Zasada działania silnika parowego

Zadowolony

adnotacja

1. Część teoretyczna

1.1 Łańcuch czasu

1.2 Silnik parowy

1.2.1 Kocioł parowy

1.2.2 Turbiny parowe

1.3 Maszyny parowe

1.3.1 Pierwsze parowce

1.3.2 Narodziny pojazdów dwukołowych

1.4 Zastosowanie silników parowych

1.4.1 Zaleta silników parowych

1.4.2 Wydajność

2. Część praktyczna

2.1 Budowa mechanizmu

2.2 Sposoby poprawy maszyny i jej wydajności

2.3 Kwestionariusz

Wniosek

Bibliografia

Podanie

silnik parowyprzydatne działanie

adnotacja

Niniejsza praca naukowa składa się z 32 arkuszy i zawiera część teoretyczną, część praktyczną, aplikację i wniosek. W części teoretycznej poznasz zasadę działania maszyn parowych i mechanizmów, ich historię oraz rolę ich zastosowania w życiu. W części praktycznej szczegółowo opisano proces projektowania i testowania mechanizmu parowego w domu. Ta praca naukowa może służyć jako wyraźny przykład pracy i wykorzystania energii pary.

Wstęp

Świat posłuszny wszelkim kaprysom natury, gdzie maszyny napędzane są siłą mięśni lub siłą kół wodnych i wiatraków – taki był świat techniki przed powstaniem maszyny parowej. na przykład kartka papieru), która znajduje się na jego drodze.Skłoniło to osobę do myślenia o tym, jak wykorzystać parę jako czynnik roboczy. W wyniku tego, po wielu eksperymentach, pojawiła się maszyna parowa.I wyobraźcie sobie fabryki z dymiącymi kominami, silnikami parowymi i turbinami, lokomotywami parowymi i parowcami - cały złożony i potężny świat inżynierii parowej stworzony przez człowieka. jedyny uniwersalny silnik i odegrał ogromną rolę w rozwoju ludzkości.silnik parowy był impulsem do dalszego rozwoju pojazdów. Przez sto lat był to jedyny silnik przemysłowy o wszechstronności, która umożliwiała jego zastosowanie w fabrykach, na kolei i w marynarce wojennej.Wynalezienie silnika parowego to ogromny skok, który stał na przełomie dwóch epok. I przez wieki całe znaczenie tego wynalazku jest odczuwalne jeszcze bardziej.

Hipoteza:

Czy można zbudować własnymi rękami najprostszy mechanizm, który działał z parą?

Cel pracy: zaprojektowanie mechanizmu poruszającego się na parze.

Cel badawczy:

1. Studiuj literaturę naukową.

2. Zaprojektuj i zbuduj najprostszy mechanizm napędzany parą.

3. Rozważ możliwość zwiększenia wydajności w przyszłości.

Ta praca naukowa posłuży jako podręcznik do lekcji fizyki dla uczniów szkół średnich oraz dla osób zainteresowanych tym tematem.

1.Teormitykalna część

Silnik parowy to cieplny silnik tłokowy, w którym energia potencjalna pary wodnej pochodzącej z kotła parowego zamieniana jest na pracę mechaniczną ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka lub ruchu obrotowego wału.

Para jest jednym z najczęstszych nośników ciepła w układach cieplnych z podgrzewaną cieczą lub gazowym płynem roboczym, obok wody i olejów termalnych. Para wodna ma szereg zalet, m.in. prostotę i elastyczność użytkowania, niską toksyczność, możliwość dostarczenia znacznej ilości energii do procesu technologicznego. Może być stosowany w różnych układach, w których chłodziwo styka się bezpośrednio z różnymi elementami wyposażenia, skutecznie przyczyniając się do obniżenia kosztów energii, redukcji emisji i szybkiego zwrotu.

Prawo zachowania energii jest podstawowym prawem natury, ustanowionym empirycznie i polegającym na tym, że energia izolowanego (zamkniętego) układu fizycznego jest zachowywana w czasie. Innymi słowy, energia nie może powstać z niczego i nie może zniknąć donikąd, może tylko przechodzić z jednej formy w drugą. Z fundamentalnego punktu widzenia, zgodnie z twierdzeniem Noether, prawo zachowania energii jest konsekwencją jednorodności czasu iw tym sensie jest uniwersalne, to znaczy nieodłączne od systemów o bardzo różnej naturze fizycznej.

1.1 Łańcuch czasu

4000 pne NS. - człowiek wynalazł koło.

3000 pne NS. - w starożytnym Rzymie pojawiły się pierwsze drogi.

2000 pne NS. - koło nabrało dla nas bardziej znajomej formy. Ma teraz piastę, obręcz i szprychy łączące je.

1700 p.n.e. NS. - pojawiły się pierwsze drogi wyłożone drewnianymi belkami.

