схема действия первой, как работает аппарат двойного и тройного расширения, устройство двигателя, как он действует?
Василий
Эксперт в области водоподготовки, водоснабжения, а также отлично разбирается в любых видах техники
История развития паровых машин сопровождалась множеством доработок уже имеющейся схемы устройства, внедрением совершенно новых узлов, механизмов.
В статье дано подробное описание устройства, принципа работы первого парового двигателя, машины с системой расширений. Также будет дано описание двигателя паровой машины и принципа его работы.
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:
- Металлического цилиндра. Цилиндр этой машины также выполнял роль емкости для воды для образования пара.
- Поршень со штоком.
- Выпускного клапана. Им был оснащен сам поршень.
- 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:
- В полной мере использовать объем поданного в двигатель пара.
- Увеличить КПД машины.
- Снизить температуру перед отводом пара на конденсатор.
- 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:
- В котле образуется пар и поступает на первый цилиндр. При этом давление и температура пара очень высокие.
- Пар толкает поршень, при этом температура и давление газа в гильзе снижается.
- Отработанный пар, обладая низким давлением, но уже большим объемом, переводится во второй поршень.
- Второй поршень сдвигается, переводя первый на исходное положение.
- 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.
- 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:
- Образованный в котле пар поступает на золотник.
- Золотник перераспределяет пар на первый цилиндр.
- Пар смещает поршень. За счет смещения перекрывается входной паровой клапан. Клапан защищает гильзу от поступления лишнего объема пара.
- 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.
- 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.
Работает двигатель следующим образом:
- Из котла пар поступает в гильзу высокого давления с золотниковым клапаном.
- Золотник смещается, под действием расширения пара, в верхнюю мертвую точку, открывая канал для поступления пара в нижнюю часть основной гильзы.
- 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.
- Через этот канал, пар поступает за поршень и толкает его в обратном направлении.
- 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.
- Шатун основного поршня сдвигается в направлении маховика и проворачивает его.
- 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:
- Транспорт. В некоторых участках мира все еще курсируют паровозы. На паровозах устанавливается двигатель двойного или множественного расширения.
- Простые двухцилиндровые машины применяются в качестве приводов насосного оборудования в шахтах, химической промышленности.
- Паровые турбины применяются в энергетике. Именно эти устройства являются приводом генераторов.
- Паровые турбины или небольшие двигатели применяются на ТЭЦ для обеспечения подачи тепла.
Именно эти устройства являются приводом генераторов.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.
История паровых машин, часть третья / Техника / stD
«Regina Margherita»
Статья является продолжением написаного вот тут и тут.
Промышленная революция, произошедшая в начале 19 века, нуждалась в мощных и компактных двигателях. Такие характеристики, могли обеспечить двигатели работающие на повышенном давлений пара, о них и пойдёт речь.
Горизонтальная одноцилиндровая стационарная машина.
Благодаря первым паровым машинам появилась возможность приводить в действие различное металлообрабатывающие оборудование, токарные, фрезерные, сверлильные станки и т.д., которые обеспечили необходимое качество изготовления комплектующих для паровых двигателей высокого давления.
Ранние механизмы приводились в действие посредством водяных колёс, которые работали с весьма сомнительной точностью.
Как-то так…
Первый «двигатель высокого давления»
был построен в 1801 году английским инженером и конструктором Ричардом Тревитиком.
..»>О Тревитике
В 1801 году построил первый в истории паровоз «Puffing Devil», затем в 1802 году паровоз «Coalbrookdale» для одноимённой угольной компании.
В 1803—1804 Тревитик при помощи Дж. Стила построил паровоз «Pen-y-Darren», который оказался слишком тяжёлым для чугунных рельсов и не мог использоваться.
В 1803 году, в Гринвиче, взорвался один из насосов Тревитика и убил четыре человека. Этот инцидент был использован Болтоном и Уаттом заявившим что котлы высокого давления очень опасны, а их машины (использующие низкое давление) не представляют угрозы для людей.
