ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОЙ ПАРОВОЙ МАШИНЫ. Паровые двигатели поршневые


Паровая машина — тепловой поршневой двигатель возвратно-поступательного движения.

Паровая машина — тепловой двигатель, имеющий внешнее сгорание и преобразующий энергию пара в механическую работу. В общем случае паровыми машинами называют механизмы с возвратно-поступательного движением поршня, хотя принцип преобразования энергии пара в работу используется в паровых турбинах и других, менее распространенных, типах паровых двигателей.

Паровая машина c горизонтальным расположением цилиндровПоршневые паровые машины появились на рубеже XVII - XVIII веков, позже были усовершенствованы шотландским инженером Джеймсом Уаттом (англ. James Watt) и получили широкое распространение в качестве основного двигателя транспорта и механизмов. Выработанный внешним паровым котлом разогретый пар через золотник поступает в цилиндр и расширяется, давя на поршень и приводя его в движение. Поршень через шток, ползун (крейцкопф), шатун и кривошип приводит во вращение вал. Для создания момента инерции и возврата поршня в исходное состояние на валу расположен создающий инерцию маховик. Золотник подачи пара связан с выходным валом через эксцентрик и управляется через центробежный регулятор. Отработанный пар может выбрасываться во внешнюю среду или поступать в конденсатор и далее возвращаться в паровой котел.

Первым применил паровую машину для приведения в движения судна французский изобретатель Дени Папен (фр. Denis Papin), построивший в 1707 году колесную лодку. В 1807 году Роберт Фултон (англ. Robert Fulton) построил колесный пароход Clermont, который совершал регулярные коммерческие рейсы от Нью-Йорка до Олбани. Однако внедрение паровых машин на военных кораблях длительное время сдерживалось использованием легко уязвимых гребных колес, и лишь с появлением в 1838 году гребного винта паровая машина стала вытеснять парусное вооружение.

Конструкции паровых машин

Первыми паровыми машинами, которые получили широкое распространение, стали горизонтальные машины (англ. HSE). Цилиндр или цилиндры в них располагались горизонтально, роль маховика могли выполнять гребные колеса.

Сложный механизм передачи движения у первых паровых машин неоднократно усовершенствовался. У рычажной паровой машины (англ. grasshopper-engine) шатун через рычаг опирался на маховик, из за чего во время работы машина напоминала движение лап кузнечика. В США получили распространение траверсные паровые машины (англ. Crosshead Steam Engine). Цилиндр этих машин располагался над валом, поэтому они имели высокий центр тяжести и быстро вышли из применения. Схожую конструкцию и принцип действия имели балансирные паровые машины, у которых передача движения от поршня производится при помощи балансира.

Вертикальная паровая машина тройного расширенияДругой способ усовершенствования конструкции был использован в паровых машинах с горизонтально-возвратным шатуном. У таких машин шатун толкал коленчатый вал через траверсу. Для повышения эффективности использования энергии пара были разработаны машины двустороннего рабочего процесса с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом. Другим вариантом повышения мощности являлась конструкция тронковой паровой машины, у которой поршень соединялся шатуном непосредственно с коленчатым валом. Помимо машин с кривошипно-шатунным механизмом, в судостроении также использовались паровые машины с качающимся цилиндром, у которых шток поршня крепился непосредственно к кривошипному механизму, а цилиндр мог раскачиваться во время работы, частично выполняя функцию кривошипа.

С ростом водоизмещения необходимость в использовании горизонтальных машин отпала, так как размеры корпуса позволяли устанавливать вертикальные паровые машины, имевшие большую высоту. Вертикальные машины были проще и эффективнее горизонтальных, благодаря чему они получили наибольшее распространение начиная со второй половины XIX века.

Кроме совершенствования механической части, производились изменения и в принципиальном устройстве паровых машин. В 1824 году Джеймс Аллер (англ. James Allaire) построил паровой двигатель, в котором пар сначала поступает в цилиндр высокого, а затем - низкого давления. Таким образом удалось добиться увеличенной эффективности работы пара, машины с последовательным расширением получили название "компаунд". Дальнейшим развитием машин "компаунд" стали машины тройного расширения, которые имели цилиндры высокого, среднего и низкого давлений.

wiki.wargaming.net

Поршневой паровой двигатель

 

Использование: в энергомашиностроении при проектировании паросиловых установок поршневого типа. Сущность изобретения: поршневой паровой двигатель содержит рабочий цилиндр с поршнем и соединенные с ним конденсатор, насос-дозатор и теплопередающее устройство, вход которого соединен с насосом дозатором, а выход - с рабочим цилиндром с образованием замкнутого контура циркуляции рабочего тела. Причем теплопередающее устройство выполнено в виде теплообменника-аккумулятора капиллярного типа, а в качестве рабочего тела использована вода, нагретая до температуры выше критической. 1 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению и касается усовершенствования поршневых паровых двигателей.