312 pne NS. - Pierwsze kamienne drogi zbudowano w starożytnym Rzymie. Mur miał metr grubości.

1405 – pojawiły się pierwsze wiosenne powozy konne.

1510 – powóz konny otrzymał korpus ze ścianami i dachem. Pasażerowie podczas podróży mieli możliwość zabezpieczenia się przed niepogodą.

1526 - Niemiecki naukowiec i artysta Albrecht Durer opracował ciekawy projekt "powozu bezkonnego", napędzanego siłą ludzkich mięśni. Ludzie idący po bokach powozu obracali specjalnymi uchwytami. Ten obrót był przenoszony za pomocą przekładni ślimakowej na koła załogi. Niestety wagon nie został wykonany.

1600 - Simon Stevin buduje jacht na kołach, napędzany siłą wiatru. Stała się pierwszym projektem powozu bezkonnego.

1610 - wagony przeszły dwie znaczące ulepszenia. Po pierwsze, zawodne i zbyt miękkie pasy, które kołysały pasażerów podczas podróży, zostały zastąpione stalowymi sprężynami. Po drugie, poprawiono uprząż dla konia. Teraz koń ciągnął powóz nie szyją, ale klatką piersiową.

1649 - Przeszły pierwsze testy użycia sprężyny skręconej wcześniej przez człowieka jako siły napędowej. Powóz z napędem sprężynowym został zbudowany przez Johanna Houcha w Norymberdze. Historycy jednak kwestionują tę informację, ponieważ istnieje wersja, że ​​zamiast dużej sprężyny w wagonie siedział mężczyzna, który wprawił mechanizm w ruch.

1680 - w dużych miastach pojawiły się pierwsze przykłady konnego transportu publicznego.

1690 Stephan Farffler z Norymbergi wynajduje trójkołowy wózek, który porusza się z dwoma rączkami obracanymi ręcznie. Dzięki temu napędowi konstruktor wagonu mógł przemieszczać się z miejsca na miejsce bez pomocy nóg.

1698 - Anglik Thomas Severi zbudował pierwszy kocioł parowy.

1741 - rosyjski mechanik-samouk Leonty Łukjanowicz Szamszurenkow wysłał do kancelarii prowincji Niżny Nowogród „raport” z opisem „samodzielnego wózka inwalidzkiego”.

1769 Francuski wynalazca Cugno buduje pierwszy na świecie silnik parowy.

1784 James Watt buduje pierwszy silnik parowy.

1791 - Iwan Kulibin zaprojektował trójkołowy samobieżny powóz, który mógł pomieścić dwóch pasażerów. Napęd odbywał się za pomocą mechanizmu pedałów.

1794 - Maszyna parowa Cugno została przekazana „składowisku maszyn, narzędzi, modeli, rysunków i opisów wszelkiego rodzaju sztuki i rzemiosła” jako kolejna mechaniczna ciekawostka.

1800 - istnieje opinia, że ​​właśnie w tym roku w Rosji zbudowano pierwszy rower na świecie. Jej autorem był chłop pańszczyźniany Efim Artamonow.

1808 – Na ulicach Paryża pojawił się pierwszy francuski rower. Został wykonany z drewna i składał się z poprzeczki łączącej dwa koła. W przeciwieństwie do nowoczesnego roweru nie miał kierownicy ani pedałów.

1810 – W Ameryce i Europie zaczął pojawiać się przemysł przewozowy. W dużych miastach pojawiały się całe ulice, a nawet kwartały zamieszkane przez mistrzów woźnicy.

1816 - Niemiecki wynalazca Karl Friedrich Dreis buduje maszynę przypominającą współczesny rower. Gdy tylko pojawiła się na ulicach miasta, otrzymała nazwę „maszyna do biegania”, gdyż jej właściciel, odpychając się nogami, faktycznie biegł po ziemi.

1834 - Załoga żeglarska zaprojektowana przez M. Hakueta została przetestowana w Paryżu. Załoga ta miała maszt o wysokości 12 metrów.

1868 - Uważa się, że w tym roku prototyp nowoczesnego motocykla stworzył Francuz Erne Michaud.

1871 - Francuski wynalazca Louis Perrault opracowuje silnik parowy do roweru.

1874 - w Rosji zbudowano parowy ciągnik kołowy. Jako prototyp wykorzystano angielski samochód „Evelyn Porter”.

1875 - w Paryżu odbył się pokaz pierwszej maszyny parowej Amadeusa Bdleya.

1884 - Amerykanin Louis Copeland buduje motocykl z silnikiem parowym zamontowanym nad przednim kołem. Taka konstrukcja mogła przyspieszyć do 18 km/h.

1901 - w Rosji zbudowano prom pasażerski moskiewskiej fabryki rowerów „Duks”.

1902 - Leon Serpollet na jednym ze swoich parowozów ustanowił światowy rekord prędkości 120 km/h.

Rok później ustanowił kolejny rekord – 144 km/h.

