Фигура 11.
Корлисса (фигура 12), Все краны связаны тягами с общей качающейся шайбой, заимствующей движение от эксцентрика на главном валу машины. Верхние (впускные) краны работают срасцеплением. Момент расцепления (закрытие впуска) изменяется регулятором. После него кран быстро закрывается (повертывается) под действием воздушного буфера. С введением высокого давления и перегрева пара сложные золотники и краны оказались непригодными и уступили место уравновешенному поршневому золотнику (фигура 13) с внутренним впуском пара или двухопорному клапану (фигура 14) с узкими опорными поверхности- фигурами (2,6 — 4 m/m.)
и двойным открытием. Поршневой золотник применяется в более дешевых и быстроходных машинах, а также в судовых и прокатных ма-
Фигура 13. Паровой цилиндр.
шинах с реверсированием хода (переменой вращения). На океанских пароходах, требующих мощных машин, иногда ставят по две машины на
Фигура 28. Цилиндр для насыщенного пара.
Фигура 29. Цилиндр для перегретого пара.
т
Фигура 30.
А—цилиндр высокого давления; В—цилиндр низкого давления; С—впуск свежого пара; D—выпуск пара в рессивер; Е— рессивер; F— впускные клапаны цилиндра низк. давления; У—выпуски, кл. цил. низк. дав.
Фигура 31. Сдвоенная машина четверного расширения на 20.000 л. с. для парохода „Kaiser Wilhelm 11“.
каждый винт, как это изображено на табл. VI, фигура 31, представляющей сдвоенную машину четверного действия
и. „Kaiser Wilhelm IP. Машина развивает до 20.000 л. с. при 80 оборотах в мин.
4 В клапанном распределении, как и в крановом, выпуск и впуск пара разделены, что выгодно отражается на уменьшении теплообмена. Подъем клапана над седлом (открытие) производится эксцентриком па главном или распределительном валу машины. Распр. вал располагается параллельно оси цилиндра и заимствует двшкенио от главн. вала чорез пару конических шестерен с одинаковым числом зубьев. Типы передаточных механизмов (приводов) очоииь разнообразны и могут быть подразделены на две группы: механизмы с расцепкой и механизмы с принужденным движением клапана.
В первой группе, поднятый механизмом клапан освобождается затем от него и падаешь на седло под действием собственного веса и пружины.
Как в кранах Корлисса, так и тут для посадки без удара применяются воздушный буфер или масляный катаракт. При быстроходности машин, выше 120 — 126 оборотов в минуту, механизмы с расцеплением неприменимы. А так как указанный предел быстроходности нередко переходится теперь уже и крупными машинами, на 1000 — 1200 л. с., то второй группе механизмов, несомненно, принадлежит будущее. Пример такого передаточного механизма указан на фигуре 16, представляющей поперечный разр. цилиндра по клапанам. Подъем верхнего клапана происходит при проходе под роликом а левой, более высокой, части углового рычага Ь, качаемого эксцентриком. Эксцентрик имеет переменный радиус, величина которого зависит от положения грузов регулятора В. При опускании клапана пружина все время прижимает ролик к профилю рычага Ь, очертанием которого и определяется закон посадки. Длительность подъема клапана (период наполнения) зависит от размахов рычага Ь, изменяемых регулятором В в зависимости от нагрузки. Процесс регулирования состоит в поддержании равенства между работой пара и сопротивлениями, что достигается измене-
Фигура 15.
нифм количества поступающого въци-линдр пара. Изменение это осуществимо двумя способами: переменой давления впускаемого пара, при сохранения постоянства наполнения, или изменением длительности впуска пара, при постоянстве давления. Второй способ регулирования, упомянутый при описании кранового и клапанного распределений, более экономичен и распространен. Привод нижнего (выпускного) клапана (фигура 15) состоит из постоянного эксцентрика, тяги и двух качающихся рычагов с центрами качания с и (1. Нижний рычаг качается непрерывно и в нужные моменты, надавливая верхний, приподнимает клапан для выпуска пара. При опускании системы рычагов пружина е держит их в соприкосновении до посадки клапана на седло. От передаточного механизма требуется: простота, малоечисло шарниров, быстрое закрытие клапана и отсутствие ударов при посадке на седло.