Наиболее близким к изобретению является поршневой паровой двигатель с насосом-дозатором [1] Недостатком данного двигателя является сложная конструкция Задачей изобретения является упрощение конструкции. Поставленная задача решается за счет усовершенствования теплопередающего устройства и выполнения его в виде теплообменника-аккумулятора капиллярного типа. Изобретение поясняется чертежом. Двигатель содержит насос-дозатор 1, теплообменник-аккумулятор 3, цилиндр с поршнем 4, конденсатор 5, источник тепла 2. Узлы, работа, примерные параметры двигателя. Насос-дозатор высокого давления предназначен подавать воду порциями в тепловой аккумулятор-теплообменник синхронно и синфазно движению рабочего поршня. Вода поступает в насос из конденсатора при температуре несколько ниже 100 градусов. Меняя производительность насоса можно менять мощность двигателя. Тепловой аккумулятор-теплообменник предназначен для накопления и хранения тепловой энергии с возможностью с любой момент вернуть ее в штатном или формированном режиме. В качестве хранителя тепловой энергии является скрытая теплота плавления вещества. А реализовано в виде ванны с расплавленным веществом с температурой плавления несколько выше критической температуры воды, то есть 374oС. Нагрев ванны производится любым внешним источником тепла, превышающим по температуре точку плавления вещества. Через ванну с расплавом проходят капиллярные трубки, одиночные или пучками, в зависимости от мощности. Для каждого цилиндра в отдельности, как и насос-дозатор. Внешняя поверхность капиллярной трубки, принимающая тепло от ванны, значительно больше поверхности столба проходящей в канале воды, что позволяет концентрировать тепловую энергию. Насосдозатор закачивает воду порциями в тепловой аккумулятор при температуре ниже 100oС, а из теплового аккумулятора вода, нагретая выше критической температуры, то есть 374oС, поступает в рабочий цилиндр синхронно и синфазно движению рабочего поршня, где мгновенно превращается в пар. В рабочем цилиндре поршень под давлением пара движется, при этом давление пара и температура падают. В конце рабочего хода открывается окно в конденсатор, и пар при температуре несколько выше 100oС, достаточной для транспортировки поступает в конденсатор, где и превращается в воду. Из конденсатора вода поступает в насос-дозатор. Вся система двигателя замкнута (герметична). В отличие от электрохимических аккумуляторов в двигателе не предусматриваются (исключаются) тяжелые металлы: свинец, кадмий, никель, а также кислоты и щелочи. Тепловой аккумулятор может работать в режиме заряд-разряд и буферном режиме.

Формула изобретения

Поршневой паровой двигатель замкнутого цикла с внешним подводом тепла, отличающийся тем, что в рабочий цилиндр порциями синхронно и синфазно движению рабочего поршня поступает вода, предварительно нагретая до температуры выше критической при прохождении через трубчатый тепловой аккумулятор-теплообменник под давлением насоса-дозатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Поршневая паровая машина трехкратного росширения — МегаЛекции

ПАРОХОДЫ

11 августа 1807 года принято считать днем рождения парового судна. В этот день произошло испытание парохода, построенного талантливым американским инженером Робертом Фултоном. Пароход«Клермонт» открыл регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбени. В 1838 году британский пароход«Great Eastern» пересек Атлантику, не поднимая парусов, хотя и имел парусное вооружение. Рост промышленности требовал корабли и суда, которые могли бы независимо от воли стихии совершать регулярные рейсы по Атлантическому и Тихому океанам. В XIX веке резко возросли размеры паровых судов, а вместе с ними и мощности паровых машин. К 90-м годам мощность их была доведена до 9000 лошадиных сил.

Постепенно паровые машины становились все более мощными и надежными. Первые судовые силовые установки состояли из поршневой паровой машины и больших маломощных котлов, отапливаемых углем.

