Содержание
отличается ли температура пара выходящего из цилиндра паровой машины от температуры пара поступающий в этот цилиндр — Знания.site
Ответы 2
Спасибо вам вы мне очень помогли
Автор:
león82
Оценить ответ:
0
конечно отличается, температура поступающего пара гораздо выше температуры выходящего пара
Знаешь ответ? Добавь его сюда!
Последние вопросы
Математика
3 часа назад
Помогите решить пример,срочно!!!
фото прикрепила
Физика
7 часов назад
помогите решить пожалуйста!!!
Обществознание
2 дня назад
47×8:2×2 решите пж этот пример срочно!!!
Можно не столбикомАнглийский язык
3 дня назад
Помогите пожалуйста очень срочно буду благодарен
Математика
3 дня назад
https://gamejolt. com/invite/Mukhin
Математика
4 дня назад
что делать когда скучно
не пишите срать через окно и тому подобное
Геометрия
4 дня назад
ПОМОГИТЕ С ГЕОМЕТРИЕЙ ПОЖАЛУЙСТА, желательно с рисунком
Математика
4 дня назад
Ой лето😍😘
Геометрия
5 дней назад
Помогите пожалуйста с геометрией срочно
Математика
6 дней назад
84 баллов в скайсмарте ,это 5 или 4?
Геометрия
6 дней назад
Из вершины развернутого угла АВС проведен луч ВК и проведена биссектриса ВМ угла АВК. Найдите угол АВМ, если угол СВК равен 54о
Геометрия
6 дней назад
Посогите пожалуйста с геометрией срочно
ОБЖ
6 дней назад
8. Наиболее частые заболевания, связанные с сосудосуживающим действием никотина:
a) Инфаркт миокарда б) Переживающая хромота или гангрена конечности
b) Кровоточивость из носа и ушей г) Расширение вен нижних конечностей д) Гипотония
Математика
6 дней назад
20.000 — 282 x 750 / 47 + 989 пожалуйста помогите мне
Химия
6 дней назад
определить массу 5,6 л. Аргона при давлении 202,6 кПа и t27 градусов Цельсия . Решить задачу двумя способами
Потери в паровой машине и методы повышения ее экономичности |
На фиг. 10 для сравнения совмещены в Vp-координатах индикаторная диаграмма реальной паровой машины и идеальная диаграмма.
а. Падение давления пара в паропроводе. Свежий пар, поступающий в цилиндр машины, имеет давление р1 меньшее, чем давление в котле рк, вследствие трения в паропроводе и наличия различных местных сопротивлений (колен, вентилей и проч.).
б. Мятие пара при впуске. Линия впуска в индикаторной диаграмме идет не горизонтально, как в идеальной диаграмме, а по наклонной линии ав’. Объясняется это тем, что открытие впускных каналов в начале впуска и закрытие их в конце впуска происходит не мгновенно, а постепенно, и в результате пар, проходя через узкую щель, мнется, что, как известно, сопровождается падением его давления.
в. Теплообмен. В идеальном цикле считалось, что расширение пара происходит по адиабате, т. е. без теплообмена. В действительности пар в машине находится в состоянии постоянного теплообмена с окружающими его металлическими стенками цилиндра. Кроме того, имеет место пропуск части пара через неплотности. Поэтому расширений происходит политропно. В начале расширения, когда температура пара выше температуры стенок, происходит передача тепла стенкам, и линия расширения располагается ниже адиабаты. В конце расширения, когда температура стенок оказывается выше температуры пара, ему сообщается тепло от стенок, и линия расширения идет выше адиабаты.
Таким образом, расширение в действительности происходит с переменным показателем политропы по линии b’с.
г. Неполнота расширения пара. При работе в соответствии с идеальной диаграммой пар должен расширяться до давления
выпуска, т. е. до давления в конденсаторе. При этом потребовались бы цилиндры слишком больших размеров, что практически нецелесообразно, так как машина получилась бы громоздкой, тяжелой, дорогой в изготовлении и неэкономичной. В действительности, как это показано на индикаторной диаграмме, выпуск пара начинается в точке с. Пар выпускается с давлением р2 большим, чем в конденсаторе. Потеря работы пара вследствие неполноты расширения наглядно видна при сравнении индикаторной диаграммы с идеальной. Однако работа, какая расходовалась бы в машине с полным расширением на преодоление сил трения поршня о стенки цилиндра, в значительной мере превзошла бы потерянную работу от неполноты расширения.