1905 – Amerykański F. Marriott przekroczył prędkość 200 km w wagonie parowym

1.2 Parasilnik

Silnik napędzany parą. Para wytwarzana przez podgrzewanie wody jest wykorzystywana do ruchu. W niektórych silnikach para wymusza ruch tłoków w cylindrach. Tworzy to ruch posuwisto-zwrotny. Dołączony mechanizm zwykle zamienia go w ruch obrotowy. W lokomotywach parowych (lokomotywach) stosuje się silniki tłokowe. Turbiny parowe są również używane jako silniki, które bezpośrednio nadają ruch obrotowy poprzez obracanie szeregu kół z łopatkami. Turbiny parowe napędzają generatory elektrowni i śruby okrętowe. W każdym silniku parowym ciepło wytwarzane przez podgrzewanie wody w kotle parowym (kotle) ​​jest zamieniane na energię ruchu. Ciepło może być dostarczane ze spalania paliwa w piecu lub z reaktora jądrowego. Pierwszą w historii parowozów był rodzaj pompy, za pomocą której wypompowywana była woda zalająca kopalnie. Został wynaleziony w 1689 roku przez Thomasa Savery'ego. W tej maszynie, bardzo prostej w konstrukcji, para ulegała skropleniu, zamieniając się w niewielką ilość wody, w wyniku czego powstała częściowa próżnia, dzięki której woda była odsysana z szybu. W 1712 Thomas Newcomen wynalazł pompę tłokową z napędem parowym. W latach 60. XVIII wieku. James Watt ulepszył projekt Newcomena i stworzył znacznie wydajniejsze silniki parowe. Wkrótce były używane w fabrykach do napędzania obrabiarek. W 1884 r. angielski inżynier Charles Parsone (1854-1931) wynalazł pierwszą praktyczną turbinę parową. Jego projekty były tak wydajne, że wkrótce zastąpiły silniki parowe tłokowe w elektrowniach. Najbardziej zdumiewającym postępem w dziedzinie silników parowych było stworzenie całkowicie zamkniętego, mikroskopijnego silnika parowego. Japońscy naukowcy stworzyli go przy użyciu technik stosowanych do tworzenia układów scalonych. Mały prąd przepływający przez elektryczny element grzejny zamienia kroplę wody w parę, która napędza tłok. Teraz naukowcy muszą odkryć, w jakich obszarach to urządzenie może znaleźć praktyczne zastosowanie.

Rewolucja przemysłowa rozpoczęła się w połowie XVIII wieku. w Anglii wraz z pojawieniem się i wprowadzeniem maszyn technologicznych do produkcji przemysłowej. Rewolucja przemysłowa oznaczała zastąpienie produkcji ręcznej, rzemieślniczej i manufaktury maszynowej produkcji fabrycznej.

Wzrost zapotrzebowania na maszyny, które nie były już budowane dla każdego konkretnego obiektu przemysłowego, ale dla rynku i stały się towarem, doprowadził do powstania nowej gałęzi produkcji przemysłowej – inżynierii mechanicznej. Narodziła się produkcja środków produkcji.

Powszechne stosowanie maszyn technologicznych sprawiło, że druga faza rewolucji przemysłowej była całkowicie nieunikniona - wprowadzenie do produkcji uniwersalnego silnika.

O ile stare maszyny (tłuczki, młoty itp.), poruszane kołami wodnymi, poruszały się wolno i miały nierówny bieg, to nowe, zwłaszcza przędzalnicze i tkackie, wymagały ruchu obrotowego z dużą prędkością. Tym samym wymagania dotyczące parametrów technicznych silnika nabrały nowych cech: silnik uniwersalny musi dawać pracę w postaci jednokierunkowego, ciągłego i równomiernego ruchu obrotowego.

W tych warunkach powstają projekty silników, które starają się sprostać pilnym wymaganiom produkcyjnym. W Anglii wydano kilkanaście patentów na uniwersalne silniki o szerokiej gamie systemów i konstrukcji.

Jednak za pierwsze praktycznie działające uniwersalne silniki parowe uważa się maszyny stworzone przez rosyjskiego wynalazcę Iwana Iwanowicza Polzunowa i Anglika Jamesa Watta.

W samochodzie Polzunowa para z kotła rurami o ciśnieniu nieco wyższym od ciśnienia atmosferycznego była doprowadzana naprzemiennie do dwóch cylindrów z tłokami. Aby poprawić uszczelnienie, tłoki wypełniono wodą. Za pomocą prętów z łańcuchami ruch tłoków był przenoszony na mieszki trzech pieców do wytopu miedzi.

Budowa samochodu Polzunowa została zakończona w sierpniu 1765 roku. Miała wysokość 11 metrów, pojemność kotła 7 m, wysokość cylindra 2,8 metra i moc 29 kW.