Сто лет спустя коэффициент полезного действия (КПД) паровой силовой установкиуже равнялся 30 процентам, и развивала мощность до 14720 кВт, а число обслуживающего персонала сократилось до 15 человек. Но малая производительность паровых котлов требовала увеличения их количества.

На грани двух веков паровыми машинами оборудовались в основном пассажирские судаи грузопассажирские корабли, чисто грузовыми судами были только парусники. Это объяснялось несовершенством и малой эффективностью паровой силовой установкитого времени.

 

Применение появившихся в 80-х годах XIX века водотрубных котлов, которые сейчас работают на жидком топливе, улучшило эффективность паровых силовых установок. Но коэффициент полезного действия их достиг всего лишь 15 процентов, чем и объясняется прекращение постройки пароходов. Но в наше время еще можно встретить суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами это речной пароход«American Queen».

 

СУДОВЫЕ ПОРШНЕВЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ

 

Поршневой паровой двигатель

 

В судовых силовых установкахс паровыми машинами в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Разумеется, при работе силовой установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОЙ ПАРОВОЙ МАШИНЫ

 

Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.

Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.

Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя.

В первых судовых силовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 2. Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на рисунке 3.

 

Поршневая паровая машина

 

поршневая паровая машина трехкратного росширения

 

ЭЛЕКТРОХОДЫ

 

В 1838 году жители Петербурга могли наблюдать, как по Неве двигалась небольшая лодка без парусов, весел и трубы. Это и был первый в мире электроход, построенный академиком Б. С. Якоби. Моторы судна потребляли энергию от аккумуляторных батарей. Изобретение ученого почти на целый век опередило мировую судостроительную науку. Но практическое применение на судахэтот двигатель получил только на подводных лодках для движения в подводном положении. К недостаткам электроходовотносят относительную сложность силовой установки.

 

ТУРБОХОДЫ

 

Судно «Turbinia»

 

Применение турбины в качестве главного двигателя нашло себя на суднепод названием «Turbinia» водоизмещением 45 тонн, которое было спущено на воду в Англии конструктором Чарльзом Парсонсом.

Многоступенчатая паротурбинная установкасостояла из паровых котлов и трех турбин, напрямую соединенных с гребным валом. На каждом гребном вале находилось по три гребных винта (система тандем). Общая мощность турбин составляла 2000 л. с. при 200 оборотов в минуту. В 1896 году во время ходовых испытаний судно«Turbinia» развило скорость 34,5 узла.

Военные моряки по достоинству оценили появление новой силовой установки. Турбину начали устанавливать на линкоры и броненосцы, а со временем стал главным двигателемпочти всех пассажирских судов.

В середине XX века началась конкурентная борьба между паротурбинными и дизельными силовыми установкамиза применение их на больших судах для транспортировки объемных грузов, в том числе и танкерах. Первоначально на судах дедвейтом до 40000 тонн преобладали паротурбинные силовые установки, но стремительное развитие двигателей внутреннего сгорания привело к тому, что некоторые корабли и суда водоизмещением более 100000 тонн и в настоящее время оборудуются дизельными силовыми установками. Паротурбинные установки сохранились даже на крупных боевых кораблях, а также на быстроходных и больших контейнеровозах, когда мощность главного двигателя составляет 40000 л. с. и более.

 

самая большая дизельная силовая установка компании «Hyundai Heavy Industries» мощностью 108900 л. с.

 

 

ТЕПЛОХОДЫ

 

История теплохода насчитывает шесть десятилетий, но суда с двигателями внутреннего сгорания уже прочно занимают ведущее место в мировом судостроении. Это объясняется, прежде всего, высокой экономичностью и возможностью постройки двигателей различных мощностей от 100 до 30000 л. с.

 

Родиной теплохода является Россия. В 1896 году свой двигатель внутреннего сгорания запатентовал немецкий инженер Рудольф Дизель, а в 1904 году по предложению русского ученого-кораблестроителя К. П. Боклевского двигатель внутреннего сгорания Дизеля, был установлен на судне «Вандал», построенном в 1903 году. Первый теплоход «Вандал» был одновременно и дизель-электроходом. Электрическую передачу использовали для устранения трудностей реверсирования, так как первые судовые дизельные силовые установки имели вращение в одну сторону и их нельзя было переключить с переднего хода на задний. В 1907 году русский инженер Р. А. Корейво изобрел пневматическую муфту, которая облегчила реверсирование двигателя. Впоследствии муфта получила распространение во всем мире. Дизельные силовые установки сразу заняли ведущие позиции в судостроении. Уже в 1914 году их мощности достигли 2500 л. с.

