ЭСБЕ/Паровые машины: различия между версиями
[досмотренная версия] | [досмотренная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Lozman (обсуждение | вклад) Новая: «{{ЭСБЕ|ВИКИПЕДИЯ=Паровые машины|ПРЕДЫДУЩИЙ=Паровые котлы|СЛЕДУЮЩИЙ=Пароди, Доминик-Александр|СПИСО...» |
Spaniel (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
Строка 1:
{{ЭСБЕ|ВИКИПЕДИЯ=Паровые машины|ПРЕДЫДУЩИЙ=Паровые котлы|СЛЕДУЮЩИЙ=Пароди, Доминик-Александр|СПИСОК=140}}
'''Паровые машины'''
I. Паровая машина есть машина-двигатель, в которой движущей силой служит пар, образуемый из воды или иной жидкости действием огня. Мысль воспользоваться упругостью водяного пара, как движущей силой, возникла очень давно и привела Герона Александрийского, еще за 120 лет до Р. Хр., к изобретению эолопила, пустотелого металлического шара с двумя противоположно отогнутыми на концах трубками, вращаемого струей вытекающего из трубок пара. Но до применения движущейся силы пара к потребностям промышленной жизни протек длинный ряд столетий. Путь был расчищен в XVII столетии доказательствами весомости окружающего нас воздуха и производимого им давления, величина которого измеряется весом ртутного столба в 760
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b44_864-7.jpg|right|thumb|450px|ПАРОВЫЕ МАШИНЫ I.]]
При превращении в пар небольшого количества воды на дне цилиндра ''С,'' прикрытого сверху крышкой ''d'' и снабженного поршнем. ''K,'' последний станет подниматься вверх. Закрепив железным засовом ''е'' поршень в высшем его положении, прекращают затем действие огня, вследствие чего пар сгущается и поршень начинает опускаться под атмосферным давлением воздуха сверху; при этом он может производить механич. работу, поднимая напр. груз, подвешенный к перекинутой через блоки ''rr'' веревке ''s.'' Прибор Папина, по уничтожении бесполезного засова ''е,'' является родоначальником атмосферных П. машин, в которых рабочее движение поршня производится атмосферным давлением воздуха, обратное же движение поршня совершается давлением пара, преодолевающего давление воздуха с противоположной стороны. Дальнейшее развитие П. машин состояло в устранении содействия атмосферного давления воздуха для производства паром механической работы. Упомянутая выше машина Сэвери имела следующее устройство (черт. 2 т. I): пар, притекающий из котла по трубе ''Е'' давит непосредственно на воду, находящуюся в сосуде, или приемнике, ''С,'' и гонит ее вверх по нагнетательной трубе; затем, закрыв кран в трубе ''Е,'' прекращают приток пара и открывают кран ''F,'' по которому холодная вода течет в кожух (оболочку), окружающий приемник ''С;'' охлаждаемый извне пар сгущается внутри приемника и в образующуюся пустоту притекает снизу по всасывающей трубе вода, гонимая атмосферным давлением воздуха на поверхность воды в колодце; вода приподымает нижний (всасывающий) клапан в клапанной коробке ''K'' и наполняет приемник ''С;'' по наполнении закрывают кран ''F'' и снова пускают пар, вследствие чего вода устремляется из приемника в нагнетательную трубу, закрывая нижний (всасывающий) и открывая верхний (нагнетательный) клапан в коробке ''K.'' Машина Сэвери ныне возродилась вновь в сильно усовершенствованном виде так наз. пульсометра (см. Пульзометры [Пульсометры]), точно так же как мысль, положенная в основание устройства эолопила, осуществилась ныне в устройстве П. турбин (см. Турбины П.). В России, по свидетельству Кларка («Горный Журн.», 1826, т. X, стр. 63), одна из первых машин, устроенных капитаном Сэвери была выписана Петром Вел. из Англии и хранилась в СПб. в Летнем саду. П. котел в ней вмещал 5—6 бочек, а приемник
II. ''Действие пара в П. машинах.'' В машинах без расширения пар впускается на всем протяжении хода поршня, следовательно, все время действует на поршень полным своим давлением. Это простейший способ действия пара в машинах. Если ''р''
''λ ='' 606,5 + 0,305''t''
есть количество теплоты для превращения 1
