Содержание
Из чего состоит: основные составные части конструкции
Далее будет дано описание устройства паровой машины одноцилиндрового типа. Нумерация элементов сделана согласно пути хода пара.
Основные элементы:
В котле (размещается снаружи машины) нагревается вода, она превращается в пар, который идет уже дальше.- Цилиндр золотника. Оснащается подвижным золотником.
- Золотник с поршнем. Открывает доступ пара к гильзе и перекрывает входное отверстие цилиндра.
- Тяга золотника. Соединяется с маховиком для осуществления возвратного движения поршня.
- Соединительный проток гильзы.
- Гильза. Герметичная труба, вмещающая поршень.
- Поршень. Выполнен точно по диаметру гильзы. Именно его толкает пар под давлением.
- Ползун. Соединяет шатун с поршнем.
- Поршневой шатун. Соединяет поршень с рабочим валом.
- Кривошип. Через него соединяется шатун с валом. Данная деталь крепится через подвижное соединение.
- Маховик. Осуществляет возвратное движение поршня и может оснащаться выемкой для ременной передачи для второстепенного устройства (насоса, колеса).
- Кривошип тяги золотника. Осуществляет подвижное крепление тяги к маховику.
В котле (размещается снаружи машины) нагревается вода, она превращается в пар, который идет уже дальше.Работа всех частей осуществляется следующим образом:
- пар из котла поступает к золотниковой камере, его давление отводит поршень, что приводит в движение тягу золотника и проворачивает маховик;
- в этот же момент пар проходит к гильзе, толкая поршень;
- поршень отводит назад шатун, который проворачивает маховик, закрывая доступ пару в золотниковую камеру.
Таким образом давление пара создает на первом цикле движение золотниковой тяги с возвратом основного поршня к верхнему положению. На втором цикле осуществляется возврат поршня в нижнее положение, со смещением золотника на положение закрытия.
Для чего нужен?
Далее более подробное описание самых основных частей парового двигателя.
Котел
Используется для нагревания воды и отвода образованного пара. Первые котлы представляли собой обычную емкость, оснащенную патрубком для отвода пара и клапаном отвода избыточного давления. Такие котлы подогревались огнем обычной топки снизу или имели сдвоенную систему нагрева: снизу и по бокам.
Более совершенные котлы имеют немного отличный принцип нагрева. Они бывают 2 разновидностей:
-
Водотрубный. Представляет собой котел, оснащенный несколькими трубами. Вода находится в трубах и нагревается до образования пара. Водотрубные котлы бывают барабанными и прямоточными. В барабанном вода циркулирует по трубам с постепенным нагревом.
В прямоточном отсутствует циркуляция. Нагрев и испарение происходит прямо в трубах. Особенностью таких котлов является зависимость скорости парообразования от диаметра труб. Чем меньше диаметр, тем быстрее парообразование. Недостатком является быстрое образование накипи в полости труб.
-
Жаротрубный. Полностью противоположный по принципу работы. Также котел оснащен трубами, но по ним проходит горячий воздух из топки. Трубы располагаются непосредственно в воде, которая нагревается за счет их теплоты. Работоспособность такого котла зависела от многих факторов: качества угля, качества сплава металла труб, их герметичности.
Скорость парообразования котлов этого типа зависела от диаметра труб. Чем он меньше, тем быстрее образовывался пар. Недостатком является скорость образования нагара и сажи при использовании некачественного угля.
Котел также должен был выдерживать высокую температуру, поэтому его производили из самых термоустойчивых сплавов. Для устойчивости к высокому давлению котлы были оснащены распорками и дополнительными ребрами усиления.
Золотник
Это газораспределительное устройство, которое представляет собой поршень со штоком. Золотник устанавливается в поршень немного большего диаметра. Используется устройство для открытия и закрытия газораспределительной магистрали.
В паровых двигателях использовались золотники следующих типов:
- Коробчатые. Модель оснащалась поршнем и коробчатым запорным механизмом. При движении поршень открывал впускной проток и перекрывал выпускной.
- Цилиндрический. Принцип работы тот же, но в место коробки устанавливались 2 или более поршней, которые поочередно открывали и перекрывали газораспределительные магистрали.
- Трофимова. Этот золотник изобретен для советских паровозов, ремонтником паровозного депо Трофимовым. Устройство также поршневого типа, но в момент закрытия магистрали одна часть поршня раздвигалась для подачи пара дальше на отвод.
Золотник является одним из основных элементов парораспределения паровой машины.
