Паровые и воздушные машины. Устройство и принцип действия паровой машины

ПАРОВЫЕ И ВОЗДУШНЫЕ МАШИНЫ

Устройство и принцип действия паровой машины

Паровой машиной называется поршневой двигатель, в цилиндрах которого потенциальная энергия водяного пара непосредственно превращается в механическую работу, отдаваемую потребителю. Одноцилиндровая паровая машина показана на рис. 73.

Цилиндр 1 паровой машины с обеих сторон закрыт крышками 3 и 24, образуя две рабочие полости. Цилиндры, в которых рабочими являются обе полости, называются цилиндрами двойного действия.

Иными словами, пар в них совершает работу попеременно по обе стороны поршня.

Соединение поршня 2 с шатунно-кривошипным механизмом, предназначенным для превращения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное * движение вала, в цилиндрах двойного действия всегда осуществляется штоком 23 и особым шарнирным устройством (ползуном) 22, двигающимся в параллелях. В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником. Поршень снабжен пружинящими кольцами, затрудняющими перетекание пара из одной полости цилиндра в другую.

Крайние положения поршня в цилиндре называются мертвыми. На рисунке эти положения отмечены цифрами / и //. Путь, совершаемый поршнем при движении от одного мертвого положения к другому, называется ходом поршня 5, а объем, описываемый поршнем, — рабочим объемом цилиндра V_h.

Для впуска острого (свежего) пара и выпуска отработавшего пара паровые машины имеют специальные устройства, называемые парораспределениями. Парорас-пределения бывают клапанные, крановые и золотниковые. На рисунке показано наиболее распространенное золотниковое парораспределение. Оно состоит из цилиндрического золотника 12, совершающего поступательно-возвратное движение в золотниковой втулке 9 со шлифованным золотниковым зеркалом, и приводного механизма.

Золотниковая втулка имеет две крышки. К левой крышке присоединяется трубопровод острого пара, в правой имеется уплотнение (сальник) для предотвращения утечек пара между штоком 13 золотника и крышкой. В золотниковой втулке имеются паровые каналы 4, которые используются для впуска острого пара в полость цилиндра и для выпуска отработавшего. Впуском острого пара в полости цилиндра управляют внешние кромки 10 золотника, а выпуском отработавшего пара — внутренние кромки 11. Такого рода золотники называются золотниками с внешним впуском. Очень часто применяются золотники с внутренним впуском. В первом типе золотника отработавший пар выходит из машины по трубопроводу 25, во втором — по этому трубопроводу в машину поступает острый пар, а выпуск отработавшего пара производится через паропровод

Механизм привода золотника состоит из эксцентрика 17, насаженного на коленчатый вал 18, хомута 16 с шатуном 15, шарнирного соединения 14 и штока 13.

Рабочий процесс паровой машины зависит от устройства и регулировки парораспределения, которое проектируется с учетом тех условий, в которых предполагается использовать паровую машину (привод генератора, гребного винта, насоса, компрессора и т. д.), и требований, предъявляемых этими условиями. Было доказано, что для получения наибольшей работы необходимо, чтобы:

поступление острого пара в цилиндр паровой машины и выпуск отработавшего пара начинались с некоторым предварением, т. е. до прихода поршня в соответствующее мертвое положение;

впуск острого пара происходил не на протяжении всего хода поршня, а только на части его для обеспечения расширения пара в цилиндре;

выпуск отработавшего пара происходил не на протяжении всего хода поршня, а только на части его (следовательно, в конце хода поршня оставшаяся часть пара должна подвергаться сжатию).