Паровая машина

Версия 08:43, 20 августа 2015 zxmerlin:ru обсуждение вклад Просмотреть исходный код ← Предыдущая правка			Версия 17:52, 4 февраля 2017 zoom70:ru обсуждение вклад Просмотреть исходный код Следующая правка →
Строка 1:			Строка 1:
?	[[Файл:6_9.jpg|thumb|<includeonly>left</includeonly>|200 px|1 — муфта; 2 — редуктор; 3 — турбина отработавшего пара; 4 — переключающий клапан; 5 — конденсатор; 6 — выход воды; 7 — вход пара; 8 — паровая машина трехкратного расширения; 9 — гребной вал.]]		+	'''[[Navy:Паровая машина|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.
?	'''[[Navy:Паровая машина|Паровая машина]]''' — тепловой поршневой двигатель возвратно-поступательного движения, в котором потенциальная энергия водяного пара преобразуется в механическую энергию вращения вала. Паровая машина является первым тепловым двигателем, использованным для движения судов. Своего расцвета паровые машины достигли в начале XX в., их мощность составляла 15 тыс. кВт. Достоинствами паровых машин, сохраняющимися до настоящего времени, являются простота конструкции и обслуживания, а также обеспечение использования полной мощности машины при повышении нагрузки на движителе. К середине XX в. применение паровых машин на судах практически прекратилось из-за их низкого КПД, большой массы и габаритов.<noinclude>		+
?			+
?	Коэффициент полезного действия энергетической установки с поршневой паровой машиной возрастает с уменьшением конечного значения давления рабочего пара. Однако вместе с этим объем пара увеличивается настолько, что цилиндр низкого давления должен был бы иметь огромный диаметр. По этой причине в более поздних конструкциях поршневых паровых машин стали прибегать к комбинированию, т. е. поршневая паровая машина трехступенчатого расширения соединялась с турбиной отработавшего пара, причем эта турбина имела приблизительно четыре ступени расширения.		+
?			+
?	Такая конструкция изображена на рисунке. Пар, выходящий из цилиндра низкого давления поршневой паровой машины, проходит в турбину, затем в конденсатор. Так как частота вращения турбины намного выше, чем у поршневой паровой машины, между валом турбины и гребным валом установлена понижающая двухступенчатая зубчатая передача и муфта. Последняя устраняет различия в частоте вращения, а также случайные нагрузки и удары, возникающие, например, из-за неравномерной нагрузки судового движителя при выходе из воды и т. д. Переключающий клапан направляет отработавший пар от паровой машины непосредственно к конденсатору, мимо турбины. Это бывает необходимо в случае изменения частоты вращения машины при маневрировании или заднем ходе.		+
?			+
?	==Схема поршневого блока==		+
?			+
?	[[Файл:Triple_expansion_engine_animation.gif|thumbnail|right|схема поршневого блока паровой машины трехкратного расширения]]		+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?	==Парогенераторы паровой машины==		+
?			+
?	[[Файл:Babcock & Wilcox superheater (Rankin Kennedy, Modern Engines, Vol IV).jpg|thumbnail|right|паровой котел системы «Бэбкок энд Уилкокс»]]		+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
?			+
			+	[[Файл:Паровая машина c горизонтальным расположением цилиндров.gif|thumbnail|right|Паровая машина c горизонтальным расположением цилиндров]]Поршневые паровые машины появились на рубеже XVII - XVIII веков, позже были усовершенствованы шотландским инженером Джеймсом Уаттом ({{lang-en|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 ({{lang-fr|Denis Papin}}), построивший в 1707 году колесную лодку. В 1807 году Роберт Фултон ({{lang-en|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 ({{lang-en|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 ({{lang-en|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 ({{lang-en|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.
			+	[[Файл:Triple_expansion_engine_animation.gif|thumbnail|right|схема поршневого блока паровой машины трехкратного расширения]]Другой 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 судостроеннии 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 половине XIX века.
			+
			+	Кроме совершенствования механической части, производились изменения и в принципиальном устройстве паровых машин. В 1824 году Джеймс Аллер ({{lang-en|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.
	</noinclude><!--			</noinclude><!--

Версия 17:52, 4 февраля 2017

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.

Поршневые 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.

Другой 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 судостроеннии 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 половине 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.