Maszyna Polzunowa wytwarzała siłę ciągłą i była pierwszą uniwersalną maszyną, która mogła być używana do napędzania dowolnych mechanizmów fabrycznych.

Watt rozpoczął swoją pracę w 1763 roku niemal równocześnie z Polzunovem, ale z innym podejściem do problemu silnika iw innej oprawie. Polzunov rozpoczął od ogólnego zestawienia energetycznego problemu całkowitej wymiany elektrowni wodnych w zależności od warunków lokalnych na uniwersalny silnik cieplny. Watt rozpoczął od szczególnego zadania poprawy sprawności silnika Newcomena w związku z pracą powierzoną mu jako mechanikowi na Uniwersytecie w Glasgow (Szkocja) przy naprawie modelu instalacji parowej do odwadniania.

Silnik Watt otrzymał ostateczne ukończenie przemysłowe w 1784 roku. W silniku parowym Watta dwa cylindry zostały zastąpione jednym zamkniętym. Para płynęła naprzemiennie po obu stronach tłoka, popychając go w jednym lub drugim kierunku. W takiej maszynie dwustronnego działania para odlotowa była kondensowana nie w cylindrze, ale w oddzielnym od niego naczyniu - skraplaczu. Prędkość koła zamachowego była utrzymywana na stałym poziomie za pomocą odśrodkowego regulatora prędkości.

Główną wadą pierwszych parowozów była ich niska sprawność, nieprzekraczająca 9%.

Specjalizacja elektrowni parowych i dalszy rozwój

Maszyny parowe

Rozszerzenie zakresu maszyny parowej wymagało coraz większej wszechstronności. Rozpoczęła się specjalizacja elektrociepłowni. W dalszym ciągu udoskonalano instalacje wodne i parowe kopalniane. Rozwój produkcji hutniczej stymulował doskonalenie instalacji dmuchaw. Pojawiły się dmuchawy odśrodkowe z szybkoobrotowymi silnikami parowymi. W hutnictwie zaczęto stosować walcownie parowe i młoty parowe. Nowe rozwiązanie znalazł w 1840 r. J. Nesmith, który połączył maszynę parową z młotem.

Samodzielny kierunek obrały lokomotywy - mobilne elektrownie parowe, których historia zaczyna się w 1765 roku, kiedy angielski budowniczy J. Smeaton opracował mobilną instalację. Jednak lokomotywy zyskały zauważalny rozkład dopiero od połowy XIX wieku.

Po 1800 roku, kiedy dobiegł końca dziesięcioletni okres przywilejów Watta i Boltona, który przyniósł wspólnikom ogromny kapitał, inni wynalazcy wreszcie dostali wolną rękę. Niemal natychmiast wdrożono progresywne metody nie stosowane przez Watta: wysokie ciśnienie i podwójne rozprężanie. Rezygnacja z wyważarki i zastosowanie wielokrotnego rozprężania pary w kilku cylindrach doprowadziło do powstania nowych form konstrukcyjnych maszyn parowych. Silniki o podwójnym rozprężeniu zaczęły przybierać formę dwóch cylindrów: wysokociśnieniowego i niskociśnieniowego, albo jako maszyny złożone z kątem klina między korbami 90 °, albo jako maszyny tandem, w których oba tłoki są osadzone na wspólnym pręcie i pracują na jednym korba.

Duże znaczenie dla zwiększenia sprawności silników parowych miało od połowy XIX wieku stosowanie pary przegrzanej, na której efekt zwrócił uwagę francuski naukowiec G.A. Dziewczyno. Przejście na stosowanie pary przegrzanej w cylindrach silników parowych wymagało długotrwałych prac nad projektowaniem szpul cylindrycznych i mechanizmów sterowania zaworami, opracowania technologii otrzymywania mineralnych olejów smarowych wytrzymujących wysokie temperatury oraz projektowania nowych typów uszczelnień, w szczególności z uszczelnieniem metalowym, w celu stopniowego przejścia od pary nasyconej do przegrzanej o temperaturze 200 - 300 stopni Celsjusza.

Ostatnim ważnym krokiem w rozwoju tłokowych silników parowych jest wynalezienie silnika parowego o przepływie bezpośrednim, dokonanego przez niemieckiego profesora Stumpfa w 1908 roku.

W drugiej połowie XIX wieku ukształtowały się w zasadzie wszystkie formy konstrukcyjne tłokowych silników parowych.

Nowy kierunek rozwoju silników parowych powstał, gdy były one wykorzystywane jako silniki do generatorów elektrycznych elektrowni z lat 80. - 90. XIX wieku.

Główny silnik generatora elektrycznego musiał mieć dużą prędkość, dużą równomierność ruchu obrotowego i stale zwiększającą się moc.