 

В 60-х годах одновременно с появлением винтов регулируемого шага в качестве главного двигателя стали применять не реверсивные дизельные силовые установки изначально на небольших судах , траулерах и буксирах, а затем и на больших коммерческих кораблях. За счет этого конструкция двигателей совершенствовалась и упрощалась.

 

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Поршневой детонационно паровой двигатель без КШМ

                                      Детонационно паровой двигатель без КШМ   

Устройство парового двигателя с применением механизма преобразования возвратно поступательного движения во вращательное без КШМ, где поршень нагружаться в обе стороны, топливо в камере сгорания детонирует, а выделенное при этом тепло и давление используется с максимальной эффективностью.

В предложенном одно цилиндровом паровом двигателе для преобразования возвратно поступательного движения во вращательное применяется механизм, который состоит с зубчатого колеса с не полным составом зубцов, которое поочередно взаимодействует с зубчатыми рейками прикрепленными к рамке, в которой зубчатое колесо находится в середине рамки и закреплено на валу отбора мощности, где вал отбора мощности воспринимает момент силы от поршня, который жестко прикреплен через шток к торцу рамки и поршень нагружается с обеих сторон. В данном паровом двигателе топливо в камере сгорания детонирует, а газы образованные при детонации проходят по трубке выполненной в виде спирали в цилиндр парового двигателя и дальше повторно используются в турбокомпрессоре. Для образования пара на разогретую спиральную трубку подается распыленная вода и после выполнения полезного действия отработанный пар конденсируется и используется повторно

На чертежах (фиг. 1) и (фиг. 2) схематически изображен паровой двигатель где на чертеже (фиг. 1) показан механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное, а на чертеже (фиг.2) показаны другие его составные части.  Паровой двигатель состоит из штока 1, подшипников 2, корпуса 3, рамки 4, зубчатой ​​рейки 5, зубчатой ​​рейки 6, зубчатого колеса с неполным составом зубцов 7, вала отбора мощности 8, букс 9, подшипников 10 , теплоизолированного цилиндра 11, сальника 12, поршня 13, теплоизолированной головки цилиндра 14, спиральной трубки 15, свечи накаливания 16, топливной форсунки 17, водяного форсунки 18, клапана выпуска отработанного пара 19, трубки 20, емкости для конденсата 21, водяного насоса 22, трубки 23 , турбокомпрессора 24, глушителя 25, обратного клапана 26, теплоизолированной камеры детонационного сгорания 27, трубопровода 28, воздуховода 29, топливо провода 30, возвратной пружины 31, клапана выпуска отработавших газов 32, впускного клапана рабочих газов 33, оси 34, шарнирных сочетаний 35, рейки 36, рейки 37, подшипников 38, сальников 39, рычагов 40.

   Устройство работает следующим образом.      