{| class=standard
Строка 19:
| Давление ''р'' в атмосф. || 1 || 14
|-
| Работа ''p(s
|-
| ''p(s
|}
При переходе от давления в 1 атм. к давл. в 14 атм., объем ''(s
{| class=standard
Строка 34:
| ''1:(1 + х) ='' || 1,9543 || 0,9130 || 0,59006 || 0,3832 || 0,3028 || 0,2503 || 0,1784
|-
| Сбережение топлива || 4,66 % || 8,7 % || 40,94 % || 61,68 % || 69,72 % || 74,95 % || 82,16 %
|}
Здесь под расширением разумеется отношение объема пара в конце расширения к объему до расширения. Из таблицы следует, что полная работа пара до и после расширения будет тем больше, чем больше расширения. Так, пар, расширившийся в объеме в 20 раз, даст полную работу в 4 раза больше, след., при работе с 20-м расширением для производства работы, одинаковой с работой без расширения, потребуется в 4 раза меньшее весовое количество пара и во столько же раз меньшее количество теплоты. Вообще если ''1 + х'' есть полная работа пара с расширением, при работе без расширения = 1, то для производства одинаковой работы потребуется затратить в ''1 + х'' раз меньше теплоты, нежели при работе без расширения, и теоретическое сбережение топлива, выраженное в процентах, будет <math>\left(\frac{x}{1+x}\right)100</math>.
Из таблицы видно, что в начале, при небольших расширениях, сбережение топлива возрастает довольно быстро, но потом все медленнее и медленнее. Достигая почти 62 % при 5-м расширении, сбережение увеличивается всего на 8 % при 10-м и на 13 % при 20-м расширении; точно так же, составляя при 10-м около 70 %, сбережение возрастает всего на 12 % при 100-кратном расширении. А между тем, с увеличением расширения, объем парового цилиндра, в котором должен помещаться расширенный пар, довольно быстро возрастает, вместе же с объемом возрастает и стоимость машины. Для выполнения одинаковой работы при одинаковом давлении во время впуска, потребуется примерно в <math>\frac{n}{1+x}</math> раз больший объем машины (цилиндра), где ''n'' есть расширение. Так, при 2-м расширении (''n'' = 2), потребуется объем в 1,18, или на 18 %, больший, а при 20-м объем в 5 раз больший. Следовательно, чрезмерно большие расширения невыгодны. В машинах без расширения, с увеличением давления пара, при одинаковой работе, объем машины весьма быстро уменьшается; так, при 14 атм. объем в 12 раз меньше объема при 1 атм. давления. Сказанное применимо и к машинам с расширением; в них тоже, с целью уменьшить объем и стоимость машины, следует увеличивать давление пара в котле. Было известно давно, что действительный расход пара значительно больше вычисленного теоретически, но причина этого различия долгое время не была разъяснена. Причина заключалась главным образом в том, что вес вычислялся по объему пара в цилиндре в конце впуска, предполагая объем этот наполненным сухим насыщенным паром; в действительности же часть впускаемого в цилиндр пара всегда сгущается в воду, вследствие соприкасания со стенками цилиндра, охлажденными во время выпуска пара. Объем воды, при одинаковом весе, незначителен в сравнении с объемом пара; пренебрегая первым, можно сказать, что если бы напр. весь объем впущенного в цилиндр пара сгустился в воду, то для заполнения образовавшейся пустоты потребовалось бы впустить еще такое же количество пара, и тогда действительный расход оказался бы вдвое более теоретического. В машинах с расширением пара стенки цилиндра охлаждаются не только во время выпуска, но и во время расширения, поэтому в них сгущение пара при впуске тем значительнее, чем больше расширение. Вследствие этого
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b44_864-4.jpg|right|thumb|600px|ПАРОВЫЕ МАШИНЫ IV.]]
''III. Парораспределительные и регулирующие приборы.'' Простейший парораспределительный прибор есть обыкновенный коробчатый золотник, имеющий вид опрокинутой вверх дном металлической коробки.
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b44_864-5.jpg|right|thumb|600px|ПАРОВЫЕ МАШИНЫ V.]]