Możliwości techniczne parowozu tłokowego - parowozu - będącego uniwersalnym silnikiem przemysłu i transportu przez cały XIX wiek, nie odpowiadały już potrzebom, które pojawiły się pod koniec XIX wieku w związku z budową elektrowni . Mogli być zadowoleni dopiero po stworzeniu nowego silnika cieplnego – turbiny parowej.

Boiler parowy

Pierwsze kotły parowe wykorzystywały parę o ciśnieniu atmosferycznym. Prototypami kotłów parowych były konstrukcje kotłów trawiennych, od których wywodzi się przetrwałe do dziś określenie „kocioł”.

Wzrost mocy parowozów dał początek wciąż istniejącej tendencji w budowie kotłów: wzrost

wydajność pary - ilość pary wytwarzanej przez kocioł na godzinę.

Aby osiągnąć ten cel, zainstalowano dwa lub trzy kotły do ​​zasilania jednego cylindra. W szczególności w 1778 r., według projektu angielskiego inżyniera mechanika D. Smeatona, zbudowano trójkotłową jednostkę do pompowania wody z doków morskich Kronstadt.

Jeżeli jednak zwiększenie wydajności jednostkowej elektrowni parowych wymagało zwiększenia wydajności parowej bloków kotłowych, to do zwiększenia sprawności konieczny był wzrost ciśnienia pary, do czego potrzebne były kotły o większej trwałości. Tak powstał drugi i wciąż aktualny trend w budowie kotłów: wzrost ciśnienia. Pod koniec XIX wieku ciśnienie w kotłach osiągnęło 13-15 atmosfer.

Wymóg zwiększenia ciśnienia był sprzeczny z chęcią zwiększenia wydajności pary w kotłach. Kula to najlepszy geometryczny kształt naczynia, który wytrzymuje wysokie ciśnienie wewnętrzne, daje minimalną powierzchnię dla danej objętości, a do zwiększenia produkcji pary potrzebna jest duża powierzchnia. Najbardziej akceptowalne było zastosowanie cylindra - geometrycznego kształtu podążającego za piłką pod względem wytrzymałości. Cylinder pozwala dowolnie zwiększyć jego powierzchnię poprzez zwiększenie jego długości. W 1801 roku O. Ejans w USA zbudował kocioł cylindryczny z cylindryczną komorą spalania wewnętrznego o ekstremalnie wysokim jak na tamte czasy ciśnieniu około 10 atmosfer. W 1824 r. św. Litvinov w Barnauł opracował projekt oryginalnej elektrowni parowej z jednorazowym kotłem składającym się z rur żebrowanych.

W celu zwiększenia ciśnienia w kotle i wydajności pary konieczne było zmniejszenie średnicy cylindra (wytrzymałość) i zwiększenie jego długości (wydajność): kocioł zamienił się w rurę. Istniały dwa sposoby kruszenia jednostek kotłowych: kruszenie ścieżki gazowej kotła lub kruszenie przestrzeni wodnej. Tak zdefiniowano dwa rodzaje kotłów: płomienicowe i wodnorurowe.

W drugiej połowie XIX wieku opracowano wystarczająco niezawodne wytwornice pary, które pozwoliły im osiągnąć wydajność pary do setek ton pary na godzinę. Kocioł parowy był połączeniem cienkościennych rur stalowych o małej średnicy. Rury te o grubości ścianki 3-4 mm wytrzymują bardzo wysokie ciśnienia. Wysoka wydajność osiągana jest dzięki całkowitej długości rur. W połowie XIX wieku powstał konstruktywny typ kotła parowego z wiązką prostych, lekko nachylonych rur wkręconych w płaskie ściany dwóch komór - tak zwany kocioł wodnorurkowy. Pod koniec XIX wieku pojawił się pionowy kocioł wodnorurowy w postaci dwóch cylindrycznych bębnów połączonych pionową wiązką rur. Kotły te wraz z bębnami wytrzymywały wyższe ciśnienia.

W 1896 r. Kocioł W.G. Szuchowa został zademonstrowany na Ogólnorosyjskich Targach w Niżnym Nowogrodzie. Oryginalny składany kocioł Szuchowa był przenośny, miał niski koszt i niskie zużycie metalu. Szuchow jako pierwszy zaproponował ekran pieca, który jest używany w naszych czasach. t £ L №№0№lfo 9-1 * # 5 ^^^

Do końca XIX wieku parowe kotły wodnorurowe umożliwiły uzyskanie ponad 500 m powierzchni grzewczej i wydajności ponad 20 ton pary na godzinę, która w połowie XX wieku wzrosła dziesięciokrotnie.

Silniki parowe były instalowane i napędzane większością parowozów od początku XIX wieku do lat 50. XX wieku. Pragnę zaznaczyć, że zasada działania tych silników zawsze pozostawała niezmieniona, pomimo zmiany ich konstrukcji i wymiarów.

Animowana ilustracja przedstawia działanie silnika parowego.

Do wytworzenia pary dostarczanej do silnika wykorzystano kotły pracujące zarówno na drewnie i węglu, jak i na paliwo płynne.