В. Паровая турбина. Действие паровой турбины состоит в преобразовании живой силы потока пара в работу вращения колеса и всего проще может быть пояснено па схеме активного колеса (фигура 16). Свежий пар высокого да-
Фигура 1G.
влеииия вступает с незначительной скоростью в расходящееся сопло Е. Теряя в нем весь избыток давления, пар сильно расширяется и приобретает к концу сопла большия скорости, до 903-1100 mt./sec. Попадая с такими скоростями на лопатки вращающагося по стрелке С -D турбинного колеса, пар резко отклоняется ими от начального направления и отдает колесу большую часть своей кинетической энергии. Лучшее использование живой силы пара, как учит опыт, получается при скорости вращения лопаток, близкой к 0,5 скорости втекающого в ннх пара. В реактивных колесах, работающих с избытком давления перед колесом, в отличие, от активных, в которых избытка нет, расширение пара заканчивается в самом колесе. Избыток давления поддерживается особой формой каналов (фигура 17)
между лопатками колеса с широкими входными и узкими выходными отверстиями. Лучшие результаты получаются при том условии, что скорость вращения лопаток близка к скорости вступления в них пара.
Соображения о прочности колес, разрываемых центробежными силами, и затрудения, связанные с изготовлением колес большого диаметра, вынудили ограничить окружную скорость колес 350 - 400 mt./sec. Кроме того, представляя наиболее подходящий двигатель для динамо-машин, паровая турбина должна была считаться с тем, что быстроходность последних не могла быть поднята выше 3000 оборотов в минуту. Эти ограничения в значительной степени осложняли выполнение приведенной выше (фигура 16) простой схемы. Пример одноколесной активной турбины представляет турбина де-Лаваля. Число оборотов колес в его турбинах колеблется от 25.000 до 10.000 в минуту, смотря по мощности машин. От колеса В (фигура 18) работа передается упругим валом А через шестерни С и И валу X, несущему якорь динамо или шкив для привода. При мощностях выше 50 л. с. шестерни И располагаются по обе стороны от малоии шестеренки С, чем достигается разгрузка слабого вала турбины от давлений на зубцы колес. Фигура 32 на табл. VII дает образчик такой турбины на 100 л. с., ведущей двойной якорь динамо постоянного тока.
ИДИИ—I
г.
ТвШпёи
Фнг. 32. Турбина де-Лаиаля на 100 л. с.
Фигура 34. Турбина Парсонса для парохода,Aquitania“.
Фигура 33. Комбинированная паровая турбина на 2500 л. с.
Наличность зубчатой передачи, которая при больших мощностях выходит громоздкой и дорогой, ограничивает применение этой системы турб.-аггрега-тами в 300—360 л. с. Во всех других системах активных турбин, получивших распространение, передача выкинута, а требуемое понижение быстроходности достигается значительным усложнением конструкции самой турбины. Наиболее простой способ, предложенный впервыф Кёртисом, состоял в подразделении живой силы потока пара на ряд последовательных колес (ступеней скорости) с пониженными Скоростями вращения. С уменьшением окружной скорости рабочих лопаток значительный запас кинетическойбины, от 10 до 300 л. с., успешно конкурирующия с турбинами Лаваля, и турбины с использованием отработавшего пара, в которых экономичность работы но играет большой роли. В последовательном размещенииактивных колес скрывается второй способ к понижению их быстроходности, независимо от конструкции колеса. Каждая ступень давления в такой турбине представит собой самостоятельную турб. де-Лаваля, работающую при малых скоростях пара и вращения колеса. Между собой колеса разделяются днищами с отверстиями для вала и направляющими пар лопатками по окружности. Число последовательных колес (ступеней давления) выбирается с та-
Фигура 18.