На черт. 2 (табл. V) показано (в разрезе) одно из лучших устройств этого рода, в применении к двойному золотнику Мейера (см. далее); для устранения протоков пара между уравновешивающим кольцом ее и крышкой, кольцо прижимается к крышке двумя крестообразно укрепленными на спинке ''АА'' золотника (точнее на особой доске, составляющей одно целое с золотником) стальными пружинами ''ff,'' а для устранения боковых протоков пара прикрепляется снизу, под кольцом, особая, тониной в лист писчей бумаги, металлическая (железная или стальная) упругая перепонка, в виде плоского кольца с выдавленным посредине, вдоль всей окружности кольца, полукруглым желобком; перепонка эта своей внутренней закраиной плотно зажимается между кольцом ее и привинченной к кольцу бронзовой кольцевой накладкой, а внешней закраиной между подобной же накладкой и закраиной короткого цилиндра на спинке (или доске ''АА).'' Упругая перепонка применена Дау и Хольтом (Dawe and Holt) с целью устранить протоки пара, происходившие от неплотности набивок и от жесткости устройств, препятствовавшей плотному прилеганию кольца к крышке при движении золотника
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b44_864-2.jpg|right|thumb|600px|ПАРОВЫЕ МАШИНЫ II. 1. Горизонтальная паровая машина с парораспределением Зульцера. 2. Горизонтальная паровая машина Вульфа. 3. Вертикальная паровая машина.]]
В «псевдостатических» регуляторах, каковы регулятор Клея с перекрестными ручками (черт. 5, т. I), регулятор Прелля (черт. 9, т. I) и другие, кривая равновесных скоростей имеет вид, изображенный, на черт. 12, т. V, сплошной линией. При известном положении ''С<sub>а</sub>'' муфты, ниже допускаемого полного «хода» ее ''C<sub>1</sub>C<sub>2</sub>,'' кривая имеет касательную, параллельную оси в точке ''К<sub>а</sub>'' (точка псевдоастатизма); при неумелом выбор размеров эта точка может оказаться не только в пределах хода муфты, но даже и выше, как показывает прерывная линия, и тогда регулятор будет совершенно непригоден для службы. Правильно устроенные псевдоастатические регуляторы выгодны в том отношении, что при одинаковой «степени равномерности регулятора», при одинаковой разнице скоростей для наибольшей и наименьшей нагрузки машины и одинаковом весе и размере в высоту, они «чувствительнее» статических, т.
IV. ''Типы П. машин.'' Теоретически пар. машиной следует считать всякий прибор, в котором, теплотой, при посредстве пара, производится механическая работа. В действительной жизни, однако, под этим общим именем разумеют обыкновенно универсальный (всеобщий) двигатель, пригодный для всякого рода работ, в отличие от специально водоподъемных машин, вроде пульсометров, от различных пароструйных приборов (инжекторов, эжекторов), от переносных машин (локомобилей), пароходных и паровозных машин и прочих, имеющих специальное назначение, например прокатных, рудничных. От П. машин обыкновенного устройства, с прямолинейно движущимися поршнями, отличают также «коловратные» (ротативные) машины с вращающимися поршнями, непосредственно вращающими главный вал, и машины с особым действием в них пара
[[Файл:Brockhaus and Efron Encyclopedic Dictionary b44_864-3.jpg|right|thumb|450px|ПАРОВЫЕ МАШИНЫ III. Быстроходная паровая машина компаунд Вестингауза.
Это машина простого действия, с целью производить давление на поршни и кривошипы, или колена вала, только в одном направлении, для устранения ударов в шарнирных сочленениях. Шарниры прикреплены непосредственно к поршням, причем поршень большого цилиндра направляется особой трубой, а поршню малого, с той же целью, придана значительная длина. Колена вала снабжены уравновешивающими их противовесами. Вал помещен в закрытой камере, наполненной до половины водой, со слоем смазочного масла, для обильной непрерывной смазки подшипников и всех шарнирных сочленений. Парораспределение производится помещенным вверху горизонтальным трубчатым золотником, получающим движение от эксцентрика, перестанавливаемого на виду, для изменения отсечки особым центробежным регулятором, так наз. «плоским регулятором», или «регулятором в маховике». На той же таблице показана большая вертикальная машина компаунд с охлаждением, в 800 сил, при 160 оборотах в минуту, вращающая большую динамо-машину Шукерта. Смазка в ней производится, как в современных пароходных машинах, системой трубок, подводящих масло из особых ящиков или резервуаров, прикрепленных к станине между цилиндрами. Трубки эти подводят масло, непрерывно капающее из отверстий в дне ящика, к масленкам, доставляющим смазку ко всем движущимся частям машины. Ротативные, или «коловратные», П. машины не получили сколько-нибудь значительного распространения. Главной причиной их сравнительно малого успеха является быстрая изнашиваемость вращающихся поршней, или лопаток, влекущая за собой значительный расход пара, вследствие пропускания его поршнями через зазоры между ними и стенками цилиндра или барабана. В некоторых из них вращается не вал с поршнями или лопатками, а барабан, служащий одновременно маховиком и ременным шкивом.