Pierwszy środek

Para z kotła wchodzi do komory parowej, z której poprzez zawór-zawór pary (oznaczony kolorem niebieskim) dostaje się do górnej (przedniej) części cylindra. Ciśnienie wytwarzane przez parę popycha tłok w dół w kierunku BDC. Podczas ruchu tłoka z GMP do BDC koło wykonuje pół obrotu.

Uwolnienie

Na samym końcu ruchu tłoka w kierunku BDC zawór parowy zostaje przesunięty, uwalniając pozostałą parę przez otwór wylotowy znajdujący się pod zaworem. Para szczątkowa uchodzi, tworząc dźwięk charakterystyczny dla silników parowych.

Drugi środek

Jednocześnie przesunięcie zaworu pary resztkowej otwiera wlot pary do dolnej (tylnej) części cylindra. Ciśnienie wytwarzane przez parę w cylindrze wymusza ruch tłoka w kierunku GMP. W tym czasie koło wykonuje jeszcze pół obrotu.

Uwolnienie

Pod koniec ruchu tłoka do GMP pozostała para jest uwalniana przez to samo okno wylotowe.

Cykl powtarza się od nowa.

Silnik parowy posiada tzw. martwy punkt na końcu każdego suwu, gdy zawór przechodzi z suwu rozprężania do wylotu. Z tego powodu każdy silnik parowy ma dwa cylindry, co pozwala na uruchomienie silnika z dowolnej pozycji.

Silnik parowy to silnik cieplny, w którym energia potencjalna rozprężającej się pary zamieniana jest na energię mechaniczną, która jest przekazywana konsumentowi.

Zapoznajmy się z zasadą działania maszyny za pomocą uproszczonego schematu z ryc. 1.

Wewnątrz cylindra 2 znajduje się tłok 10, który może poruszać się tam iz powrotem pod ciśnieniem pary; cylinder ma cztery kanały, które można otwierać i zamykać. Dwa górne kanały doprowadzające parę1 oraz3 połączony rurociągiem z kotłem parowym, a przez nie świeża para może dostać się do cylindra. Przez dwa dolne kroplówki z cylindra odprowadzane są 9 i 11 par, które zakończyły już pracę.

Wykres pokazuje moment, w którym kanały 1 i 9 są otwarte, kanały 3 i11 Zamknięte. Dlatego świeża para z kotła przez kanał1 wchodzi do lewej wnęki cylindra i przesuwa tłok w prawo swoim ciśnieniem; w tym czasie para wylotowa jest usuwana przez kanał 9 z prawej wnęki cylindra. W skrajnym prawym położeniu tłoka kanały1 oraz9 zamknięte, a 3 dla wlotu świeżej pary i 11 dla wylotu pary są otwarte, w wyniku czego tłok przesunie się w lewo. Gdy tłok znajduje się w skrajnym lewym położeniu, kanały otwierają się1 a 9 i kanały 3 i 11 są zamknięte i proces jest powtarzany. W ten sposób powstaje prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka.

Do przekształcenia tego ruchu w ruch obrotowy stosuje się tzw. mechanizm korbowy. Składa się z tłoczyska-4, połączonego z jednej strony z tłokiem, a z drugiej wahliwie za pomocą suwaka (poprzeczki) 5, przesuwającego się pomiędzy prowadnicami równoległymi, z korbowodem 6, który przenosi ruch na główny wał 7 przez kolano lub korbę 8.

Wielkość momentu obrotowego na wale głównym nie jest stała. Rzeczywiście, siłar skierowane wzdłuż łodygi (ryc. 2) można rozłożyć na dwa składniki:DO skierowane wzdłuż korbowodu, orazn , prostopadłe do płaszczyzny równoleżników prowadzących. Siła N nie ma wpływu na ruch, a jedynie dociska suwak do równoległych prowadnic. ZmuszaćDO jest przenoszony wzdłuż korbowodu i działa na korbę. Tutaj można go ponownie rozłożyć na dwa składniki: wytrzymałośćZ , skierowana wzdłuż promienia korby i dociskająca wał do łożysk, a siłaT prostopadle do korby i powodując obrót wału. Wielkość siły T określa się, biorąc pod uwagę trójkąt AKZ. Ponieważ kąt ZAK =? +? wtedy

T = K grzech (? + ?).