энергии пара уносился с первого колеса неиспользованным (при остановке вращения живая сила потока осталась бы совершенно нетронутой) и мог быть подведен к следующим колесам. Для сообщения пару надлежащого направления, между колесами размещались ряды неподвижных направляющих лопаток. Наиболее распространены колеса Кёртиса с двумя рядами лопаток (фигура 19) и направляющим аппаратом U между ними. Для выгодного использования больших перепадов давления пара и значительного уменьшения быстроходности одного колеса Кёртиса, однако, недостаточно, приходится ставить последовательно два (фигура 20) и более таких колес (ступень давления), раздробляя между ними располагаемый избыток давления. Исключение составляют лишь малия турким рассчетом, чтобы скорость выхода пара из направляющих лопаток не превышала 330—380 mt./sec. При таких скоростях сопла заменяются каналами с параллельными стенками, что значительно упрощает их изготовление. В первое колесо пар поступает из насадков, занимающих только часть окружности колеса. В следующих колесах постепенное расширение пара ведет к занятью направляющими лопатками всей окружности, увеличению высоты лопаток и диаметров колес. ИИаивыгодиейшая окру ясная скорость опускается при этом до 160—170 mt., не препятствуя непосредственному соединению турбин с динамомашинамп. По этой схеме строятся активные многоколесные турбины Цблли и Рато. В турбинах Цблли число последовательных колес варьирует от 8—в мд-
10
лых турбинах (до 1000 л. с.), делающих 3000 оборотов, до 16—18—в крупных машинах, число оборотов которых понижено до 1000. Аналогичный способ дробления располагаемой работы упругости на ряд последовательных реактивных колес имеет место в турбинах Парсонса (табл. III, фигура 26). Только дробление заходит в этой системе много дальше, и число последовательных колес в крупных
Фигура 19.
турбинах нередко повышается до 60— 70. Увеличение числа последовательных расширений было необходимо Парсонсу для ослабления утечки пара мимо рабочих колес, неизбежной при разнице давления по обе стороны колеса и являющейся главным недостатком системы. Отдельные колеса заменены полным ступенчатым барабаном, из трех или четырех цилиндров увеличивающагося диаметра, с закрепленными на его поверхности рядами рабочих лопаток. Нужное увеличение проходной площади колес достигается указанным ростом диаметра последовательных частей барабана и увеличением высоты лопаток. Направляющия лопатки закрепляются в выточках на внутренней, цилиндрической, поверхности разъемного кожуха. Несмотря на то, что радиальные зазоры в турбинах Парсонса уменьшены до
1—2 m/m (минимум, который вряд ли можно перейти), малия турбины (до 300 л. с.), с короткими лопатками и относительно длинными зазорами, дают значительные потери. В средних и крупных машинах этот недостаток реактивных турбин, сравнительно с активными, с избытком покрывается их главным преимуществом: малыми потерями на трение пара о лопатки.
Скорость пара в лопатках реактивных колес колеблется от 70 до 130 mt., тогда как в активных она редко опускается до 160, а иногда повышается до 700—800 mt. (в колесах Кёртиса). Кроме потерь пара, избыток давления перед колесами вызывает значительную силу вдоль оси турбины, в сторону увеличивающихся диаметров барабана. Для ея уравновешивания узкий конец барабана заканчивается ступенчатым поршнем (лев. сторона фигура 26) с лабиринтовыми уплотнениями. Число уступов поршня отвечает числу выступов барабана. Соответственным выбором размеров поршня и нагружением его колец тем же давлением, какое испытывают выступы барабана, достигается полное его уравновешивание. Благодаря впуску пара по всей окружности и малому его объёму при вступлении в турбину, первая ступень барабана несет короткие лопатки, дающия значительную утечку. Часть работы упругости при этом теряется. Этот недостаток в связи с сильным прогревом длинного корпуса турбины и большим давлением, которое ему приходится выдерживать, привели к некоторым
изменениям, упростившим всю конструкцию. Изменения состояли в замене первой ступени барабана (турб. высокого давления) одним активным колесом Кёртиса, как это указано на схематичном разрезе комбинированной турбины (фигура 1).. Подняв экономичность работы на первом участке турбины, колесо Кёртиса дало резкий перепад давления и температуры, значительно облегчив этим условия работы корпуса. Вместе с этим сократилась длина турбины (табл. VIII, фигураЗЗ) и ея конструкция стала более компактной. Как видно из фигура 1, колесо Кёртиса имеет больший диаметр, чем следующия за ним реактивные колеса. Причина тому кроется в большей окружной скорости активного колеса, соответственно большой скорости вытекающого из сопел пара. Комбинирование колес, оказавшееся выгодным в реактивных турбинах, распространилось затем и на турбины с. Цблли. В настоящее время смешанный тип турбин приобрел в Европе весьма широкое распространение на самия разнообразные мощности, от 600 и до
20.000 л. с. Высокая экономичность крупных паров. турбин, их компактность, удобство прямого соединения с динамомашинами и малые размеры фундаментов сравнительно с порошневыми машинами—ограничили применение последних в пароэлектрических установках мощностями в 1000—1200 л. с. В аггрегатах меньшей мощности преимущество большей экономичности остается на стороне поршневого типа, и паровая турбина не может в этом случае рассчитывать на широкое распространение. Регулирование работы в большинстве турбин производится мятьем пара (понижением давления). В комбинированных турбинах применяется также смешанное регулирование с последовательным выключением (или включением) ряда сопел.
