> Энциклопедический словарь Гранат, страница 346 > Паровыя ташины
Паровыя ташины
Паровия ташины. Паровия машины суть двигатели, дающие механическую работу за счет тепловой энергии расходуемого в них водяного пара. Подходя к машине из котла или пере-гревателя с значительным давлением и теплосодержанием, водяной нар, совершая в машине работу, теряет упругость и с пониженным теплосодержанием переходит в атмосферу или конденсатор. Часть этой убыли теплоты пара, в количестве от 50 до 85%> смотря по начальному состоянию пара, типу и размерам машины, утилизируется в работу, а остаток представляет тепловия потери преобразования тепла в механическую работу. По способу преобразования все П. м. подразделяются на поршневия 11. м. и паровия турбины. В первых давление пара сообщает движение поршню, помещенному в закрытом с концов цилиндре и соединенному или непосредственно, помощью штока, или при посредстве кривошипного механизма с преодолеваемым машиной полезным сопротивлением. По расположению и числу цилиндров П. м. подразделяются на горизонтальные и вертикальные, одно-и многоцилиндровыя. В современных П, м., работающих перегретым паром, число цилиндров для стационарных типов не превышает двух; в судовых машинах, лишенных тяжелого маховика и требующих вследствие этого более равномерного распределения движущих усилий, число цилиндров доводится до четырех. Последний
(большой ц., ц. низк. давления) цилиндр при этом нередко выполняется в крупных машинах, на 6.000—10.000 ло-шад. сил, в виде двух отдельных цилиндров половинного объёма, чем облегчается выполнение машины, достигается полное уравновешивание подвизк-ных масс и большая равномерность вращения. По числу цилиндров, проходимых паром последовательно, с постепенной потерей в них избытка своего давления, различают машины одно-, двух- и трехкратного расширения. Каэисдая П. м. нормальной конструкции состоит из следующих главных частей (табл.И, фигура 21 и 22), помеченных на чертезке простейшей одноцилиндровой машины с золотниковым парораспределением: цилиндра 1 с сальником b для поршневого штока, входным (I и выходным а отверстиями для пара, каморой парораспределения G и соединительными каналами k для притока и отвода пара; органов парораспределения, заведующих впуском и выпуском пара в рабочий цилиндр и состоящих в данном случае из простого коробчатого золотника в, со штоком s, тягой е и эксцентриком Е; регулятора R с системоии передаточных рычагов Ь, и, для изменения количества пара, поступающого в цилиндр, сообразно с размерами внешней нагрузки машины; поршня К, со штоком S и шатунным механизмом Q, F, Н; коренного вала W с маховиком М, выравнивающим неравномерность вращения машины, и шкивом Т для отдачи полфзноии (валовой) работы машины внешним сопротивлениям. Вместо шкива на валу машины может находиться якорь динамомашины, колесо центробезкного насоса или вентилятора, шайба динамометра и тому подобное., в зависимости от назначения П. м. Взаимное расположение перечисленных частей П. м. фиксируется рамой О, с направляющими G для крейцкопфа Q, флянцем для присоединения цилиндра А и коренным подшипником L для вала W. Работа в поршпевых П. м. получается непосредственно за счет убыли потенциальной энергии пара, характеризуемой уменьшением его давления, без развития в паре значительных скоростей.
В паровых турбинах, наоборот —Паровые котлы.
Паровые котлы служат для превращения скрытой химической энергии топлива или теплоты дымовых газов в эиергию пара, который может утилизироваться или как рабочее тело, например, в паровых машинах, паровых турбинах и так далее, или как носитель тепла, например, при отоплении, подогревании, варке краски и тому подобное. Превращение это происходит в следующих стадиях: топливо сжигается в топке, от полученных дымовых горячих газов, а равно и от самого горящого топлива тепло передается стенке котла, от стенки воде, заключенной в котле, которая от этого превращается в пар. Так как этот процесс длительный, то для того, чтобы он не прерывался, должно быть доставляемо по мере израсходования: в котел—вода и в топку—топливо и воздух, а равно должныбыть удаляемы получаемый пар, и образующиеся в топке дымовые газы и остатки мипеодна на другую и на самый котел (так, например, нельзя правильно выбрать систему котла, не зная топлива и топки), то при современной сложной котельной нельзя говорить о котле только, а приходится рассматривать всю котельную установку, как одно целое.