К корпусу 3 жестко прикрепляются буксы 9, в которые устанавливаются подшипники 10 в которые вставляется вал отбора мощности 8 с жестко закрепленным на нем зубчатым колесом с неполным составом зубцов 7. В середине рамки 4 жестко прикреплены зубчатые рейки 5 и 6. Между корпусом 3 и рамкой 4 устанавливаются подшипники 2, удерживающие рамку 4 в соответствующем положении для выполнения ей обратно поступательного движения. К корпусу 3 жестко прикреплен цилиндр 11 в торце которого сделано отверстие для штока 1 с сальником 12. Поршень 13 жестко прикрепляется к штоку 1, который другим своим концом жестко прикрепляется к торцу рамки 4. К противоположной стороне цилиндра 11 прикрепляется головка цилиндра 14 к которой прикрепляется теплоизолированная камера детонационного сгорания 27. В середину головки цилиндра 14 устанавливается спиральная трубка 15, которая с одной стороны соеденена с камерой детонационного сгорания 27, а другим своим концом через отверстие в головке цилиндра 14 выводится и соеденяется с впускным клапаном рабочих газов 33. Клапан выпуска отработавших газов 32 соеденяется трубкой для отвода отработанных газов 23 с турбокомпрессором 24, из которой отработанные газы попадают в глушитель 25. В головке цилиндра 14 устанавливается водяная форсунка 18. В камеру детонационного сгорания 27 в монтируется свеча накаливания 16 и топливная форсунка 17, к которой подведен воздуховод 29 от турбокомпрессора 24 и топливопровод 30. В головке цилиндра 14 устанавливается клапан для выпуска отработанного пара 19, к которому присоединена трубка 20 для отвода отработанного пара, которая в свою очередь присоединяется к емкости для сбора конденсата 21 в которую перед запуском двигателя заливается вода, на которой установлен водяной насос 22, сочетающийся с водяной форсункой 18 трубопроводом 28. В головку цилиндра 14 между спиральной трубкой 15 и выпускным клапаном отработанного пара 19 устанавливается обратный клапан 26 асимметрично и жестко прикреплённый к оси 34, которая в свою очередь своими концами выходит через отверстия в головке цилиндра 14 и крепится в подшипниках 38 с сальниками 39. К концам оси 34 и на осях клапанов 19, 32 и 33, перпендикулярно им, жестко прикреплены рычаги 40, на концах которых закреплены шарниры 35. Рейка 37 через шарниры 35 и рычаги 40 сочетает впускной клапан рабочих газов 33 и ось 34. Рейка 36 через шарниры 35 и рычаги 40 сочетает клапан выпуска отработанного пара 19 и клапан выпуска отработаных газов 32 с осью 34. Ось 34 оборудована возвратной пружиной 40.   В начале работы парового двигателя рамка 4 с зубчатыми рейками 5 и 6 устанавливается в крайнем положении так, чтобы зубчатое колесо с неполным составом зубцов 7 стало по отношению к зубчатым рейкам 5 и 6 таким образом, чтобы один зубец зубчатой ​​рейки 5 находил на зубец зубчатого колеса 7, а зубец с противоположной стороны зубчатого колеса 7 находился сразу над зубцом зубчатой ​​рейки 6. Обратный клапан 26 и клапан выпуска отработавших газов 32 при этом закрыты, а клапан выпуска отработанного пара 19 и клапан впуска рабочих газов 33 открыты.   При запуске парового двигателя в камеру 27 из форсунки 17 подается топливо и воздух и свеча накаливания 16 зажигает топливо воздушную смесь в результате чего  камера 27 разогревается до температуры, намного превышающей температуру само возгорания топлива, при которой при подаче в нее топливо воздушной смеси будет проходить детонационное сгорание топлива самостоятельно с большой скоростью и температурой с последующей детонационной волной сгорания газов в спиральной трубке 15. При сгорании топлива в камере 27 образованные газы свободно проходят по трубке 15 и через открытый впускной клапан 33 заполняют цилиндр 11 перемещая при этом поршень 13 до ВМТ. В дальнейшем на разогретую спиральную трубку 15 через водяную форсунку 18 подается порция распыленной воды, нагнетаемой насосом 22 из емкости для конденсата 21 по трубопроводу 28, при этом вода превращается в пар, который своим давлением открывает обратный клапан 26, который через ось 34 с присоединенными к ней рычагами 40 и шарнирами 35 рейкой 36 открывает клапан выпуска отработавших газов 32 и закрывает клапан выпуска отработанного пара 19, а рейка 37 закрывает клапан впуска рабочих газов 33. В этот момент пар давит на поршень 13 и перемещает его к НМТ при этом момент силы от поршня 13 через шток 1 передается на рамку 4 где зубчатая рейка 6 прокручивает зубчатое колесо с неполным составом зубцов 7 и вал отбора мощности 8. Отработанные газы под давлением поршня 13 через клапан 32 по трубке 23 попадают в турбокомпрессор 24, который образует сжатый воздух и по воздуховоду 30 поставляет его в топливную форсунку 17. После турбокомпрессора 24 отработанные газы попадают в глушитель 24 и далее выводятся в атмосферу. При достижении поршнем 13 НМТ давление пара падает и возвратная пружина 40 возвращает обратный клапан 26 в закрытое положение при этом через присоединенную к оси 34 рейкой 36 закрывается клапан выпуска отработавших газов 32 и открывается клапан выпуска отработанного пара 19, а рейкой 37 открывается клапан впуска рабочих газов 33 в результате чего в цилиндр 11 с спиральной трубки 15 под поршень 13 поступают сжатые рабочие газы, перемещают поршень 13 до ВМТ, при этом отработанный пар выходит через выпускной клапан 19 и по трубке 20 попадает в емкость 21 где пар окончательно конденсируется и используется повторно . Поршень 13 при перемещении от НМТ к ВМТ через шток 1 передает момент силы на рамку 4 где зубчатая рейка 5 прокручивает зубчатое колесо с неполным составом зубцов 7 и валом отбора мощности 8 на 180 градусов в идентичном к предыдущему направлении.   В дальнейшем циклы повторяются.