Кроме стационарных установок,турбины Парсонса находят в последнее время широкое применение на морских судах. Их выступление в качестве судовых двигателей создало новый тип могучих машин, требуемых современными морскими гигантами. Будучи легче поршневой машины и имея идеальную равномерность хода, турбина является для винтовых судов наиболее подходящим паровым двигателем. Требуемое винтами понижение скорости вращения до 300—200 оборотов в минуту достигается значительным увеличением числа последовательных колес. Большая длина турбины не служит в этом случае препятствием, Турбина делится обыкновенно па две или более самостоятельных частей, из которых каждая помещается в отдельном корпусе и ведет особый винт. При трех винтах часто встречается следующее расположение турбин: крайние винты работают от двух турбин высокого давления, отработавший в них пар поступает в турбину низкого давления, служащую двигателем для среднего винта. В корпусе последней турбины помещается обыкновенно и более слабая турбина для обратного хода. Мощность судовых турбин считается десятками тысяч лошадиных сил, во много раз превосходя границы, к которым мы привыкли в стационарных установках. Для примера укаясу хотя бы на турбины построенного в Англии океанского гиганта „Aqnitania“, общая мощность которых достигает 66.000 л. с. О размерах турбин низкого давления, ведущих средние винты парохода, можно судить по (фигура 34, табл. VIII). Турбина снята в мастерских завода с приподнятой верхней половиной кожуха, позволяющей видеть барабан турбины. Большая часть корпуса не покрыта еще обшивкой, и на ней ясно видны ряды ребер, придающих ей нужную прочность и лсфсткость. Наибольший диаметр колес 4,6 mt., вся длина, включая видный, на правой стороне снимка гребенчатый подшипник, достигает 16 mt. Отработавший пар турб. поступает б. ч. в поверхностный конденсатор; там он осаясдается в воду и вместе с попавшим в конденсатор воздухом выкачивается особыми насосами. Конденсатор представляет закрытый барабан с большим числом тонкостенных латунных трубок, внутри которых циркулирует холодная вода. От соприкосновения с наружными их стенками и происходит энергичнаякон-денсация пара. Как показывает опыт, экономичность работы турб. с понн-ясением давления в конденсаторе заметно возрастает. В конденсационных устройствах современных турбин поэтому нередко встречаются большия разрежения, до 96—96% атмосфер давления.
С. Экономичность работы паровых машин. При оценке работы какой-либо П. м, приходится искать ответа на два
10
следующих вопроса: 1) какая часть тепла, вносимого в машину паром, обращается ей в механическую работу, и 2) какая доля тепла, оставленного в машине паром, переходит в механическую работуе Ответ на первый вопрос дает отношение теплового эквивалента (1 сило-часъ=632 калориям) полученной работы к теплосодержанию переработанного машиной пара. Работа и подведенное к машине тепло должны быть взяты, конечно, за одинаковый промежуток времени. Это отношение называется термическим коэффициентом (тт) и является достаточной характеристикой П. м. как теплового двигателя. Ответ на второй вопрос дает отношение того же эквивалента работы к теплу, оставленному паром в машине. Называясь термодинамическим коэффициентом (г;), оно позволяет судить об экономичности самого преобразования (приближении к идеалу) и сравнивать между собой работу машин, поставленных в разные условия. Поясним это на примере. П. м. с конденсацией расходует 10,8 килограммр. пара на полезный сило-час. Пар при впуске сухой, с давлением 8,1 abs. атмосферы; при выпуске—влажный, с давлением в 0,11 атмосфер и влажностью 10%. Каково значение коэффициентов ди и г|Те В таблицах для водяного пара или на графике Мольф, прилагаемых ко всякому техническому справочнику и курсу П. м., без труда находим теплосодержание 1 килограммр. пара по заданным условиям.
Теплосодерж. при впуо е в маш. 661 кал р.
„ „ выпуске из „ иа=617 0,9=553 кал.