V. ''Определение размеров П. машин.'' Ограничимся определением размеров обыкновенных одноцилиндровых машин двойного действия. Пусть ''F''
<math>75N_i = 10000p_i Fc</math> . . . (1)
Приблизительно, в машинах с весьма незначительным сжатием пара, от которых отличаются машины с парораспределением кулисами, дающими значительное сжатие, можно принять, для вычисления ''p<sub>i</sub>'' следующую приближенную формулу <ref>В пределах от ''x'' = 1 до ''x'' = 20, с погрешностью не более 4,5 %. можно принять:
<math>\frac{1 + \mbox{log. nat. } x}{x} = \frac{9}{7 + 2x}</math></ref>:
Строка 69:
<math>p_i = \frac{9}{7 + 2x}p-p'</math> . . . (2)
где ''р''
<math>x = \frac{p}{a}</math> . . . (3)
Строка 85:
<math>\eta = 0,63 + 0,23\frac{N_n}{N_n + 20}</math> . . . (6)
Расход ''Q'' пара, в кг в час, слагается, во 1-х, из полезного расхода на наполнение объема при впуске сухим паром; этот расход, для приблизительного расчета, можно принять равным
<math>14 \frac{p}{p_i}\left(\frac{l_1}{l} + m\right)N_i</math>,
Строка 95:
''Пример.'' Определим размеры одноцил. маш в 100 сил, с охлаждением, при давлении в котле в 95 фн. (англ.) по манометру. Давление в 95 фн. соответствует р<sub>0</sub> = 95/14 = 6,33 атм. и тогда, по форм. (4):
''p'' = 0,9(6,33 + 1)
Принимая <math>x = \frac{l}{l_1} = 10</math> (уравнение 3), находим, по форм. (2):
Строка 105:
''Fc'' = 0,514.
Скорость ''с'' в обыкновенных машинах, бывает от 1 до 2,6
<math>F = \frac{\pi}{4}d^2=0,257</math>,
откуда ''d'' = 0,572
Ход ''l'' берется в пределах от ''d'' до ''3d''. Принимая ''l'' = ''2d'' = 1,144
Если требуется большее число оборотов, то этого можно достичь увеличением ''с'' и уменьшением ''l.'' Так, напр., принимая в предыдущем примере ''с'' = 2,5
''F'' = 0,2056; ''d'' = 0,51
Принимая ''m'' = 0,05 (''m'' = 0,03 до 0,1, в зависимости от конструкции парораспределительного прибора) и скорость ''с'' = 2
''Q'' = 10,5×122 = 1281
Увеличивая этот расход еще на 10 % для расходования пара в паровые рубашки и проч. находим окончательно ''Q'' = 1410
VI. ''Испытания П. машин. Индикатор и индикаторные диаграммы.'' Обыкновенное испытание П. машины состоят в определении расхода топлива, количества питательной воды и числа индикаторных сил машины. Расход топлива определяется взвешиванием на десятичных весах его порций, забрасываемых в топку во время опыта. Количество питательной воды определяется или непосредственным взвешиванием, или расходованием из заранее обмеренных баков (ящиков или резервуаров), снабженных указателями или шкалами, показывающими объем расходуемой воды; можно пользоваться и водомерами, но только после тщательной их выверки до и после опыта. Давление пара в котле и положение уровня воды должны наблюдаться во все время опыта через точно определенные промежутки времени, причем давление поддерживают по возможности без изменения, а уровень воды к концу опыта доводят до высоты, бывшей в начале опыта. Погрешности от несоблюдения последнего условия, а также и не вполне точного приведения слоя топлива на колосниковой решетке и силы огня к одинаковым условиям в начале и в конце опыта, тем менее влияют на результат, чем продолжительнее опыт. Измерение индикаторной работы производится ''индикатором.'' Основная мысль его устройства весьма проста: если паровой цилиндр соединить возможно короткой и достаточно широкой трубкой с другим маленьким цилиндром, в котором производимое паром на поршенек давление