Ale z siły trójkąta OCD

K = P / sałata ?

dlatego

T = Psin ( ? + ?) / sałata ? ,

Gdy maszyna pracuje przez jeden obrót wału, kąty? oraz? i siłar stale się zmieniają, a zatem wielkość siły skręcającej (stycznej)T jest również zmienna. Aby uzyskać równomierny obrót wału głównego podczas jednego obrotu, zamontowane jest na nim ciężkie koło zamachowe, dzięki czemu bezwładność utrzymuje stałą prędkość kątową obrotu wału. W tych chwilach, kiedy siłaT wzrasta, nie może natychmiast zwiększyć prędkości obrotowej wału, dopóki ruch koła zamachowego nie przyspieszy, co nie następuje natychmiast, ponieważ koło zamachowe ma dużą masę. W tych momentach, gdy praca wykonana przez siłę momentu obrotowegoT , praca sił oporu wytwarzanych przez konsumenta staje się mniejsza, koło zamachowe ponownie, ze względu na swoją bezwładność, nie może natychmiast zmniejszyć swojej prędkości i dając energię otrzymaną podczas jego przyspieszania, pomaga tłokowi w pokonaniu obciążenia.

W skrajnych położeniach tłoka kąty? +? = 0, zatem sin (? +?) = 0, a zatem T = 0. Ponieważ w tych pozycjach nie ma siły obrotowej, gdyby maszyna była bez koła zamachowego, sen musiałby się zatrzymać. Te skrajne położenia tłoka nazywane są pozycjami martwymi lub martwymi punktami. Korba również przechodzi przez nie dzięki bezwładności koła zamachowego.

W martwych pozycjach tłok nie styka się z pokrywami cylindrów, między tłokiem a pokrywą pozostaje tak zwana szkodliwa przestrzeń. Objętość szkodliwej przestrzeni obejmuje również objętość kanałów parowych od rozprowadzających parę do cylindra.

Skok tłokaS nazywana jest ścieżką pokonywaną przez tłok podczas przemieszczania się z jednej skrajnej pozycji do drugiej. Jeżeli odległość od środka wału głównego do środka czopa korby - promień korby - jest oznaczona przez R, to S = 2R.

Objętość robocza cylindra V h nazwany objętością opisaną przez tłok.

Zazwyczaj silniki parowe mają działanie dwustronne (dwustronne) (patrz rys. 1). Czasami stosuje się maszyny jednostronnego działania, w których para wywiera nacisk na tłok tylko od strony pokrywy; druga strona cylindra pozostaje otwarta w takich maszynach.

W zależności od ciśnienia, z jakim para opuszcza cylinder, maszyny dzielą się na wylotowe, jeśli para jest wypuszczana do atmosfery, kondensacyjne, jeśli para opuszcza skraplacz (lodówkę, gdzie utrzymywane jest obniżone ciśnienie) oraz ogrzewanie, w którym para zużyta w maszynie jest wykorzystywana do dowolnego celu (ogrzewanie, suszenie itp.)

SILNIK OBROTOWY PAROWY i SILNIK OSIOWY Z TŁOKIEM OSIOWYM

Obrotowy silnik parowy (obrotowy silnik parowy) to wyjątkowa maszyna energetyczna, której rozwój do produkcji nie został jeszcze należycie rozwinięty.

Z jednej strony w ostatniej trzeciej połowie XIX wieku istniały różne konstrukcje silników obrotowych, które nawet dobrze się sprawdzały, m.in. do napędzania prądnic w celu wytwarzania energii elektrycznej i zasilania wszelkiego rodzaju obiektów. Ale jakość i dokładność wykonania takich silników parowych (silników parowych) była bardzo prymitywna, więc miały niską sprawność i małą moc. Od tego czasu małe lokomotywy parowe odeszły w przeszłość, ale wraz z naprawdę nieefektywnymi i mało obiecującymi maszynami parowymi tłokowymi do przeszłości odeszły również rotacyjne maszyny parowe, które mają dobre perspektywy.

Głównym powodem jest to, że na poziomie technologicznym końca XIX wieku nie było możliwe wykonanie naprawdę wysokiej jakości, mocnego i trwałego silnika obrotowego.
Dlatego z całej gamy silników parowych i parowozów do naszych czasów bezpiecznie i aktywnie przetrwały tylko turbiny parowe o ogromnych mocach (od 20 MW wzwyż), które dziś odpowiadają za około 75% produkcji energii elektrycznej w naszym kraju. Turbiny parowe dużej mocy dostarczają również energię z reaktorów jądrowych w bojowych okrętach podwodnych przewożących pociski oraz na dużych lodołamaczach arktycznych. Ale to wszystko są ogromne maszyny. Turbiny parowe tracą całą swoją wydajność dramatycznie, gdy ich rozmiar jest zmniejszony.

…. Dlatego nie ma silników parowych o dużej mocy i silników parowych o mocy poniżej 2000 - 1500 kW (2 - 1,5 MW), które wydajnie pracowałyby na parze uzyskanej ze spalania taniego paliwa stałego oraz różnych darmowych odpadów palnych.
To właśnie w tej pustej obecnie dziedzinie techniki (i absolutnie nagiej, ale bardzo potrzebującej oferty produktowej w niszy komercyjnej), w tej rynkowej niszy maszyn o małej mocy, parowe silniki obrotowe mogą i powinny wziąć swoje bardzo wartościowe miejsce. A potrzeba ich tylko w naszym kraju - na dziesiątki i dziesiątki tysięcy... Szczególnie takie małe i średnie maszyny energetyczne do autonomicznego wytwarzania energii i niezależnego zasilania są potrzebne małym i średnim przedsiębiorstwom na obszarach odległych od dużych miasta i duże elektrownie: - w małych tartakach, odległych kopalniach, w obozach polowych i na działkach leśnych itp., itp.
…..