В 1808 году построил паровоз более совершенной конструкции, развивавший скорость до 30 км./ч. Паровоз получил название «Catch Me Who Can» («Поймай меня, кто сможет»). Для рекламы паровоза Тревитик построил за свой счет кольцевую дорогу в парке, где соревновался в скорости с лошадьми и перевозил людей ради развлечения.
Ричард Тревитик умер 22 апреля 1833 года в Дартфорде (графство Кент) в полной нищете.
Характерной особенностью этой машины было то, что топка и дымовая труба располагалась внутри котла, это значительно ускоряло время закипания воды. Благодаря такой конструкции удалось уменьшить размеры машины и увеличить КПД.
Сейчас находится в Science Museum (London)
В 1803 году английский инженер Артур Вульф получил патент на улучшение котла для производства пара высокого давления, а в 1804 году запатентовал свое самое известное изобретение — компаунд-машину.
Стоит сказать, что до Вульфа, в 1781 году компаунд-машину запатентовал английский инженер Джонатан Хорнблауэр, но не смог построить её из-за судебных тяжб с Джеимсом Уаттом.
Компаунд-машина
Компаунд-машина имеет два (или больше) рабочих цилиндра разного диаметра.
Свежий пар из котла поступает в меньший цилиндр высокого давления (HP), отработав там (первое расширение), пар перепускается в больший цилиндр (второе расширение) низкого давления (LP).
Такая схема работы позволяет более полно использовать энергию пара и повысить коэффициент полезного действия двигателя.
Компаунды конструктивно имели два варианта:
Цилиндры располагались последовательно на общем длинном штоке (тандем-машина). (рис. а)
Цилиндры располагались параллельно один рядом с другим (перекрёстная схема). (рис. b)
Тандем-машина:
Перекрёстная схема:
Схема вертикальной компаунд-машины с тройным расширением пара:
Двухцилиндровая компаунд-машина Вульфа, построенная в 1858 году.
Цилиндры расположены вертикально, левый (поменьше) высокого давления, правый (побольше) низкого. В целях снижения потерь тепла, они заключены в деревянные рубашки.
Работала при давлении 36 psi (2,4 bar).
Одна из машин использующая схему Вульфа, находится в Англии, на водонапорной станции «Claymills Pumping Station». В рабочем состоянии.
Верхняя часть:
Цилиндры:
Слева колесо (маховик), по центру цилиндры:
Построена в 1885 году компанией «Gimson and Company».
В 1822 году американский изобретатель Джейкоб Перкинс, построил экспериментальную паровую машину работающую на давлении до 30 бар.
Для технологий того времени, примениение столь высокого давления было слишком опасно, поэтому подобные решения нашли применение только спустя много лет.
Однако другая его идея — котёл с расположенными внутри водогрейными трубами, стала примером для всех последующих котлов.
Раскалённые газы, проходя по трубам внутри котла, очень эффективно разогревали воду.
Одно из важнейших событий в области паростроения произошло в 1824 году.
Французкий учёный Сади Карно в сочинении «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» установил максимальный коэффициент полезного действия тепловых машин. Цикл Карно.
Это событие принято считать рождением — Термодинамики.
В 1839 году, немецкий изобретатель Эрнст Альбан, сконструировал одноцилиндровый паровой двигатель высокого давления с качающимся цилиндром.
Идея заключалась в том, чтобы шток поршня крепился непосредственно к кривошипному механизму.
Кривошип
Deutsches Museum
Широкого распространения такие двигатели не получили, однако иногда применялись в судостроении.
Качающийся паровой двигатель, построен в 1853 году компанией «J.&A. Blyth of London» для австрийского парохода «Orsova» Science Museum (London)
Дальше описывать отдельных изобретателей не имеет смысла, так как паровые машины начали строиться повсеместно.
Поэтому предлагаю просто полюбоваться этими великолепными механизмами.
Горизонтальные паровые машины
Экотехнический музей музей в Праге. Насосная станция.