Идея П. к. была еще у др. греков (Герон Александрийский); они же и римляне употребляли для подогревания вина аппараты, походившие па наши самовары, что представляло собой в миниатюре водогрейпые котлы. С появлением паровой машины (вторая половина XVIII столетия) ГИ. к. получают большее распространение и постепенно с улучшением паров. машины котлу предъявляются требования в смысле повышения давления, а затем и экономичности. В 80-х гг. XIX столетия выступают на сцену двигатели внутреннего сгорания и, казалось, в виду их экономичности, можно было бы
Фигура 1.
ральной части топлива: зола и шлаки. Для того, чтобы производить эти операции и следить за правильностью и безопасностью работы котла, необходимы соответствующие аппараты и приборы. Таким образом намечаются главные органы котельной установки, то есть котла и всех дополнительных частей, необходимых и желательных для безопасного и более экономичного и правильного действия котла. Так как эти части сильно влияютсчитать дни паровой машины сочтенными, а вместе с ней в значительной мере и дни П. к.; но в конце XIX в появляются машины с сильно перегретым паром (до 350°), сильно уменьшившия расход пара; затем выступают на сцену паровия турбины, еще более понизившия расход его, да притом легко выполняемия в виде крупных единиц, что очень упрощает постройку крупных электрических станций—и опять борьба 8а“
тянулась, и пока перевес на стороне паровых турбин, а для них необходимы мощные и экономичные П. к. Таким образом усовершенствование паровых турбин поставило на очередь усовершенствование П. к. и их принадлежностей, или, правильнее сказать, создание вполне продуманных котельных установок.
Системы котлов. Много систем котлов, предложенных разными заводами и изобретателями, быстро исчезли с рынка и в настоящее время если и изготовляются заводами, то только по специальному заказу; другими словами—сам завод, хотя и является собственником патента, все же считает данную конструкцию устаревшей и, не желая брать ответственности на себя, перепосит ее на покупателя. Мы рассмотрим только представителей тех классов, которые являются жизнеспособными и притом относятся к стационарным
котлам, так как подвижные, к которым относятся паровозные, пароходные, локомобильные и проч., мы исключим из своего краткого обзора в виду специальных требований, предъявляемых к ним.
стенки котла, не усложнять поэтому его производства и не удорожать его, делают батарейные к., состоящие из 6 или 9. горизонтальных цилиндров, соединенных между собою трубками,—так называется шестерки и девятки. Эти котлы относительно дешевы, удобны для
Фигура 4.
Фигура 5. Фигура 6.
Наиболее простым по конструкции является цилиндрический котел, который обыкновенно располагается горизонтально (и очень редко вертикально).Чтобы получить большую поверхность нагрева и не увеличивать диаметра котла и тем самым не увеличивать толщинуочистки, производство их легко, так что -каждый плохо оборудованный завод может хорошо их выполнить; они обладают довольно большим объёмом воды, поэтому их довольно часто можно встретить па старых русских фабриках. Стремление увеличить
Поверхность нагрева котла, с одной стороны, с другой желание иметь лучшее использование тепла заставляют перейти к жаротрубным к., которые бывают с одной трубой (корнвалийский) (фигура
1), с двумя (ланкаширские) и с тремя трубами. В жаровой трубе обыкновенно помещается топка, и т. обр. потеря тепла топкой в окружающую среду значительно уменьшается. Котлы этого тина имеют довольно большой объём воды и достаточно экономичны, поэтому для небольших единиц, в ВО—100 т1 поверхности нагрева, они очень удобны. Для дальнейшого увеличения поверхности нагрева или делают в жаровой трубе трубы Галловея (котел Галловея)1) или же, уменьшая ииаметр жаровых труб и увеличивая их число, переходят к трубчатым котлам, которые почти всегда выполняются, как часть комбинированного котла; папр., котел Тибшейна (фигура
2) состоит из двух барабанов: нижний выполнен как ланкаширский к_о т е л, а верхний — как трубчатый, выполняется поверхностью нагрева в 100—500 т“.
Комбинированные котлы бывают очень разнообразны; они представляют комбинав жаровых трубах; но он имеет небольшую поверхность нагрева. Трубчатый котел имеет относительно ббльшую поверхность нагрева, но очень неудачно комбинируется с топкой. В комбинации каждый из перечио-
Фигура 8.
ленных котлов использует свои хорошия свойства. В последпее время разными комбинациями стали пользоваться очень широко и даже выполняют, как мы увидим далее, комбинации котлов с экономейзерами.