632
откуда: =(553 О.Г064
632
1иИ=в6Ив10 8=0°88(ПО,ТИ 9“/“)-Результат подсчета показывает, что из всего тепла, вносимого в машину паром, только 9% превращаются в работу, а 91% составляют потери преобразования и тепло, уносимое в конденсатор. Выяснить потери самого преобразования и сравнить данный рабочий процесс с другими этот коэф., однако, не дает возможности, так как не разделяет потерь от тепла, уносимого в конденсатор. И только термодинамический коэффициент указывает, что в разбираемом случае потери составляют 46% всего тепла, оставленного в машине. В приведенной ниже таблице помещены результаты испытаний ряда различных машин с указанием условий их работы. Цифры последних столбцов, относящияся к 1 полезному сило-часу, позволяют судить о достоинствах различных типов и благотворном влиянии на экономичность работы повышенного давления и перегрева пара.
|
Примечания. | |
о о о оооооооо
СО иЛОЙ СИтССОиЛОЩОСО
О О С5 -г оз оз оз о езтН £2 гЧ и иор»
Е Е Е ЕЕББСЕБЕ
а,
н | |
|
феон и HOirmnKodjj | |
гО СО СО Т-
ООО о о о с | |
сосоеоюсосюсеосогчг-тчео rt. и. и. и, т. M, И„ N. °и N.
оооооооооосГсГ | |
|
феон нофьии | |
0,42
0.76 | |
юсо «о со с- г- со ю со t> с>- eer о о о” о“ о о о о о о о“ | |
|
гэвьоигпо х тш ьи eden «lHoxobj | |
Ю и и О (N 1 О тН 1 00 | |
СО Г- СО СО Г- СЧ СО 03 —« СО иО оо о о оз <э_ о_ ©_ CD соююисГоссоючаГсо | |
|
Давление итемпер., пара. | |
«а э
ОО й | |
jius/Sjj
Ч | |
1 In Я
о —1 | |
ЮСЗиЛСОСОСОСО-Ч.-ЧСПСО
w.rlH,r,.4.0.’to о И о о сГ о о о о о о о о“ о о“ o | |
|
| Перед 1 машиной. | |
соо | |
и и И з 1 § и а | |
ЮСОООЙСОИМОЮММ
COMT-COCOCOOJOOtCOO
СЗСЗСЗСЗОЗСОгЧСОСОСЗОЗСЗ | |
|
5Ш S/Зц Ч | |
6,3
12.2 | |
со соо_ О сз сч о со со о со со“ 03 тН Оз“ сч“ of сч оз“ ccf
4 И И | |
|
Ч.ХВИГИО
шоиг чл ъьод -cd юшеэигоц | |
около 18 31
145 | |
СЗООСОООСЗСЗООООО
ОСЗОСЗЮСОЧОСЗОСОО
тннсососчз«еосососоюм
И Г Ч СО | |
|
АизСнии га Laoiodogo г
OlfOHf, | |
75
125 | |
140
125
115
150
121
10.100
3000
3000
1000
1210 | |
|
Система машины и год испытания. | |
Ньюкомена..
Уатта.
Одпоцил. с кондонсацией. Одноцилиндровая без конденсации (1906) Одпоцилиндровая с конденсацией (1907) Компаунд с кондяно. (1906) Тандем с конд. (1906).
„ „ „ (1909).
„ „ „ (1907;.. Прямоточная м. (1910).. Турбина де-Лаваля (1901). Турбина ИИарсоноа. Комбинированная М. А. N. Турбина Цолли (активная). Турбина Кёртиса.. Комбинированная (Пароопса); | |
Литература. Основные курсы:Погодин, „Курс паровых машин (поршневых)“; Польгаузен, „Паровия машины“; Гриневецкий, „Рабочий процесс паровой машины и его экономика“ (лекции); Perry -Meyt, „Die Dampfmaschinen ein-schliesslich der Dampfturbine“ (1909); Sto-dola, „Dampfturbinen“ (1910); Neilson, „Steam Turbine“ (1908); Sosnowsltir „Roues et turbines k vapeur“. Справочники: Хедер, „Паровая машина“; Freitag, „Hilfs-buch fur Maschinenbau“; Busley, „Schiffs-maschinen“, И. Куколевский.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница 347 > Парораспределение представляет душу П