..
Przyjrzyjmy się wskaźnikom, które czynią parowozy obrotowe lepszymi niż ich najbliżsi kuzyni – parowozy w postaci silników parowych tłokowych i turbin parowych.
… — 1) Silniki rotacyjne są maszynami o mocy wyporowej – podobnie jak silniki tłokowe. Te. mają małe zużycie pary na jednostkę mocy, ponieważ para jest dostarczana do ich wnęk roboczych od czasu do czasu i w ściśle dozowanych porcjach, a nie w stałym obfitym przepływie, jak w turbinach parowych. Dlatego obrotowe silniki parowe są znacznie bardziej ekonomiczne niż turbiny parowe na jednostkę mocy wyjściowej.
— 2) Obrotowe silniki parowe posiadają ramię przykładania działających sił gazu (ramię momentu obrotowego) znacznie (kilkakrotnie) więcej niż tłokowe silniki parowe. Dlatego moc, którą uzyskują, jest znacznie wyższa niż w przypadku silników tłokowych parowych.
— 3) Obrotowe silniki parowe mają znacznie większy skok niż tłokowe silniki parowe, tj. mają zdolność zamiany większości energii wewnętrznej pary na użyteczną pracę.
— 4) Obrotowe silniki parowe mogą wydajnie pracować na parze nasyconej (mokrej), bez trudności pozwalając na kondensację znacznej części pary z jej przejściem do wody bezpośrednio w sekcjach roboczych parowego silnika rotacyjnego. Zwiększa to również sprawność elektrowni parowej wykorzystującej obrotowy silnik parowy.
— 5 ) Obrotowe silniki parowe pracują z prędkością 2-3 tys. obr./min, co jest optymalną prędkością do wytwarzania energii elektrycznej, w przeciwieństwie do zbyt wolnoobrotowych silników tłokowych (200-600 obr./min) tradycyjnych parowozów typu parowóz, lub z zbyt szybkoobrotowe turbiny (10-20 tys. obr./min).

Jednocześnie technologicznie obrotowe silniki parowe są stosunkowo łatwe w produkcji, co sprawia, że ​​ich koszty wytwarzania są stosunkowo niskie. W przeciwieństwie do turbin parowych, które są niezwykle drogie w produkcji.

KRÓTKIE PODSUMOWANIE TEGO ARTYKUŁU - Obrotowy silnik parowy jest wysokowydajną maszyną parową do przetwarzania ciśnienia pary z ciepła spalania paliwa stałego i odpadów palnych na moc mechaniczną i energię elektryczną.

Autor tej strony otrzymał już ponad 5 patentów na wynalazki dotyczące różnych aspektów konstrukcji obrotowych silników parowych. A także wyprodukował szereg małych silników obrotowych o mocy od 3 do 7 kW. Obecnie trwają prace projektowe obrotowych silników parowych o mocy od 100 do 200 kW.
Silniki rotacyjne mają jednak „ogólną wadę” – złożony system uszczelnień, który w przypadku małych silników okazuje się zbyt skomplikowany, miniaturowy i drogi w produkcji.

Jednocześnie autor strony opracowuje parowe osiowe silniki tłokowe z przeciwbieżnym ruchem tłoka. Ten układ jest najbardziej energooszczędny pod względem zmienności mocy ze wszystkich możliwych schematów zastosowania systemu tłokowego.
Silniki te w małych rozmiarach są nieco tańsze i prostsze niż silniki obrotowe i stosuje się w nich najbardziej tradycyjne i najprostsze uszczelnienia.

Poniżej znajduje się film przedstawiający zastosowanie małego silnika bokser z osiowymi tłokami z przeciwległymi tłokami.

Obecnie produkowany jest taki osiowo-tłokowy bokser o mocy 30 kW. Zasób silnika ma wynieść kilkaset tysięcy godzin pracy, ponieważ obroty silnika parowego są 3-4 razy mniejsze niż obroty silnika spalinowego, w parze tarcia „tłok-cylinder” – poddany działaniu jonów- azotowanie plazmowe w środowisku próżniowym, a twardość powierzchni ciernych wynosi 62-64 jednostek na HRC. Szczegółowe informacje na temat procesu utwardzania powierzchni przez azotowanie, patrz.

Oto animacja zasady działania takiego osiowo-tłokowego silnika bokser z przeciwbieżnym ruchem tłoków, podobnym w układzie.