Итак, переход от жаротрубного котла к трубчатому был обуоловлеп желанием увеличить поверх-
) В настоящее время их почти перестал if делать, так как они легко дают течь при больших нагрузках,
ции котлов различных классов с целью использовать по возможности лучшия стороны каждого класса; так папр., в только что описанном котле Тншбейпа была комбинация жаротрубного котла с трубчатым. Жаротрубный котел один — как мы отметили — удобно комбинируется с топкой: топки помещаютояноет нагрева; для достижения втого же от цилиндрического котла перешли к батарейным и далее, увеличивая число цилиндров и уменьшая их диаметри. досо_on миллиметров —перешли к водотрубным к. Если ониимеют уклон труб к горизонту 10—30 носят название горизонтальных, если уклон 00—90°—называются вертикальными. Горизонтальные водотрубные к. начали появляться со средины XIX века, и к концу его уже было предложено много конструкций; почти каждый завод имел свой патент, но жизнь выбрала наиболее годные, а остальные исчезли с рынка и теперь представляют лишь исторический интерес.
Как наиболее типичные и жизнеспособные конструкции следует назвать
что осмотреть шов можно только о наружной стороны. Против каждой трубки имеется лючек (закрываемый крышкой-колпачком), необходимый для укрепления развальцовки трубы, для очистки ея от накипи и ила, для наблюдения, насколько хорошо произведена очистка, для возможности сменить трубу, если бы она по какой-либо причине испортилась. Открывание и закрывание этих лючков при промывке котла представляет очень копотливую работу. Хорошим качеством этих котлов надо признать хорошую циркуляцию, чего иельзя сказать про котлы секционные и про котлы Шухова.
В секционных к. каждый вертикальный ряд труб открывается в отдельную секцию, которая при помощи труб соединяется с котлом (фигура 4). Секции эти, как видно на рисунке, не прямостенные, а изогнутыя, что затрудняет циркуляцию воды, и поэтому оиа хуже, чем у первых котлов. Против каждой трубки так же, как и в первой системе, имеется свой лючек, поэтому затруднения при чистке котла одинаковы.
У котлов Шухова (фигура 5 и 6) 19 труб открываются в один барабан, который закрывается одной крышкой. Это представляет значительные удобства, так как, открыв одну крышку, сразу открывают 19 труб; но, с одной отороны, трубы дают разные сопротивления газам в разных местах дымохода, так как оне расположены не рядами а пучками, ц поэтому не все одинаково омываются газами; далее, выход пара затруднен из нижнего барабана, хотя подавно сделано улучшение, показанное на фигуре 6: изнижнего барабана пар отцельнокамерные к. (с 2 камерами), секционные к. Бабкока и Вилькокса и котлы Шухова с паросборниками в виде барабаиов.
У цгъльнокамерных к. все трубы открываются, как это видно на фигуре 3, в камеры с плоскими стенками, укрепленными анкерными болтами. Камеры эти делали ранее клепаными, в последнее время делают чаще сварными. К сожалению, имеется довольно большая зависимость прочности сварного шва камеры от добросовестности и умения лица, производящого сваркзт, так как проверить, насколько хорошо, произведена сварка, не представляется возможным, потому
Фигура 10.
водится по особой трубе. Горизонтальпыф водотруб-пые котлы выполняются единицами от 25 до 500 т“ поверхности пагрева.
Вертикальные водотрубные П. к. получили распространение еще недавно и они находятся в стадии разработки ( конструкций, поэтому сейчас уже имеется более 20 различных систем, и пока еще нельзя сказать, какие из них останутся на рынке. Все их можпо подразделить па 2 класса: с прямыми трубками и с гнутыми. Среди первых ранее других появились котлы с плитою Гар-бе, видимой на фигуре 7,—внизу изображена плита отдельно, а вверху помещено изображение рабочого, развальцовывающого (укрепляющаго)тру-бу. На фигуре 8 изображен двойной котел Гарбе с цепной топкой; делают его и одиночным, ставя только первые два барабана и один пучок труб, отбрасывая второй. Так как плиты Гарбе патентованы и стоят дорого, то другие заводы исполняют или видоизменение их, или просто настолько увеличивают толщину, чтобы можно было развальцевать трубы.—Ко второму классу, с изогнутыми трубками, относится большое число конструкций, из которых мы приведем только две: Стирлинга и Шульца. Котел Стирлинга выполняется с 3,
4 или 5 барабанами (фигура 9 и 10); важная их особенность та, что питание воды в задний барабан, и поэтому в большинстве случаев задний пучок труб работает, как экономейзер, то есть с большей разностью температур, что очень выгодно. Котел Шульца без кладки (изображен па фигура 11) дает возможность иметь очень большую решетку, что иногда очень важно. Достоинство прямых труб—легкая очистка от накипи и возможность видеть, как очищено. Неудобство: система труб получается жесткая и скорее может расстроиться; хотя надо сказать, что трубы сами потом несколько изгибаются. Достоинство изогнутых труб—достаточная гибкость и отсюда прочность, очистка возможна при помощи гибких очистителей, но осмотреть, как очищено, не всегда и но везде возможно, что часто не представляет большого лишения; впрочем, иногда делают изгиб только с одного конца труб, другой делая почти прямым, как это видно на фигуре 12,—вертикальный котел системы Штейпмюллера; здесь же, мы кстати видим, сзади помещается железный экономейзер, обмурованный с котлом в одно целое. Вертикальные водотрубные к. выполняются от 100 ш3 и более поверхности нагрева, удобны в смысле чистки, удобно комбинируются с топкой и для крупных единиц почти незаменимы. В настоящее время уже имеются котлы поверхностью нагрева в 3000 та.