Следует отметить, что зубчатое колесо 7 с рамкой 4 выполнены соразмерно и пропорционально длине цилиндра и штока поршня таким образом, чтобы рабочий ход поршня имел достаточную длину, при которой энергия пара и газов будет использована максимально, а детонирования топливо воздушной смеси в детонационной камере сгорания 27 после первого прохождения поршня 13 из НМТ в ВМТ происходит при закрытом впускном клапане 33.  Естественно, одноцилиндровый двигатель с одной рамкой с рейками и одной шестерней не пригоден к практической эксплуатации и предоставлен для понимания его работы. В следующей статье показана конструкция четырёхцилиндрового ДПД пригодного к практическому применению.

                 

gamalij-v.livejournal.com

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОЙ ПАРОВОЙ МАШИНЫ

Поиск Лекций

ПАРОХОДЫ

11 августа 1807 года принято считать днем рождения парового судна. В этот день произошло испытание парохода, построенного талантливым американским инженером Робертом Фултоном. Пароход«Клермонт» открыл регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбени. В 1838 году британский пароход«Great Eastern» пересек Атлантику, не поднимая парусов, хотя и имел парусное вооружение. Рост промышленности требовал корабли и суда, которые могли бы независимо от воли стихии совершать регулярные рейсы по Атлантическому и Тихому океанам. В XIX веке резко возросли размеры паровых судов, а вместе с ними и мощности паровых машин. К 90-м годам мощность их была доведена до 9000 лошадиных сил.

Постепенно паровые машины становились все более мощными и надежными. Первые судовые силовые установки состояли из поршневой паровой машины и больших маломощных котлов, отапливаемых углем.

Сто лет спустя коэффициент полезного действия (КПД) паровой силовой установкиуже равнялся 30 процентам, и развивала мощность до 14720 кВт, а число обслуживающего персонала сократилось до 15 человек. Но малая производительность паровых котлов требовала увеличения их количества.

На грани двух веков паровыми машинами оборудовались в основном пассажирские судаигрузопассажирские корабли, чисто грузовыми судами были только парусники. Это объяснялось несовершенством и малой эффективностью паровой силовой установкитого времени.

 

Применение появившихся в 80-х годах XIX века водотрубных котлов, которые сейчас работают на жидком топливе, улучшило эффективность паровых силовых установок. Но коэффициент полезного действия их достиг всего лишь 15 процентов, чем и объясняется прекращение постройки пароходов. Но в наше время еще можно встретить суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами это речной пароход«American Queen».

 

СУДОВЫЕ ПОРШНЕВЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ

 

Поршневой паровой двигатель

 

В судовых силовых установкахс паровыми машинами в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Разумеется, при работе силовой установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей. Упрощенная схема такой циркуляции дана на рисунке 1.

 

Принцип действия паровой установки

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОЙ ПАРОВОЙ МАШИНЫ

 

Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.

Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.

Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя.

В первых судовых силовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 2. Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на рисунке 3.

 

poisk-ru.ru

Поршневой клапан (паровой двигатель) • ru.knowledgr.com

Поршневые клапаны - одна форма клапана, используемого, чтобы управлять потоком пара в пределах парового двигателя или локомотива. Они управляют допуском пара в цилиндры и его последующее истощение, позволяя локомотиву переместиться под его собственной властью.