Окна сообщаются или с замкнутым пространством 6, или с полостью 7
Качаясь вокруг неподвижной оси 5, золотник сообщает или разобщает окна с камерами 6 и 7.
Конденсаторы
Используются для преобразования, отработанного «холодного» пара в жидкость, с ее повторным нагревом и преобразованием в пар. Конденсаторы бывают:
- Смешивающими. Конденсация пара осуществляется струей холодной воды.
- Инжекторными. Принцип работы тот же, но отличием является вывод воздуха, находящегося в пару.
- Поверхностными. Принцип работы иной. Пар соприкасается с множеством трубок, по которым циркулирует холодная вода.
- Испарительными. Используется перемещение пара по трубам, которые охлаждаются холодной водой.
Для паровой машины, использующейся в качестве двигателя транспорта, самым удачным типом конденсатора является поверхностный и испарительный. Смешивающие и инжекторные модели устанавливались на стационарные машины.
Поршни
Применяются в качестве устройств, образующих в гильзе несколько полостей с переменным объемом. Смена объема гильзы позволяет осуществлять процесс разжатия/сжатия, которые преобразуют энергию пара в поступательные движения.
Для чего служат шток, ползун, шатун и кривошип?
Шток является связующим звеном между поршнем и шатуном. С шатуном его связывает крейцкопф. Такая схема позволяет устранить боковые смещения шатуна и оснащать машины длинным, подвижным шатуном.
Ползун или крейцкопф применяется в качестве устройства, уменьшающего боковое смещение хода шатуна. В устройствах, которые предназначены для работы задним ходом, применялся двойной ползун и качающийся цилиндр. Для стационарных машин применялся один ползун, двигающийся внутри удлиненного цилиндра.
Кривошип используется для совершения циклических вращательных движений, передающихся от шатуна на ведущее колесо. Элемент устанавливался на удалении от центральной оси колеса.
Кривошип применяется для 2 целей:
- преобразования возвратно-поступательного движения в круговое (оборот колеса движением поршня);
- преобразование кругового движения в возвратно-поступательное (толчок поршня за счет вращения колеса).
Цилиндр
Цилиндр используется в качестве камеры, в которую поступает пар, и за счет изменения его рабочего объема осуществляется смещение поршня. Цилиндр работает во взаимодействии с поршнем, впускными и выпускными клапанами.
Вал
Предназначается для преобразования возвратно-поступательного движения от шатуна во вращательное. Вал может быть прямым или коленчатым. Прямой вал устанавливался на машины простого, одноцилиндрового типа. Коленчатые более сложные. Они вращаются в такт каждого поршня.
Маховик
Представляет собой колесо большого диаметра. Используется в качестве накопителя энергии вращения и центровочного балансира.
Маховик может быть выполнен в виде ролика для соединения с вторичным устройством посредством ременной тяги или в виде зубчатой шестерни.
Двойное и тройное расширение — в чем разница в схеме строения?
Расширение позволяет использовать отработанный пар для работы двигателя. Без расширения, отработанный пар шел на конденсацию, обогрев или просто выводился в атмосферу. С развитием паровых машин, они стали оснащаться системами двойного или множественного расширения:
- Система двойного расширения из цилиндра высокого и низкого давления. Высокотемпературный пар под высоким давлением поступал в основной поршень. Отработанный пар переводился в поршень низкого давления, а только после этого уходил на конденсацию. Особенность системы в различном диаметре поршней: поршень высокого давления имел меньший диаметр и длину, чем поршень низкого давления.
- Система тройного расширения (компаунд) кардинально отличается. Она состояла из нескольких поршней с разным диаметром. Диаметр поршней увеличивался по ходу движения пара. На первом этапе пар с высоким давлением и температурой поступал в маленький цилиндр. После отработки пар переводился в цилиндры большего диаметра и длины. Такая система позволяла увеличивать КПД одного цикла подачи пара, за счет увеличения его объема в каждом цилиндре.
Схема множественного расширения позволяла создавать двигатели с рядным расположением поршней и валом коленчатого типа.
Где сгорает топливо?
Паровая машина использует камеру внешнего сгорания (котел). Топливом для ее работы чаще всего является вода, которая преобразуется в пар за пределами гильзы. В саму гильзу поступает уже готовый пар, который не меняет своей структуры при давлении на поршень.
Видео по теме статьи
О паровой машине расскажет видео:
Заключение
Паровой двигатель прост по своей конструкции. Его КПД во многом зависит от качества пара, диаметров гильз и магистральных линий. Изобретатели постоянно совершенствовали модели паровых машин, пытаясь найти наиболее эффективную систему превращения энергии пара в механическое вращение.
