из паровой машины двойного расширения. Возможность работы на любых видах топлива делала целесообразным применение паровых машин для работы на: на лесозаводах, в 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 (см., ), так как не требует, однако она не получила здесь распространения из-за некоторых не разрешённых конструктивных трудностей.
Также: паровой, и даже. Паровые машины использовались как приводной двигатель в, на, и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой XVIII века. Поздние паровые машины были вытеснены, и, которых выше., формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов. Примерно 86% электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин. Нетрадиционные машины На 4-м канале Британского телевидения с проводится реалити-шоу « » («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. 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.
— единственный практический паролёт См. Carnot S. — Paris: Gauthier-Villars, Imprimeur-Libraire, 1878. — 102 p. (фр.). Второе начало термодинамики. (Работы Сади Карно — В.Томсон — Кельвин — Р.
Клаузиус — Л. Больцман — М. Смолуховский) / Под. Тимирязева. — Москва—Ленинград: Государственное технико-теоретическое издательство, 1934. — С. 17—61. Hulse David K (1999): «The early development of the steam engine»; TEE Publishing, Leamington Spa, UK, ISBN, 85761 107 1 (англ.).
Н. А. Залесский «„Одесса“ выходит в море / возникновение парового мореплавания на Чёрном море 1827—1855», Ленинград, «Судостроение», 1987 год, страница 8. Н. А. Залесский «„Одесса“ выходит в море / возникновение парового мореплавания на Чёрном море 1827—1855», Ленинград, «Судостроение», 1987 год, страницы 8 и 9. Riemsdijk, John van: (1994) Compound Locomotives, pp. 2-3; Atlantic Publishers Penrhyn, England. (англ.). Carpenter, George W. & contributors (2000): La locomotive à vapeur: pp.
56-72; 120 et seq; Camden Miniature Steam Services, UK. (фр.). Bell, A.M.
Locomotives. — London: Virtue and Company, 1950. — P. pp61-63. (англ.). Riemsdijk, John van: (1994) Compound Locomotives, Atlantic Publishers Penrhyn, England.
(англ.). Литература. Паровые машины. История, описание и приложение их. 1838 г., СПб.: тип. Эдуарда Праца и Ко. — 234. Брандт А. А. Очерк истории паровой машины и применения паровых двигателей в России, СПб., 1892.
К истории паровых машин в России. — «Горный журнал», № 6, 1902 г. Лебедев В. И. Занимательная техника в прошлом.
Ленинград: «Время», 1933 г. — 198. Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники / Под ред.
С. И. Вавилова. — М., Л.: Гос. Изд-во техн.-теоретической лит-ры, 1948 г. Конфедератов И. Я. Иван Иванович Ползунов. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1954 г. — 296.
//: в 86 т. И 4 доп.). — СПб., 1890—1907. Ссылки на Викискладе. Паровая машина — статья.