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

Содержание

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

Схема действия первой паровой машины

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

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

Устройство работало по следующему принципу:

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

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

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

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

Как работает аппарат?

Система расширения позволяет:

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

Двойного расширения

Двигатель двойного расширения или компаунд состоит из следующих элементов:

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

Работает устройство следующим образом:

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

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

Тройного расширения

Система тройного или множественного расширения более усовершенствованная и эффективная.

Она состоит из:

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

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

Работает двигатель тройного расширения следующим образом:

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

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

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

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

Устройство двигателя, как он действует?

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

Он состоит из следующих элементов:

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

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

Работает двигатель следующим образом:

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

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

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

Какие конструкции используют сейчас?

Паровые машины используют в следующих сферах:

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

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

Видео по теме статьи

Об устройстве и принципе работы паровой машины расскажет видео:

Заключение

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

А какова Ваша оценка данной статье?

Загрузка. ..

Схема устройства и принцип работы паровой машины

Определение парового двигателя | Типы и принцип работы паровой машины

ЧТО ТАКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛИ?

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

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

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

КАК СДЕЛАТЬ ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ?

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

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

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

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

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

ТИПЫ ПАРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

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

1. В соответствии с положением цилиндра:-

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

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

2. По количеству рабочих ходов:-

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

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

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

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

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

4. В зависимости от типа выхлопа:-

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

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

5. По способу управления:-

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

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

6. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала:-

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

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

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

7. По области применения:-

а. Стационарный двигатель

b. Локомотив

c. Судовой двигатель

8. В соответствии с используемым клапанным механизмом:-

a. Двигатель с золотниковым клапаном

b. Corlis Valve Engine

9. Расширенный двигатель: —

10. Нерасширительный двигатель: —

Следующая страница ⇒

Паровой двигатель | Определение, история, влияние и факты

паровой двигатель

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Роберт Фултон
Джеймс Ватт
Оливер Эванс
Ричард Тревитик
Джордж Стефенсон

Похожие темы:

кочегар
ротационный двигатель
паровая машина высокого давления
паровая машина ватт
паровая машина Ньюкомена

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

паровая машина , машина, использующая энергию пара для выполнения механической работы за счет тепла.

Далее следует краткое описание паровых двигателей. Для полного описания энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин, см. Преобразование энергии: Паровые двигатели .

В паровой машине горячий пар, обычно подаваемый котлом, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии преобразуется в работу. Остальному теплу можно позволить уйти, или, для максимальной эффективности двигателя, пар можно сконденсировать в отдельном аппарате, конденсаторе, при сравнительно низких температуре и давлении. Для достижения высокой эффективности пар должен проходить через широкий диапазон температур в результате его расширения в двигателе. Наиболее эффективная работа, т. е. наибольшая производительность по отношению к подведенному теплу, обеспечивается за счет использования низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через пароперегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный пароперегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхность которых подвергается воздействию горячих газов топки котла. С помощью пароперегревателей пар может быть нагрет выше температуры, при которой он производится кипящей водой.

В паровом двигателе поршневого и цилиндрового типа пар под давлением подается в цилиндр с помощью клапанного механизма. Когда пар расширяется, он толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом на маховике для создания вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла поступает попеременно к каждой стороне поршня. В простой паровой машине расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в составной машине имеется два или более цилиндров увеличивающегося размера для большего расширения пара и повышения эффективности; первый и самый маленький поршень приводится в действие начальным паром высокого давления, а второй — паром более низкого давления, выходящим из первого.

В паровой турбине пар выбрасывается с высокой скоростью через сопла, а затем проходит через ряд неподвижных и движущихся лопастей, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью. Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большую степень расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина является универсальным средством, используемым для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.

Джеймс Уатт: паровой двигатель

Посмотреть все видео к этой статье

Первыми паровыми двигателями были научные новинки Героя Александрийского в 1 веке н.э., такие как эолипил, но только в 17 веке были предприняты попытки использовать пар для практических целей. В 1698 году Томас Савери запатентовал насос с ручными клапанами для подъема воды из шахт за счет всасывания, создаваемого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективную паровую машину с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды. В 1765 году Джеймс Уатт значительно усовершенствовал двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы избежать нагрева и охлаждения цилиндра при каждом такте. Затем Уатт разработал новый двигатель, который вращал вал вместо простого движения насоса вверх-вниз, и добавил много других улучшений, чтобы создать практическую силовую установку.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

Громоздкий паровой вагон для дорог был построен во Франции Николасом-Жозефом Кюньо еще в 1769 году. Ричард Тревитик в Англии первым использовал паровой вагон на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года совершил успешный пробег по маршруту конки в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерчески успешной благодаря ракете Rocket 9.0022 английского инженера Джорджа Стефенсона в 1829 году. Первым практичным пароходом был буксир Charlotte Dundas, , построенный Уильямом Саймингтоном и опробованный на канале Форт и Клайд в Шотландии в 1802 году. Роберт Фултон применил паровой двигатель на пассажирском судне в Соединенные Штаты в 1807 году.