5 ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПАРОВЫХ МАШИН - ТЕХНОЛОГИЯ - 2025

Различные типы паровых двигателей претерпели множество изменений на протяжении всей истории, и технологии постоянно позволяли им замечательно развиваться.

По сути, паровые машины - это двигатели внешнего сгорания, которые преобразуют тепловую энергию водяного пара в механическую энергию. Они использовались в насосах, локомотивах, кораблях и тракторах, что в то время было необходимо для промышленной революции. В настоящее время они используются для выработки электроэнергии с помощью паровых турбин.

Паровая машина состоит из котла, который используется для кипячения воды и производства пара. Пар расширяется и толкает поршень или турбину, движение которых выполняет работу по вращению колес или движению других механизмов.

Первый паровой двигатель был изобретен Героном Александрийским в I веке и назывался Эолипила. Он состоял из полой сферы, соединенной с котлом, к которому были прикреплены две изогнутые трубы. Сфера была заполнена кипяченой водой, в результате чего пар выходил через трубки с высокой скоростью, заставляя шар вращаться.

Хотя эолипила не имела практического применения, она, несомненно, представляет собой первое применение пара в качестве источника движения.

Эолипийская птица Герона

Однако большинство систем, использующих пар, можно разделить на два типа: поршневые машины и паровые турбины.

Основные типы паровых машин

1- Плунжерные машины

Плунжерные машины используют сжатый пар. Через поршни двустороннего действия пар под давлением поступает поочередно с каждой стороны, а с другой стороны он выпускается или направляется в конденсатор.

Энергия поглощается ползунком, закрытым от выхода пара. Этот стержень, в свою очередь, приводит в действие шатун, соединенный с кривошипом, чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное движение.

Кроме того, другой кривошип используется для приведения в действие шестерни клапана, обычно через механизм, который позволяет реверсировать вращательное движение.

При использовании пары поршней двустороннего действия продвижение кривошипа смещено на угол 90 градусов. Это гарантирует, что двигатель всегда будет работать, независимо от того, в каком положении находится рукоятка.

2- Несколько двигателей расширения

Другой тип паровой машины использует несколько цилиндров одностороннего действия, которые постепенно увеличиваются в диаметре и движении. Пар высокого давления из котла используется для приведения в действие первого поршня меньшего диаметра.

При восходящем движении частично расширенный пар направляется во второй цилиндр, который начинает движение вниз. Это вызывает дальнейшее расширение относительно высокого давления, выпущенного в первой камере.

Кроме того, промежуточная камера выходит в последнюю камеру, которая, в свою очередь, попадает в конденсатор. Модификация этого типа двигателя включает два меньших поршня в последней камере.

Разработка этого типа двигателя была важна для его использования на пароходах, поскольку конденсатор, восстанавливая небольшую часть энергии, снова преобразовывал пар в воду для повторного использования в котле.

Земные паровые машины могли выпускать большую часть своего пара и пополняться из башни пресной воды, но в море это было невозможно.

До и во время Второй мировой войны двигатель расширения использовался в морских транспортных средствах, которым не нужно было двигаться с высокой скоростью. Однако когда требовалась большая скорость, ее заменили паровой турбиной.

3- Двигатель однопоточного или равномерного потока

Другой тип поршневой машины - это однопоточный двигатель. Этот тип двигателя использует пар, который течет только в одном направлении в каждой половине цилиндра.

Тепловой КПД достигается за счет градиента температуры по цилиндру. Пар всегда входит в горячие концы цилиндра и выходит через отверстия в центре охладителя.

Это приводит к уменьшению относительного нагрева и охлаждения стенок цилиндра.

В однопоточных двигателях впуск пара обычно регулируется тарельчатыми клапанами (которые работают аналогично тем, которые используются в двигателях внутреннего сгорания), которые приводятся в действие распределительным валом.

Впускные клапаны открываются для впуска пара при достижении минимального объема расширения в начале движения.

В определенный момент во время поворота рукоятки пар входит, и входное отверстие крышки закрывается, обеспечивая непрерывное расширение пара, приводя в действие поршень.

В конце хода поршень обнаружит кольцо выхлопных отверстий вокруг центра цилиндра.

Эти отверстия соединены с конденсатором, что снижает давление в камере, вызывая быстрое высвобождение. Постоянное вращение кривошипа - это то, что перемещает поршень.

4- Паровые турбины

В паровых турбинах большой мощности используется серия вращающихся дисков, которые содержат на своей внешней кромке лопасти пропеллерного типа. Эти подвижные диски или роторы чередуются с неподвижными кольцами или статорами, прикрепленными к конструкции турбины для перенаправления потока пара.

Из-за высокой скорости работы такие турбины обычно подключаются к редуктору для приведения в действие другого механизма, такого как гребной винт корабля.

Паровые турбины более долговечны и требуют меньшего обслуживания, чем поршневые. Они также создают более плавное вращательное усилие на выходном валу, что способствует снижению требований к техническому обслуживанию и меньшему износу.

В основном паровые турбины используются на электростанциях, где их высокая скорость работы является преимуществом, а их относительный объем не является недостатком.

Они также используются в морских приложениях, приводя в действие большие суда и подводные лодки. Практически все атомные электростанции вырабатывают электроэнергию за счет нагрева воды и подпитки паровых турбин.

5- Двигатели

Есть подводный двигательный двигатель, который использует пар высокого давления, чтобы втягивать воду через впускное отверстие спереди и выталкивать ее с высокой скоростью сзади.

Когда пар конденсируется на воде, он создает ударную волну, которая выталкивает воду сзади.

Для повышения эффективности двигателя двигатель втягивает воздух через вентиляционное отверстие перед паровой струей, что создает пузырьки воздуха и меняет способ смешивания пара с водой.

Ссылки

1. Маршалл Брейн (2017). «Как работают паровые двигатели». Получено 14 июня 2017 г. с сайта science.howstuffworks.com.
2. Энциклопедия Нового Света (2015). "Паровой двигатель". Получено 14 июня 2017 г. с сайта newworldencyclopedia.org.
3. SOS Дети (2008-2009). "Паровой двигатель". Проверено 14 июня 2017 г. с сайта cs.mcgill.ca.
4. Вудфорд, Крис (2017). "Паровые двигатели". Проверено 14 июня 2017 г. с сайта Expainthatstuff.com.