По линии cd осуществляется предварение выпуска, значение которого отмечалось выше. Давление пара во время предварения выпуска должно снизиться до давления, которое будет поддерживаться в цилиндре при выпуске.
д. Выпуск пара. При выпуске отработавшего пара в среду (атмосферу, конденсатор и проч.) с давлением рII давление в цилиндре всегда несколько больше давления среды, вследствие сопротивления в паровыпускных органах и отводящем трубопроводе. Поэтому линия выпуска dе идет выше рII
Эта потеря зависит от длины трубопровода, площади его попереч- пого сечения, шероховатости внутренних поверхностей, от местных сопротивлений и сечения каналов при выходе из цилиндра.
е. Вредное пространство. Наличие вредного пространства ведет к потере тепла, вызванного заполнением этого пространства паром при впуске в цилиндр.
ж. Начальная конденсация. Выше уже говорилось о теплообмене поступившего в цилиндр пара со стенками цилиндра; к концу выпуска отработавшего пара стенки охлаждаются, приобретая температуру, близкую к температуре этого пара. Поэтому вновь поступающий свежий пар, соприкасаясь с относительно холодными стенками цилиндра, частично конденсируется. Это явление называется начальной конденсацией. Убыль пара в цилиндре от этого явления должна восполняться добавочным количеством пара; поэтому расход его вследствие конденсации значительно увеличивается по сравнению с тем количеством, которое требовалось бы для заполнения свежим паром объема цилиндра при идеальном процессе. Увеличение расхода пара приводит к повышению тепловых потерь.
Конденсация свежего пара происходит не только в период его впуска, но и в течение некоторой части периода расширения. Однако температура пара по мере его расширения падает, температура же стенок цилиндра, нагретых паром, остается высокой. Наступает момент, когда температура пара становится меньше температуры стенок цилиндра, в результате пар начинает подсушиваться, а конденсат, осевший на стенках, испаряться. Это явление называется вторичным испарением. Вторичное испарение чаще всего начинается не раньше конца расширения и продолжается в период выпуска, что повышает сопротивление выталкивающему ходу поршня, увеличивая при этом непроизводительную работу. Потеря от начальной конденсации при неблагоприятных условиях может достигать 30% общего расхода пара и больше. Для уменьшения этой потери принимают меры.
Перегрев пара является одним из наиболее действенных средств борьбы с начальной конденсацией. Перегретый пар имеет малый коэффициент теплоотдачи; кроме того, конденсация этого пара может начаться лишь после того, как будет израсходована вся теплота его перегрева. Поэтому чем больше температура перегрева, тем позднее начнется конденсация и тем, следовательно, меньше будут потери на начальную конденсацию.
Увеличение числа оборотов вала машины приводит к уменьшению начальной конденсации, так как при этом в течение цикла сокращается продолжительность соприкосновения поступившего пара со стенками цилиндра, а следовательно, уменьшается величина теплообмена между ними.
Вредное пространство также влияет на начальную конденсацию. Во вредном пространстве свежий пар соприкасается с относительно холодными стенками, ограничивающими это пространство, и смешивается с отработавшим паром низкой температуры. Следовательно, чем больше объем вредного пространства и количество оставшегося отработавшего пара, тем больше потери от начальной конденсации. С уменьшением объема вредного пространства уменьшается начальная конденсация и расход пара, а поэтому повышается экономичность паровой машины.
Многократное расширение пара является одним из методов уменьшения потерь от начальной конденсации. Интенсивность охлаждения и конденсации пара в цилиндре в значительной мере зависит от разницы между температурой свежего пара, поступающего в цилиндр, и средней температурой стенок цилиндра; уменьшение разности этих температур снижает охлаждающее действие стенок цилиндра. При многократном расширении пар от начального давления р1 расширяется до заданного противодавления р2 не в одном цилиндре, а последовательно в нескольких (двух, трех, четырех). Так, в машине трехкратного расширения, имеющей цилиндры высокого (ц. в. д.), среднего (ц. с. д.) и низкого давления (ц. н. д.), свежий пар с давлением р1, переходя последовательно в цилиндры, расширяется и снижает свое давление: в ц. в. д. — с р1 до р’2, в ц. с. д. — с р’2 до р”2 и в ц. н. д. — с р”2 до заданного противодавления р2. Таким образом, в этом случае падение давления (р1 — р2), а следовательно, и падение температуры (t1 — t2) распределяется между тремя цилиндрами; у каждого из них разность между температурами пара, входящего в цилиндр и выходящего из него, меньше, чем у одноцилиндровой машины, почему и уменьшается потеря от внутреннего теплообмена.
При многократном расширении может быть использован в последующих цилиндрах пар вторичного испарения и пар, проникший через неплотности из одной полости цилиндра в другую; пропуски пара через неплотности в таких машинах меньше, чем в одноцилиндровых, так как меньше разность давлений по обе стороны поршня.
Следует отметить, что в машинах многократного расширения возможно применение пара более .высокого начального давления, так как в каждом цилиндре происходит только частичное расширение пара.
Усилия, действующие на поршневой шток и кривошипно-шатунный механизм, в этих машинах меньше, чем в машинах однократного расширения, работающих с теми же параметрами пара. Благодаря этому указанные части машины можно значительно облегчить, а кривошипы цилиндров расположить относительно друг друга так. чтобы обеспечить спокойную работу машины.
К недостаткам машины многократного расширения следует отнести пониженный механический к. п. д. (на 2—3%) по сравнению с машиной однократного расширения, несколько повышенную стоимость машины, ремонта и эксплуатации. Однако эти недостатки не умаляют положительных качеств машин многократного расширения.
Наибольшее распространение имеют машины двойного расширения. По расположению цилиндров такого рода машины разделяются на два типа: с параллельными осями цилиндров — компаунд и цилиндрами, расположенными на одной общей оси, — тандем. В компаунд-машинах кривошипные валы могут быть расположены под углом 0, 180 и 90°. На фиг. 11, а кривошипы расположены под углом 90° по отношению друг к другу. Так как при этом периоды выпуска пара из ц. в. д. и впуск в ц. н. д. не совпадают по времени, то между цилиндрами включается промежуточный резервуар для пара — ресивер. На фиг. 11,б показана схема машины тандем.
Машины компаунд сложнее машин тандем, но работают спокойнее, так как момент вращения вала изменяется за один оборот меньше, чем у машин тандем; кроме того, у машин компаунд сила инерции возвратно-поступательных движущихся масс, приходящаяся на один кривошип, меньше, чем у машин тандем.
Паровые рубашки иногда применяют для уменьшения начальной конденсации. Машины с паровыми рубашками имеют цилиндры, и крышки, состоящие из двух стенок, между которыми образуется пространство, заполненное свежим паром. Благодаря этому повышается температура внутренних стенок цилиндра, а следовательно, уменьшается начальная конденсация. Однако для заполнения паровой рубашки затрачивается некоторое количество конденсирующегося здесь свежего пара, что значительно снижает пользу от ее применения. Для быстроходных машин и машин многократного расширения, работающих на перегретом ларе, паровая рубашка вообще бесполезна, но во всех случаях остается целесообразным обогрев крышек цилиндра, потеря от начальной конденсации на которых особенно велика. Иногда применяют газовые рубашки, заполняемые горячими газами от котла.
В прямоточных машинах (фиг. 12) для впуска пара с обеих сторон цилиндра имеется по одному клапану, выпуск же отработавшего пара производится через окна, прорезанные в стенках цилиндра на середине их длины. При таком устройстве пар от места входа в цилиндр к месту выхода из него движется не изменяя своего направления, поэтому такие машины и получили название прямоточных.
Окна, через которые производится выпуск отработавшего пара, открываются и закрываются поршнем, для чего длину поршня принимают равной длине его хода S за вычетом длины окон, которая обычно составляет примерно 0,1 S. При таких условиях пар может выходить из цилиндра примерно в продолжение 0,1 хода поршня, а в течение остальных 0,9 хода происходит сжатие пара. Для того чтобы при этом в конце сжатия давление не превзошло давления свежего пара, выпуск осуществляют в конденсатор, имеющий глубокий вакуум.
Удачное расположение впускных клапанов в крышках цилиндра и отсутствие выпускных клапанов приводит к тому, что вредное пространство в этих машинах очень мало. По этой причине, а также вследствие отсутствия обратного хода отработавшего пара, наличия обогрева крышек цилиндра и высокой температуры конца сжатия потери от внутреннего темплообмена малы. Кроме того, вследствие большой длины поршня здесь наблюдается меньший перепуск пара. По степени использования пара прямоточные машины могут быть приравнены к машинам двухкратного расширения.
Условная степень наполнения ? также оказывает влияние на величину теплообмена пара со стенками, так как с увеличением е возрастает средняя температура стенок. Объясняется это тем, что увеличивается время соприкосновения свежего пара со стенками и степень сухости в конце расширения; последнее ухудшает отдачу тепла стенками пару, что также способствует повышению температуры стенок. Кроме того, с увеличением условной степени наполнения уменьшается необходимый объем цилиндра, а поэтому и вредное пространство, что опять-таки влечет к снижению потери от теплообмена. Однако выбор е связан и с другими факторами, о которых будет сказано ниже.
Рассмотренные выше меры, повышающие экономичность работы паровой машины, не являются исчерпывающими. В частности, следует указать на необходимость тщательной изоляции цилиндров, ресиверов и всех промежуточных трубопроводов для уменьшения потерь тепла от излучения в окружающую среду.
Следует помнить также известные из термодинамики положения, что экономичность возрастает с увеличением начальных параметров пара (р1 и t1) и с понижением конечного давления р2. Для уменьшения давления р2 выпуск производится в конденсатор, в котором пар охлаждается проточной водой и конденсируется, отчего в полости конденсатора создается разрежение. |
Тепловые двигатели
Тепловые двигатели
Для преобразования теплоты в работу необходимо как минимум два места
с разными температурами. Если вы возьмете в Q максимум в
температура T высокая необходимо сбросить как минимум Q низкая при
температура T низкая . Объем работы, которую вы получаете от
тепловой двигатель W = Q высокий — Q низкий . Максимальный объем работы, который вы можете получить от
тепловая машина это сумма которую вы получите
из реверсивного двигателя.
Вт макс. = (Q высокий — Q низкий ) реверсивный
= Q высокий — Q высокий T низкий /T высокий
= Q старший (1 — T низкий /T высокий ).
W является положительным, если T high больше T low .
КПД тепловой машины
отношение полученной работы к затраченной тепловой энергии
температура, e = W/Q высокий . Максимально возможное
КПД е макс такого двигателя
e макс = W макс /Q высокий = (1 — T низкий
/T старший ) = (T высокий — T низкий )/T высокий .
Паровые двигатели
Паровая машина — разновидность тепловой машины. Он забирает тепло от
горячий пар, преобразует часть этого тепла в полезную работу и сбрасывает
отдохнуть на более холодном окружающем воздухе. Максимальная доля тепла
которые можно превратить в работу, можно найти, используя законы
термодинамики, и она увеличивается с разницей температур между
горячий пар и окружающий воздух. Чем горячее пар и
чем холоднее воздух, тем эффективнее паровая машина при преобразовании
тепло в работу.
В типичном паровом двигателе поршень движется вперед и назад внутри
цилиндр. В котле вырабатывается горячий пар высокого давления.
этот пар поступает в цилиндр через клапан. Однажды внутри
цилиндр, пар выталкивается наружу на каждую поверхность, включая
поршень. Поршень движется. Пар совершает механическую работу над
поршень, а поршень совершает механическую работу над присоединенными механизмами
к этому. Расширяющийся пар передает часть своей тепловой энергии
это оборудование, так что пар становится холоднее, когда оборудование работает.
Когда поршень достигает конца своего диапазона, клапан останавливает
поток пара и открывает цилиндр для наружного воздуха.
после этого поршень может легко вернуться. Во многих случаях допускается использование пара.
введите другой конец цилиндра так, чтобы пар толкал поршень
вернуться в исходное положение. Как только поршень вернется в исходное положение
начальной точки, клапан снова впускает пар высокого давления в
цилиндр и весь цикл повторяется. В общем, тепло идет.
от горячего котла к более прохладному окружающему воздуху и части этого тепла
преобразуется в механическую работу движущимся поршнем.
максимальный КПД паровой машины e max = (T пар
— T воздух )/T пар . Фактическая эффективность
обычно намного ниже.
Внешняя ссылка: Паровоз (Youtube)
Проблема:
Максимум
возможный КПД паровой машины, принимающей теплоту при 100 o C
и сброс его при комнатной температуре примерно 20 o C?
Решение:
- Обоснование:
Максимальный КПД любой тепловой машины равен КПД двигателя Карно. e max = (T высокий — T низкий )/T высокий . - Детали расчета:
100 o C = 373 K и 20
o С = 293 К.
максимально возможная эффективность
(T высокий — T низкий )/T высокий
= (373 —
293)/373 = 0,21 = 21%.
Двигатели внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания сжигает смесь топлива и воздуха.
Наиболее распространенным типом является четырехтактный двигатель. Поршень скользит в
и из цилиндра. Два или более клапана позволяют топливу и
воздух для входа в цилиндр и газы, которые образуются, когда топливо и воздух
сжечь, чтобы покинуть цилиндр. Когда поршень скользит вперед и назад
внутри цилиндра изменяется объем, который могут занимать газы
кардинально.
Процесс преобразования теплоты в работу начинается, когда поршень
вытащили из цилиндра, расширив замкнутое пространство и позволив
топливо и воздух поступают в это пространство через клапан. Это движение
называется тактом впуска или тактом впуска . Далее топливо и
воздушная смесь сжимается, вдавливая поршень в
цилиндр. Это называется сжатием .
ход . В конце такта сжатия при
топливно-воздушная смесь сжата максимально плотно, свеча зажигания
в запаянном конце цилиндра срабатывает и воспламеняет смесь.
Горячее горящее топливо имеет огромное давление и толкает поршень.
из цилиндра. это рабочий ход — это то, что обеспечивает мощность двигателя и навесного оборудования.
Наконец, сгоревший газ выдавливается из цилиндра через другой
клапан в такте выпуска .
Эти четыре удара повторяются снова и снова. Самый внутренний
двигатели внутреннего сгорания имеют не менее четырех цилиндров и поршней. Там
всегда хотя бы один цилиндр проходит рабочий такт, и это
может нести другие цилиндры через нерабочие такты.
максимальный КПД такого двигателя е max = (T зажигание
— T воздух )/T зажигание где T зажигание
— температура топливно-воздушной смеси после воспламенения. К
максимизировать эффективность использования топлива, вы должны создать максимально горячую
топливно-воздушной смеси после зажигания. Самая высокая эффективность, которая
было достигнуто примерно 50% e max .
Внешняя ссылка: Внутреннее сгорание
двигатель (Ютуб)
Проблема:
Тепловая машина поглощает 360 Дж тепловой энергии и совершает 25 Дж работы в
каждый цикл. Найти
(а) КПД двигателя и
(b) тепловая энергия, выделяемая в каждом цикле.
Решение:
- Обоснование:
Количество работы, которую вы получаете от тепловой машины, равно W = Q high — Q low .
КПД e = W/Q высокий . - Детали расчета:
Q высокий = 360 Дж. W = 25 Дж. Q низкий
= Q высокая — W = 335
J.
(a) Эффективность e = W/Q высокая = 6,9%.
(b) Излучаемая тепловая энергия Q низкая
= 335 Дж.
ПАРОВАЯ ДВИГАТЕЛЬ
ПАРОВАЯ ДВИГАТЕЛЬ
ПАРОВАЯ ДВИГАТЕЛЬ
Фред Лэндис, профессор машиностроения, университет
Висконсин Милуоки.
В паровую машину подается пар высокого давления.
в возвратно-поступательный (возвратно-поступательный) узел поршень-цилиндр.
Когда пар расширяется до более низкого давления, часть тепловой энергии
превращается в работу движение поршня. Это движение
может быть передан во вращательное движение с помощью кривошипа-коленчатого вала
сборка аналогична той, что используется в автомобилях. Расширенный пар
затем может быть позволено уйти, или, для максимальной эффективности двигателя,
пар может быть направлен в отдельный аппарат-конденсатор при сравнительно
низкая температура и давление. Там используется оставшееся тепло
чтобы нагреть воду, которая будет использоваться для производства большего количества пара. пар
обычно обеспечивается котлом, работающим на угле, мазуте или природном топливе.
газ.
С начала 1900-х годов паровые турбины заменили
большинство паровых двигателей на крупных электростанциях. Турбины
эффективнее и мощнее паровых двигателей. В большинстве областей,
паровозы вытеснены более надежными и экономичными
дизель-электрические локомотивы. Первые паровые автомобили были
вытеснены автомобилями, оснащенными легкими, удобными и т. д.
мощные бензиновые и дизельные двигатели. Из-за всего этого пар
сегодня двигатели обычно считаются музейными экспонатами. Тем не менее,
Изобретение паровой машины сыграло большую роль в развитии промышленности.
Революция, создав общество, менее зависимое от силы животных,
водяные и ветряные мельницы.
Разработка парового двигателя
В 1690 году был разработан первый паровой поршневой двигатель.
французского физика Дени Папена для откачки воды. В этом сыром
устройство небольшое количество воды было помещено в один цилиндр
над огнем. По мере испарения воды давление пара заставляло
поршень вверх. Затем источник тепла был удален, что позволило
пар для охлаждения и конденсации. Это создавало частичный вакуум (давление
ниже атмосферы). Поскольку воздух, расположенный над
поршень находился под более высоким давлением (при атмосферном давлении), он
заставит поршень двигаться вниз, совершая работу. Более практичным
устройства, работающие на паре, были паровой насос, запатентованный в 169 г.8
английским инженером Томасом Савери и так называемым атмосферным
паровой двигатель, впервые построенный в 1712 году Томасом Ньюкоменом и Джоном Калли.
В двигателе Ньюкомена пар, образующийся в котле, подавался в
цилиндр, расположенный непосредственно над котлом. Был вытянут поршень
к верхней части цилиндра с помощью противовеса. После цилиндра
был заполнен паром, в него впрыскивалась вода, в результате чего
пар для конденсации. Это уменьшило давление внутри цилиндра.
и позволил наружному воздуху толкнуть поршень обратно вниз. Цепь-балка
Рычажный механизм был соединен со штоком насоса, который поднимал насос.
поршень, когда поршень движется вниз. Некоторые модифицированные двигатели Ньюкомена
находились на вооружении до 1800 г.
Шотландский мастер инструментов Джеймс Уатт заметил
что использование одной и той же камеры для чередования горячего пара и холодного
конденсат привел к плохому использованию топлива. В 1765 году он разработал
отдельная камера конденсатора с водяным охлаждением. Он был оснащен
насос для поддержания частичного вакуума и периодический пар
подается из цилиндра через клапан. Уотта и его делового партнера,
Мэтью Боултон продавал эти двигатели на том основании, что одна треть
часть сэкономленного топлива выплачивается им. Расход топлива на ватт
и двигателей Boulton были на 75 процентов меньше, чем у аналогичных
Двигатель Ньюкомена. Среди многих других усовершенствований Уатта было
коленчатый вал, который использовался для получения вращающей силы; использование
поршней двойного действия, с помощью которых пар поочередно подавался в
верхняя и нижняя части узла поршень-цилиндр
почти вдвое больше выходной мощности данного двигателя; губернатор,
который регулировал подачу пара к двигателю; и маховик,
что сгладило рывки работы цилиндров. Ватт также
признано, что использование пара высокого давления в двигателе
быть более экономичным, чем использование пара при внешнем атмосферном давлении.
Однако из-за ограничений конструкции котла его двигатели никогда не
эксплуатируются при высоких давлениях.
Двигатели были усовершенствованы после разработки
котлов, которые могли бы работать при более высоких давлениях. К концу
XVIII века существовало два типа котлов высокого давления.
применение: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. Их снаряды были
из железных пластин, скрепленных между собой заклепками. В водопроводной трубе
котлах вода нагревалась в спиральных или вертикальных трубах,
через топку и получил тепло от горячего сгорания
газы. Пар собирался в верхней части котлов. Эти
котлы были предшественниками современных котлов для электростанций. В
жаротрубных котлах вода поддерживалась в нижней части
из большой раковины. Оболочка была пересечена большими трубами через
продукты горения от колосников переходят в
куча. И снова пар собрался наверху.
Усовершенствовав конструкцию котла, британский инженер
Ричард Тревитик построил паровую повозку без конденсации.
в 1801 г. и первый паровоз в 1803 г., хотя его котел
позже взорвался. В 1829 году Джордж Стефенсон построил свой успешный
Ракетный локомотив. Это способствовало быстрому развитию железных дорог.
в Великобритании, а затем и в других странах.
Паровая тяга кораблей успешно опробована
в 1787 году американцем Джоном Фитчем, поставившим пароход на
река Делавэр. В 1807 году американец Роберт Фултон построил
колесный пароход с бортовым колесом под названием «Клермон». Оснащен
Двигатель Ватта и Боултона, Клермон Фултона, который был более экономичным.
успешнее, чем усилия Fitch, приехал из Нью-Йорка
в Олбани, открывая век пароходов.
Примерно в то же время появились двигатели без конденсации.
также разрабатывается американским изобретателем Оливером Эвансом. Во многом
по инициативе Эванса в
США гораздо охотнее, чем в Европе, хотя иногда
с плачевными результатами. Произошло большое количество взрывов котлов
речное судоходство в Соединенных Штатах на протяжении большей части раннего
1900-е годы.
Британский изобретатель Артур Вульф понял, что
больше мощности можно было бы получить от стационарного двигателя путем компаундирования
то есть за счет расширения пара лишь частично в первом цилиндре
и далее до давления ниже атмосферного во втором цилиндре
перед подачей в конденсатор. Поскольку давление пара продолжалось
чтобы увеличить, такие составные двигатели в конечном итоге изменились с двухконтурных
к тройной и четверной компаундированию. Самый известный двигатель
1920-м веке был представлен двухцилиндровый двигатель Corliss.
Джорджа Корлисса на Столетней выставке 1876 года в Филадельфии.
Его цилиндры были 40 дюймов (102 сантиметра) в диаметре. Его
ход, максимальное расстояние хода поршня составляло 10 футов (3
метров), а его маховик был 30 футов (9 метров) в диаметре. Превращение
при 36 оборотах в минуту двигатель Corliss выдавал 1400
лошадиных сил (1044 киловатта) для привода 8000 машин в машиностроении.
Зал. В течение десятилетия судовой двигатель, выпустивший более 10 000
лошадиных сил (7460 кВт). Разработка паровой машины
активно продолжалась еще 50 лет.
В 1897 году первые автомобили успешно управлялись
без конденсации, паровые двигатели были построены Фрэнсисом Э.
и Фрилан О. Стэнли в Ньютоне, штат Массачусетс. Эти паровые автомобили
были более мощными, чем первые автомобили с бензиновым двигателем. Они
в конечном итоге использовались котлы с давлением до 1000 фунтов на квадратный метр.
дюйм (6895 килопаскалей). Хотя конденсаторы были добавлены
В 1915 году паровые автомобили скоро исчезнут.
после этого, во многом из-за огромного веса двигателя, низкого КПД,
и постоянная потребность во внимании.
До появления небольших электродвигателей паровые
двигатели приводили в действие большинство заводов-изготовителей. Единый, в центре
расположенный двигатель передал мощность машинам посредством валов,
шкивы и ремни. Фермы в США работали на паровой тяге.
тракторы. Самоходные паровые молотилки переехали
от фермы к ферме в течение сезона сбора урожая, пока они не были
заменены агрегатами с бензиновым или дизельным двигателем.
Паровые машины со временем стали слишком большими, тяжелыми,
и медленно удовлетворять постоянно растущий спрос на большую мощность
из единого блока. Следуя успешному дизайну более
мощная и компактная паровая турбина британского инженера Чарльза
А. Парсонс в 1884 г. и его применение к морской силовой установке в
1897 судьба больших пароходов была решена, хотя
такие двигатели продолжали производиться в США через
Вторая Мировая Война. Растущий спрос на электроэнергию также называется
для более крупных паровых установок на электростанциях. Здесь тоже пар
турбины заменили паровые двигатели в начале 20-х гг.
век. Сегодня одна паротурбинная установка может производить
более 1 млн киловатт электроэнергии.
Как Steam производит работу
На примере можно показать, как пар
производит работу. Если в котле выпарится 1 фунт пара при
450 F (232 C), чтобы полностью стать паром (насыщенным), затем его давление
будет 422,6 фунта на квадратный дюйм (2914 килопаскалей) в абсолютном выражении.
и его объем составит 1,099 кубических футов (0,031 кубический метр). Если
пар расширяется идеально, то есть без трения, охлаждения,
или другие потери атмосферного давления, это приведет к образованию смеси
воды и пара, называемого влажным паром, при температуре 212
F (100 C) и позволяют работать 187 170 футо-фунтов (254 килоджоуля).
быть извлеченным. Однако его объем увеличится почти
двадцатикратно. С другой стороны, если тот же фунт пара может
расширяться ниже атмосферного давления до 2,0 фунтов на кв.
дюйм (13,8 кПа) абсолютный, затем 269760 фут-фунтов (366
килоджоулей) энергии можно извлечь. Конечная температура
составляет 126 F (52 C), а конечный объем 129,8 кубических футов (3,65 куб.
метров). Хотя в последнем случае получается больше работы,
получение этой дополнительной работы от каждого фунта пара требует
использование как конденсатора, работающего при давлении ниже атмосферного
и источник охлаждения, который заставляет пар обратно конденсироваться
в жидкую форму. (Эта вода затем будет закачиваться обратно в
котла.) Этот пример иллюстрирует идеальный случай. В действительности
расширение пара, связанное с охлаждением и другими потерями, сравнительно
меньше работы можно извлечь и несколько другое состояние выхлопа
Результаты.
Паровые двигатели с конденсаторами более эффективны
чем паровые машины без них. Например, в паровых локомотивах.
выбрасываемый наружу воздух теряется. Более высокая эффективность также
возможно, если пар расширяется до более низкой температуры и давления
в двигателе. Наиболее эффективная производительность, то есть наибольшая
выход работы по отношению к подведенному теплу обеспечивается
с использованием низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле.
Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через пароперегреватель.
