Меню

§ 4.4 Паровые двигатели

Содержание

Объясните, почему крышка на кастрюле с кипящей жидкостью вдруг начинает подпрыгивать.

В паровых двигателях рабочим телом служит сильно нагретый пар, подаваемый под большим давлением. Паровые двигатели можно разделить по конструкции на два вида: паровые машины и паровые турбины.

Паровая машина — это тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую энергию — в возвратно-поступательное движение поршня, а затем во вращательное движение вала (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Устройство паровой машины

Конструктивно паровая машина устроена следующим образом (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Схема работы паровой машины:
1 — поршень; 2 — цилиндр; 3 — шток; 4 — ползун; 5 — станина; 6 — маховик; 7 — золотник; 8 — рычаг; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал

Пар от котла под большим давлением подаётся через золотник 7 в рабочий цилиндр 2. Золотник — это распределительное устройство, которое подаёт пар поочерёдно то в левую, то в правую часть цилиндра (относительно поршня 7). Через кривошипно-шатунный механизм (3, 4, 9) усилия поршня 7 передаются на коленчатый вал 10. Специальным рычагом 8 от коленчатого вала задаётся требуемое положение золотника. Для обеспечения равномерности вращения вала на нём устанавливается массивный маховик 6.

Паровые машины широко применялись до середины прошлого века как силовые установки для железнодорожного и водного транспорта. С такими паровыми двигателями делали даже автомобили, тракторы и другие машины.

Паровая турбина (рис. 4.9) — это тоже двигатель внешнего сгорания.

Рис. 4.9. Паровая турбина

Внешний источник тепла разогревает жидкость в котле, и пар под давлением подаётся через сопла из котла на турбину. Отработавший пар попадает в конденсатор, охлаждается в нём, превращаясь снова в жидкость. Жидкость насосом вновь подаётся в котёл.

Принцип работы турбины сходен с принципом работы гидротурбины.

Только рабочим телом является не вода, а пар под большим давлением. Струя пара давит с большой силой на лопатки турбины, заставляя её вращаться.

Для того чтобы эффективно использовать энергию пара, его пропускают через турбину многоступенчато. Пар сначала отдаёт энергию турбине в блоке высокого давления. Передав часть своей энергии турбине, пар работает потом в блоке низкого давления.

Промышленная паровая турбина — это большое сооружение, по масштабам сопоставимое с целым зданием.

По сравнению с паровой машиной паровая турбина обладает более высоким коэффициентом полезного действия. У паровой машины он был равен 7-9%, т. е. у неё используется менее 1/10 энергии топлива. У современной паровой турбины этот коэффициент доходит до 40-60 %.

Проверьте себя:

1. Почему паровые двигатели называются двигателями внешнего сгорания?

2. Для чего был нужен золотник в паровой машине?

3. В чем сходство работы паровой турбины и гидротурбины?

* Подумайте, можно ли, используя современные технологии, построить мощный паровой двигатель для легкового автомобиля.