Кроме перечисленных классов котлов, следует еще упомянуть о небольших вертикальных котлах, обычно выполняемых в виде комбинаций жаротрубного котла с трубчатым или водотрубным. Исполняются они в виде небольших единиц в 6—25 кв. метров. Были попытки создать котлы без воды для уменьшения возможности взрыва [котел иерполе), -котлы, которые давали бы не пар, а смесь пара и продуктов сгорания, и так далее; но все это не имело большого значения в промышленности, и на рынке их не имеется. В настоящее время идут работы по исследованию вновь изобретенных котлов беспламенного горения, но они требуют для себя газообразного топлива.
Необходимость отпускать из котельной перегретый пар вызвала устройство перегревателей, которые выполняются или с отдельной топкой, или, гораздо чаще,
Помещаются в дымоходе котла. Перегреватель состоит из ряда изогнутых железных труб небольшого диаметра, соединенных с паропроводами при помощи паросборников, или коллекторов. Помещается он обыкновенно между первым и вторым дымоходом котла (только в случае отопления антрацитом приходится его ставить дальше), так, чтобы температура входящих в него газов была при нормальной нагрузке
Фигура 11.
котла в пределах 500—700°; лучше же всего 600—650°. Так как с повышением нагрузки котла температура входящих в перегреватель газов повышается, то, естественно, увеличивается и перегрев пара; потребитель же, напротив, требует постоянного перегрева — отсюда является вопрос о регулировании перегрева. Это выполняется или регулированием количества газа, входящого в перегреватель, при помощи заслонок, как это видно на фигуре 1, 3, 6, 8, или же устраивают регуляторы перегрева пара, охлаждающие высокоперегретый пар при помощи влажного пара (фигура 12). Впрочем, иногда допускают отсутствие регулирования перегрева (фигура 4, 9). Металл, из которого сделана регулирующая заслонка, при высокой температуре теряет значительную часть своей крепости. Для избежания этого прибегают к охлаждению заслонки изнутри или воздухом или водой. В русских котельных можно видеть очень удачные конструкции русских инженеров, к сожалению, еще не описанные в литературе. При правильно сконструированном перегрева-теле температура пара может поддерживаться одна и та же при широких пределах нагрузки котла, сопротивление для прохода пара и сопротивление для газов невелико; он не должен заноситься золой, должен быть достаточно долговечен и так далее
Очень выгодным оказалось перед поступлением воды в котел подогревать ее дымовыми газами, покинувшими поверхность нагрева котла, в особом приборе, называемом окономейзером. Раньше эконо-мейзеры делались исключительно из чугуна и температура воды в них не подымалась выше 100°; затем стали поднимать до 120—140°, теперь часто их делают железными и доводят температуру воды почти до точки кипения при соответствующем давлении; помещают их отдельно, как на фигуре 12, или делают частью котла, как у котла Стирлинга (фигура 9). Задний пучок труб не имеет циркуляции и работает частью как экономейзер, частью как котел, в зависимости отнагрузки котла. Чугунные экономейзеры выполняются или гладкотрубными—система Грина (фигура 8), Крюгера, Пимблея и др.—пли ребристыми — система Каблитца. Ребристые дешевле, занимают меньше места, менее пропускают воздуха в дымоход, но они более заса-рнваются и изнутри—в случае жесткой питательной воды_и снаружи—в случае засоренного дымового газа;
далее имеется возможность вынуть один элемент ребристого экономейзера для ремонта и, пересоединив труномейзер, или же в последнее время отремятоя, особенно при крупных единицах котельной ставить за каждым котлом по экономейзеру, как это представлено на фигуре 8 и 33 или схематично па фигура 13. Удобство такого расположения заключается в том, что во время очередной чистки котла осматривается и очищается и экономейзер, чего делать нельзя при первом расположении.
Арматурой к. называются_все его_принадлежности,
машина
|
»-Г и и | |||
|
AU 1» | |||