Паровая машина «Corliss»
Science Museum (London)
Тауэрский мост
Раньше поднимала и опускала мост, сейчас это делают гидравлические домкраты. Иногда машину запускают в демонстрационных целях.
Вертикальные компаунд-машины
Машина тройного расширения
Стояла на военном катере.
«Tangye»
Действующая машина. Brede Waterworks
Kempton Great Engines
Общая высота машины 19 метров, мощность 1008 л.с., вес 800 тонн.
Двигатели «Титаника»
На «Титанике» стояли две четырёхцилиндровые компаунд-машины вращающие боковые винты и одна паровая турбина, вращающая средний винт.
Человечек справа
Нынче выглядят так…
На «Титанике» стояло 29 котлов.
Турбина «Титаника»
Современная паровая турбина
На атомных электростанциях, такие штуки крутят генераторы.
На этом наверно всё…
Необычные паровые устройства…
Паровозы…
Паровые автомобили…
Пароходы…
Паровые самолёты…
Все права защищены © 2015 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник
Модель паровой машины тройного расширения — Морской национальный исторический парк Сан-Франциско (Служба национальных парков США)
Масштабная модель паровой машины тройного расширения из латуни и стали, около 14 дюймов в высоту и 20 дюймов в диаметре.NPS, SAFR 8775
Стивен Кэнрайт, куратор парка, Морская история
Мы достали из хранилища маленькую жемчужину модели двигателя и выставляем ее в библиотеке парка (март, апрель, май 2013 г.
). Модель демонстрировалась в старом Пароходном зале Морского музея между 1989 и 2007, и мы рады снова видеть его в открытом доступе.
Модель трехцилиндрового поршневого двигателя тройного расширения. Это был двигатель, который был полностью разработан к началу 1880-х годов и быстро стал доминирующей силовой установкой для океанских пароходов. Они очень эффективно использовали пар относительно высокого давления, циркулируя пар через цилиндры все большего диаметра при все более низком давлении. Практически весь расширительный потенциал пара превращался в движущую силу. Этот двигатель был достаточно эффективным, чтобы океанские пароходы могли с выгодой для себя перевозить практически любой груз через любой океанский проход. Этот двигатель сделал возможным морское грузовое судно и, наконец, обрек на гибель парусные грузовые суда. Ранее пароходы использовались либо для коротких рейсов, либо для перевозки ценных пассажиров на более дальние океанские рейсы.
Двигатель тройного расширения был в значительной степени заменен в коммерческом использовании более сложным паротурбинным двигателем вскоре после начала 20-го века.
Этот тип окончательно возродился на грузовых кораблях Liberty Ship времен Второй мировой войны. Около 2200 автомобилей Liberty были оснащены двигателями тройного расширения, выбранными из-за их относительной простоты изготовления. San Francisco Maritime имеет два полноразмерных двигателя: один на буксире Hercules , а другой на паровой шхуне Wapama 9.0014 . Двигатель Wapama в конечном итоге будет выставлен возле входа на пирс на Гайд-стрит.
Эта искусно сделанная модель, по общему мнению, была изготовлена учениками в модельных и механических мастерских военно-морской верфи Мэр-Айленда, вероятно, в 1920-х годах. Зайдите в библиотеку на третьем этаже корпуса Е, Форт-Мейсон, и проверьте.
Джина Барди, справочный библиотекарь
Приходите в Морскую библиотеку. У нас есть ресурсы для всех, от новичка до эксперта. Вот лишь некоторые (очень немногие…), чтобы намочить свой (паровой) свисток.
Книги:
Гардинер, Роберт.
Появление пара. Нью-Йорк: Conway Press, 1993. Печать.
Компания Бэбкок энд Уилкокс. Пар, его генерация и использование. Babcock & Wilcox Company, 1963.
Хокинс, Неемия. Правила и инструкции для котельной. Нью-Йорк: Т. Одель и Ко. 1902. Печать.