на пути от котла к двигателю. Общий перегреватель
представляет собой группу параллельных труб с поверхностями,
горячие газы в топке котла. С помощью пароперегревателя пар
может нагреваться выше температуры, при которой он производится
просто кипячение воды под давлением.
Эксплуатация парового двигателя
В типичной паровой машине пар течет по схеме двойного действия.
цилиндр. Поток может регулироваться одностворчатым D-клапаном.
Когда поршень находится в левой части цилиндра, высокое давление
пар поступает из паровой коробки. В то же время
расширенный пар с правой стороны цилиндра выходит через
выпускной порт. При движении поршня вправо клапан
скользит как по выпускным отверстиям, так и по портам, соединяющим паровой
грудь и цилиндр, предотвращая попадание большего количества пара в
цилиндр. Затем пар высокого давления внутри цилиндра расширяется.
Расширение пара толкает шток поршня, который обычно соединен
к кривошипу для создания вращательного движения. Когда клапан
до упора влево, пар в левой части
цилиндр выходит как выхлоп. В то же время правая рука
часть цилиндра заполнена свежим паром высокого давления
из паровой коробки. Этот пар толкает поршень влево.
Положение золотникового D-клапана может варьироваться в зависимости от
положение эксцентрикового кривошипа на маховике.
Клапанная передача играет важную роль в паровозе.
потому что от двигателя требуется широкий диапазон усилий. Если
нагрузка на двигатель увеличивается, двигатель будет работать медленнее
вниз. Регулятор двигателя перемещает положение эксцентрика
чтобы увеличить продолжительность времени, в течение которого пар
допущено к цилиндру. По мере поступления большего количества пара двигатель
выход увеличивается. КПД двигателя снижается, однако
потому что пар больше не может полностью расширяться.
Хотя D-образный золотник представляет собой простой механизм,
давление, оказываемое паром высокого давления на заднюю часть
золотниковый клапан вызывает значительные потери на трение и износ.
Этого можно избежать, используя отдельные цилиндрические подпружиненные
золотниковые клапаны, заключенные в собственную камеру, как было предложено впервые
Джорджем Корлиссом в 1849 году.
Аранжировки сложнее простого эксцентрика
необходимы, если паровая машина должна работать с разными скоростями и
нагрузки, а также вперед и назад, как это делает паровоз.
Это приводит к сложному расположению золотниковых рычагов, известных
как клапанный механизм.
Составные двигатели
В простой паровой машине расширение пара
происходит только в одном цилиндре. В составном двигателе есть
представляют собой два или более цилиндра увеличивающегося размера для большего расширения
пара и более высокий КПД. Пар проходит последовательно через
эти цилиндры. Первый и самый маленький поршень приводится в действие
исходный пар высокого давления. Последующие поршни работают
паром более низкого давления, выпущенным из предыдущего цилиндра.
В каждом цилиндре происходит частичное расширение и падение давления.
Поскольку объем пара увеличивается с уменьшением давления, диаметр
цилиндров низкого давления должно быть намного больше, если двигатель
ход поршня должен быть одинаковым для всех цилиндров. В обычном соединении
двигатели различные цилиндры установлены рядом и приводят
тот самый коленвал.
Паровые турбины
В основе работы паровых турбин лежат два
понятия, которые могут использоваться как по отдельности, так и вместе. В
В импульсной турбине пар расширяется через сопла так, что
он достигает высокой скорости. Высокоскоростная струя низкого давления
Затем пар направляется на лопасти прялки,
где кинетическая энергия пара извлекается при выполнении
работа. Из турбины выходит только низкоскоростной пар низкого давления.
В реактивной турбине пар расширяется через
ряд ступеней, каждая из которых имеет кольцо криволинейных стационарных
лопасти и кольцо изогнутых вращающихся лопастей. В поворотной части
пар частично расширяется, создавая реактивную силу в
тангенциальное направление вращения турбинного колеса. стационарный
секции могут позволить некоторое расширение (и увеличение кинетической
энергии), но используются в основном для перенаправления пара для входа в
следующий вращающийся набор лопастей. В большинстве современных крупных паровых турбин
пар высокого давления сначала расширяется через ряд
импульсные ступени комплекты насадок, сразу понижающие высокие
начальное давление, чтобы корпус турбины не выдерживал
высокое давление, создаваемое в котле. Затем следует
многими последующими стадиями импульса или реакции (20 и более), в
в каждой из которых пар продолжает расширяться.
Первую реактивную турбину построил Герой.
Александрии в 1 веке нашей эры. В его эолипиле пар был
подается в сферу, которая вращается, когда пар расширяется через две тангенциально
установленные форсунки.