Обзор

В 19-м веке паровозы использовали клапаны понижения, чтобы управлять потоком пара в и из цилиндров. В 20-м веке клапаны понижения постепенно заменялись поршневыми клапанами, особенно в двигателях, используя перегретый пар. Было две причины этого:

  • Трудно смазать клапаны понижения соответственно в присутствии перегретого пара
  • С поршневыми клапанами паровое прохождение может быть сделано короче. Это, особенно после работы Андре Шапелона, уменьшает сопротивление потоку пара и повышает эффективность

Обычные механизмы клапана локомотива, такие как Стивенсон, Walschaerts, и механизм клапана Бейкера, могут использоваться или с клапанами понижения или с поршневыми клапанами. Где poppet клапаны используются, различный механизм, такой как механизм клапана Капротти может использоваться, хотя стандартные механизмы, как упомянуто выше использовались также Chapelon и другими.

Примеры

Наклонная поверхность Swannington вьющийся двигатель на Лестере и Железной дороге Swannington, произведенной The Horsely Coal & Iron Company в 1833, показывает очень раннее использование поршневого клапана. Поршневые клапаны использовались год или два ранее в горизонтальных двигателях, произведенных Taylor & Martineau Лондона, но не становились общими для постоянного или двигателей локомотива до конца 19-го века.

Принципы разработки

Когда в движении, паровоз требует, чтобы пар вошел в поршень по уровню, которым управляют. Это влечет за собой управление допуском и истощением пара к и от цилиндров. Пар входит и оставляет клапан через паровой порт, обычно в среднем положении поршневого клапана. Где клапан находится в контакте с паровыми портами, рассмотрение «коленей» и «лидерства» требуется.

Колени

«Колени» - сумма, которой клапан накладывается на каждый паровой порт в среднем положении каждого клапана. Однако есть два различных типов «коленей».

Первый вид - «паровые колени», которые являются суммой, которой клапан накладывается на порт на живой паровой стороне цилиндра. Во-вторых, есть «выхлопные колени», которые являются суммой, которой клапан накладывается на порт на выхлопной стороне цилиндра. «Выхлопные колени» обычно даются медленно бегущим локомотивам. Это вызвано тем, что это позволяет пару оставаться в цилиндре для самого долгого количества времени прежде чем быть израсходованным как выхлоп, поэтому увеличивая эффективность. локомотивы shunter имели тенденцию быть оборудованными этим дополнением.

«Отрицательные выхлопные колени», также обычно называемый «выхлопное разрешение», являются суммой, которую порт открыт, чтобы исчерпать, когда клапан находится в середине положения, и это используется на многих быстро бегущих локомотивах, чтобы дать свободный выхлоп. Сумма редко превышает 1/16 дюйма. когда выхлопное разрешение дано; цилиндр с обеих сторон поршня открыт, чтобы исчерпать в то же время, когда клапан проходит через середину положения, которое только мгновенно, бегая.

Лидерство

«Лидерство» клапаном - сумма, которой паровой порт открыт, когда поршень статичен в задней мертвой точке или фронте. Предварение впуска пара заполняет пространство разрешения между цилиндром и поршнем и гарантирует максимальное цилиндрическое давление в начало удара. «Лидерство» особенно необходимо на локомотивах, разработанных для высоких скоростей, под которыми обусловливает события клапана, имеют место в быстрой последовательности.

Путешествие клапана

Поршневые клапаны длинного путешествия позволяют использованию больших паровых портов ослаблять поток пара в, и из, цилиндр.

Вычисление событий клапана

Учитывая колени клапана, лидерство и путешествие, в том, что пункт в ударе поршня клапан открывается и закрывает, чтобы двигаться и исчерпать?

Вычисление точного ответа на тот вопрос перед компьютерами было слишком большой работой. Легкое приближение (используемый в диаграммах Зеунера и Реало) должно притвориться, что у и клапана и поршня есть движение волны синуса (как они были бы, если главный прут был бесконечно длинен). Затем например, чтобы вычислить процент удара поршня, в котором отключен паровой допуск:

  • Вычислите угол, косинус которого - дважды колени, разделенные на путешествие клапана
  • Вычислите угол, косинус которого дважды (колени плюс лидерство), разделен на путешествие клапана

Добавьте два угла и возьмите косинус их суммы; вычтите 1 из того косинуса и умножьте результат на-50.

Как построено у I1s 2-10-0 Пенсильвании были колени 2 дюйма, лидерство 1/4 дюйма и путешествие клапана 6 дюймов в полном механизме. В полном механизме два угла составляют 48,19 градусов и 41,41 градуса, и максимальное сокращение выходит 49,65% хода поршня.

См. также

  • Клапан понижения
  • Компоненты паровоза
  • Механизм клапана

ru.knowledgr.com