Артикул:
Mactier, Sir Stewart and W.H. Сокольник. «Развитие морской техники». Ливерпульское общество морских исследований. Том. 9. 1955–1961
Сойер, Уильям Д. «Двигатели кузнечика в Эпплтон-холле». Морское письмо. Март 1971 г.: 2–3. Распечатать.
Исторические документы:
Копия журнала Stmr. Сан-Франциско из Нью-Йорка в Сан-Франциско, декабрь 1853 г. HDC105
Документы Роя Бертона Гудвина. HDC 1086
Коллекция состоит из личной переписки, сертификатов, лицензий и других документов, связанных с карьерой Гудвина в качестве главного инженера на паровых шхунах.
Инженерные чертежи Джона Феликса Ширмана. HDC1143 Конструктивные чертежи различных паровых двигателей.
Изображения:
Двигатель с Динамо. Поворот двигателя для USS Olympia. P83-142a.1372g
Двигатель правого борта авианосца «Орегон». П83-142а.2806г
Паровоз в стадии строительства П83-142а. 3701g
Вертикальный паровой двигатель стивидора, построенный Муром и Скоттом A10.8512n
Чертежи:
Hercules. Планы паровой машины. Детали.HDC 128.
Президент Гувер. Паровые котлы, морские. Устройство машины, детали. HDC 460.
Эпплтон Холл. Паровые котлы, морские. Устройство машины, детали. HDC 555.
Чтобы записаться на прием, чтобы увидеть это и многое другое, свяжитесь с Джиной Барди по адресу [email protected] или по телефону 415/561-7033.
Двигатели тройного расширения — Музей пара Кемптона
Самый большой в мире действующий паровой двигатель Двигатели Sir William Prescott и Lady Bessie Prescott представляют собой перевернутые морские двигатели тройного расширения.
Они были построены Уортингтоном Симпсоном в Ньюарк-он-Трент и названы в честь председателя Столичного водного совета и его жены. Двигатели устанавливались на каждый насос с 12 по 19.миллионов галлонов питьевой воды в день в резервуары в Северном Лондоне для снабжения пресной водой Сити, Центрального, Восточного и Западного Лондона.
Двигатели тройного расширения высотой 62 фута и весом 800 тонн. Они развивают максимальную скорость 25,4 оборота в минуту и генерируют 1008 водяных лошадиных сил. Каждый двигатель имеет три цилиндра двойного действия, известные как цилиндры высокого, среднего и низкого давления. Каждый измеряет 29, 54 и 86 дюймов соответственно. В дни службы пар поступал в цилиндр высокого давления со скоростью 200 фунтов на квадратный дюйм. Давление было снижено до 60 фунтов на квадратный дюйм для работы в условиях консервации. В оставшихся двух цилиндрах пар используется повторно, после чего он выбрасывается в отдельный конденсатор, создающий вакуум. Группа угольных котлов в соседней котельной изначально производила пар.
Теперь пар вырабатывается небольшим газовым котлом.
Кривошипные шатуны расположены под углом 120 градусов друг к другу, что обеспечивает плавную, сбалансированную работу двигателя и стабильную подачу воды из насосов в водопровод. В вращении двигателей нет места, где нет насоса, подающего воду.
Двигатели тройного расширения были введены в эксплуатацию в 1929 году министром здравоохранения Артуром Гринвудом и прекратили работу в 1980 году, когда Кемптон-Парк превратился в электрическую насосную станцию.
Двигатели тройного расширения «Сэр Уильям Прескотт» (№ 6) и «Леди Бесси Прескотт» (№ 7) являются зеркальным отображением друг друга.
Двигатели тройного расширения RMS Titanic
Двигатели тройного расширения в Кемптон-парке аналогичны по конструкции и размеру двигателям на борту RMS Titanic. Их часто используют в фильмах и документальных фильмах о злополучном корабле.
Технические детали
| Название | Паровозик сэра Уильяма Прескотта и паровозик леди Бесси Прескотт (№№ 6 и 7) |
| Построен | 1928 |
| Введен в эксплуатацию | 1929 |
| Производитель двигателей | Worthington Simpson Ltd. |