уравновесить давлением пружины с противоположной стороны и затем к оконечности стержня поршенька прикрепить карандаш, перед которым двигать бумагу вперед и назад так, чтобы она перемещалась под прямым углом к движению карандаша и притом пропорционально перемещениям поршня машины, то карандаш начертит на бумаге кривую линию, по которой можно определить, для всякого положения поршня, величину давления пара, уравновешиваемого пружиной, совершенно так, как определяется груз взвешиванием его на обыкновенных пружинных весах. Вместо поступательного движения бумаге можно придать вращательное, навернув ее на цилиндрический барабан. Для машин со значительной скоростью необходимо уменьшить влияние инерции поршенька и связанных с ним масс на показания индикатора, для чего должно брать более тугие пружины, ограничивающие размах, а следовательно, и скорость движения поршенька. Но с целью не уменьшать при этом высоты перемещения карандаша, последний прикрепляют к особому направляющему механизму, связанному с поршеньком и устроенному так, что карандаш перемещается в одинаковом с поршеньком направлении, но проходя в несколько раз больший путь. На черт. 1, табл. V изображен весьма распространенный индикатор Ричардса (Richards). В нем карандаш ''Z'' прикреплен к направляемой прямолинейно точке механизма, называемого параллелограммом Ватта. Оси ''q, q<sub>1</sub>'' рычагов ''g, g<sub>1</sub>'' параллелограмма прикреплены к отросткам ''х, х<sub>1</sub>'' обоймы ''a,'' охватывающей верхнюю половину цилиндра индикатора. Вращая обойму можно подводить и удалять карандаш от бумаги. Барабан, на котором закрепляется бумага, насажен на ось, параллельную стержню индикатора и прикрепленную к доске ''V'' другой обоймы, туго насаженной на нижнюю половину цилиндра индикатора. Барабан приводится в движение шнуром, помещенным в желобке внизу барабана; шнур пропущен через направляющие ролики ''r, r<sub>1</sub>'' и прикреплен к особому механизму, рычагу, или прибору, называемому уменьшителем хода (Hubverminderer), при помощи которого шнуру сообщаются перемещения, пропорциональные перемещениям поршня машины. Обратное движение барабану индикатора сообщается спиральной пружиной ''u,'' укрепленной на верху оси, на которой сидит барабан. При помощи гайки ''D'' индикатор прикрепляется к трубке с краном, другой конец которой приводится в сообщение с внутренностью парового цилиндра. До начала снятия диаграммы вращением этого крана сообщают индикатор с наружным воздухом и, подводя карандаш к движимому шнуром барабану, вычерчивают «линию атмосферного давления». Во время опыта индикаторные диаграммы снимаются через определенные промежутки времени. Диаграмма машины с расширением и охлаждением изображена на черт. 4 табл. IV.
Строка 137:
<math>A_0 = a_0 + a_10</math>; <math>A_1 = a_1 + a_3 + a_5 + a_7 + a_9</math>; <math>A_2 = a_2 + a_4+ a_6 + a_8</math>.
По линии ''a,'' зная масштаб пружины, т.
VII. ''Статистические сведения, вес и стоимость.'' Общее число всех П. двигателей в России в 1891
{| class=standard
Строка 181:
|}
Число П. машин на всем земном шаре от 1800 до 1900 тыс., а число сил от 54 до 60
{| class=standard
Строка 198:
|}
Машина с охлаждением дороже на 10 % а компаунд на 15 %. Вес машины с охлаждением (Haeder) вместе с маховиком:
{| class=standard
Строка 204:
| Диаметр || 300 || 400 || 500 мм
|-
| Ход || 500 || 700 || 900
|-
| вес || 4430 || 8850 || 14670 кг
|