Поршневые судовые паровые машины

Как уже упоминалось, поршневую паровую машину в качестве судового двигателя начали использовать с 1810 г. Вначале это были одноцилиндровые машины малой мощности, из которых пар выходил в атмосферу. В период расцвета, около 1910 г., поршневые паровые машины развивали мощность до 14 720 кВт. В дальнейшем их вытеснили паровые турбины и дизели. Сегодня еще можно встретить старые суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами. К преимуществам этих машин относятся простота конструкции и обслуживания, а также относительно малая склонность к повреждениям. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке ниже.

Паровая машина

1 — цилиндр низкого давления; 2 — цилиндр высокого давления; 3 — механизм управления; Л — ползун; 5 — коленчатый вал

Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется. Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном 2. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.

Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя. Наряду с перераспределением с помощью поршневого золотника, имеются системы с плоскими золотниками или клапанами. В первых судовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на следующем рисунке. В цилиндре высокого давления свежий пар понижает свое давление от 1,47 МПа (на входе) до 0,49 МПа (на выходе). Затем пар проходит в цилиндр среднего давления, где его давление понижается почти до 0,15 МПа. Отсюда пар идет дальше, к цилиндру низкого давления, где давление окончательно понижается от 0,15 МПа до давления в конденсаторе, составляющего около 9,8—68,7 гПа. При понижении давления объем пара возрастает. Для того чтобы пар разместился в цилиндрах, их объем должен с каждой ступенью увеличиваться. Так как все поршни имеют одинаковый ход, следует увеличить и диаметр цилиндров.

Схема прохождения пара в поршневой паровой машине трехкратного расширения

1 — вход ларе; 2 — цилиндр высокого давления; 3 — цилиндр среднего давления; 4 — цилиндр низкого давления; 5 — выход пара

Коэффициент полезного действия энергетической установки с поршневой паровой машиной возрастает с уменьшением конечного значения давления рабочего пара. Однако вместе с этим объем пара увеличивается настолько, что цилиндр низкого давления должен был бы иметь огромный диаметр. По этой причине в более поздних конструкциях поршневых паровых машин стали прибегать к комбинированию, т. е. поршневая паровая машина трехступенчатого расширения соединялась с турбиной отработавшего пара, причем эта турбина имела приблизительно четыре ступени расширения. Такая конструкция изображена на нижнем рисунке. Пар, выходящий из цилиндра низкого давления поршневой паровой машины, проходит в турбину, затем в конденсатор. Так как частота вращения турбины намного выше, чем у поршневой паровой машины, между валом турбины и гребным валом установлена понижающая двухступенчатая зубчатая передача и муфта. Последняя устраняет различия в частоте вращения, а также случайные нагрузки и удары, возникающие, например, из-за неравномерной нагрузки судового движителя при выходе из воды и т. д. Переключающий клапан направляет отработавший пар от паровой машины непосредственно к конденсатору, мимо турбины. Это бывает необходимо в случае изменения частоты вращения машины при маневрировании или заднем ходе.

Турбина отработавшего пара (в соединении с паровой машиной трехкратного расширения)

1 — муфта; 2 — редуктор; 3 — турбина отработавшего пара; 4 — переключающий клапан; 5 — конденсатор; 6 — выход воды; 7 — вход пара; 8 — паровая машина трехкратного расширения; 9 — гребной вал

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика