Строительные машины и оборудование, справочник







Понятие о рабочем процессе в цилиндре паровой машины

Категория:
   Обслуживание и ремонт котла и паравой машины


Понятие о рабочем процессе в цилиндре паровой машины

Паровая машина является тепловым двигателем, преобразующим тепловую энергию пара в механическую энергию движения. Принцип ее работы следующий.

Представим себе цилиндр с размещенным в нем поршнем (рис. 37). Предположим также, что в момент нахождения поршня в крайнем левом положении в цилиндр подается пар. В силу упругости пара, находящегося под давлением, поршень начнет двигаться вправо.

Величину давления пара внутри цилиндра будем откладывать в масштабе в вертикальном направлении, а положение поршня в ци-. линдре отмечать на горизонтальной линии. При впуске пара в цилиндре установится давление, соответствующее отрезку ГА. При дальнейшей подаче пара в цилиндр поршень под действием этого пара будет перемещаться вправо.

Увеличение количества пара в цилиндре будет пропорционально увеличению занимаемого им объема, поэтому давление в цилиндре будет оставаться постоянным, что характеризуется линией АБ.

Когда поршень займет положение Б, прекратим подачу пара в цилиндр. Поршень при этом будет продолжать двигаться, так как пар, обладая упругостью и расширяясь, будет толкать его вправо. Так как свежий пар в цилиндр не поступает, а объем, занимаемый им, непрерывно увеличивается, то давление в цилиндре будет понижаться, что характеризуется линией БВ.

Положение поршня в точке В характерно тем, что первоначально поданный в цилиндр пар израсходовал свою тепловую энергию на перемещение поршня и последний перестал двигаться.

Для возобновления процесса необходимо поршень вернуть в первоначальное положение А. Если мы приложим внешнюю силу и будем постепенно передвигать поршень влево, то, перемещаясь из положения В в положение А, он будет выталкивать отработавший пар через выпускной канал.

При обратном ходе поршня теоретически в цилиндре устанавливается давление, равное атмосферному, пока поршень не займет положения А. При достижении поршнем положения А в цилиндр вновь подается пар и давление в нем снова достигает величины, соответствующей отрезку ГА,

Таким образом получается замкнутая фигура ГА Б В — так называемая индикаторная диаграмма, состоящая из четырех отрезков: отрезок ГА—впуск пара и поднятие в цилиндре давления; отрезок А Б — подача свежего пара в цилиндр; отрезок БВ — расширение пара и постепенное снижение давления; отрезок ВГ—выпуск из цилиндра отработавшего пара (выпуск).

Приведенная на рис. 37 диаграмма иллюстрирует силу давления пара на площадь поршня и его перемещение под действием этой силы. Следовательно, площадь, заключенная между четырьмя отрезками, характеризует собой работу, совершенную паром в одной полости цилиндра за один оборот вала.

При построении приведенной диаграммы не приняты во внимание неизбежные потери тепловой энергии, в результате которых диаграмма по площади будет меньше и будет иметь иную конфигурацию. Поэтому рассмотренная диаграмма называется идеальной — теоретической.

Рис. 37. Диаграмма идеального теоретического цикла работы паровой машины

На рис. 38 изображена реальная индикаторная диаграмма паровой машины, построенная с учетом потерь тепловой энергии пара; для наглядности она вычерчена на фоне диаграммы идеального процесса.

Поршень в машине вплотную к крышкам цилиндра не доводится и между ним и крышкой образуется так называемое вредное пространство М. В объем вредного пространства входит также и объем каналов.

При поступлении пара в цилиндр часть его расходуется на заполнение вредного пространства. Эта часть не совершает полезной работы по передвижению поршня, и ее тепловая энергия теряется. В результате этой потери линия, характеризующая первоначальный впуск пара, будет смещена относительно линии ГА идеальной диаграммы вправо. На пути от котла в полость цилиндра пар преодолевает сопротивление в трубопроводе, в органах парораспределения и каналах, поэтому давление пара в цилиндре всегда несколько ниже давления в котле и линия аб впуска пара на диаграмме будет проходить несколько ниже линии идеальной диаграммы А Б и наклонно.

В конце впуска давление пара также понижается вследствие большого дросселирования при проходе через уменьшающееся до нуля отверстие. Этот процесс показан на диаграмме отрезком ок.

Температура стенок цилиндра колеблется в зависимости от изменения температуры пара. В период расширения пара температура его понижается, а следовательно, понижается и температура стенок цилиндра. При очередной подаче свежего пара он соприкасается с относительно охлажденными стенками цилиндра, расходует на их обогрев часть своего тепла и частично конденсируется, в результате чего полезная работа сокращается. Это явление называется начальной конденсациейив машинах, работающих на насыщенном паре, вызывает потери, которые могут доходить до 20—50% полезного расхода пара.

В результате начальной конденсации линия бе расширения пара на индикаторной диаграмме идет значительно ниже и более круче линии в идеальном теоретическом процессе.

Рис. 38. Реальная индикаторная диаграмма паровой машины

При построении теоретической идеальной индикаторной диаграммы предполагалось, что с понижением давления до атмосферного пар беспрепятственно расширяется. Практически этого достичь невозможно: во-первых, потребовался бы цилиндр очень большой длины; во-вторых, процесс расширения протекал бы со все снижающейся скоростью и длительное время. Вследствие больших тепловых потерь такой процесс был бы нецелесообразен. Поэтому практически в паровых машинах полного расширения не происходит и выпуск пара начинается, когда в цилиндре давление несколько больше атмосферного. В результате неполного расширения пара часть его энергии, соответствующая части индикаторной диаграммы правее линии РМ, фактически не используется. При обратном ходе поршня в период выталкивания пара из цилиндра преодолевается сопротивление в паровыпускной трубе, поэтому давление пара при выпуске, характеризующееся линией ид, будет выше атмосферного.

Чтобы меньше расходовать свежего пара на4заполнение вредного пространства, отработавший пар прекращают выпускать не в тот момент, когда поршень займет свое крайнее положение, а несколько раньше — примерно в тот момент, когда он будет находиться в точке д. Оставшийся в цилиндре пар сжимается поршнем до давления, характеризуемого точкой г. Следовательно, здесь теряется часть полезной работы на сжатие пара. Сжимаемый во вредном пространстве пар играет роль упругой подушки и этим способствует более равномерной работе машины.

Кроме перечисленных потерь, тепловая энергия теряется вследствие пропуска пара в сальниках, соединениях, в рабочих органах парораспределения и через неплотности в цилиндре — через поршневые кольца.

При построении теоретической индикаторной диаграммы предполагалось также, что фазы состояния пара в цилиндре меняются мгновенно. В силу же наличия сопротивления при проходе пара через каналы с ограниченным сечением как при впуске, так и при выпуске требуется некоторое время на проход и заполнение пространства паром. Поэтому переход от одной фазы к другой происходит не мгновенно, а с замедлением. Это характеризуется отсутствием острых углов на индикаторной диаграмме.

Открытие впускного окна для впуска в цилиндр свежего пара происходит несколько раньше, чем поршень придет в крайнее положение, и соответствует на диаграмме точке г. Этот момент называется пред-варением впуска. Его создают для того, чтобы к моменту прихода поршня в крайнее положение в цилиндре уже было бы рабочее давление.

Предварение выпуска заключается в открытии выпускного окна до прихода поршня в крайнее правое положение и соответствует на диаграмме точке ч. Делается это для того, чтобы к моменту прихода поршня в крайнее правое положение давление пара в цилиндре успело понизиться до давления пара при выпуске. Предварение выпуска делается в пределах от 6 до 15% хода поршня, причем чем большее число оборотов делает машина, тем больше выбирается предварение выпуска.

Итак, на индикаторной диаграмме реального процесса паровой машины точка соответствует началу впуска пара в цилиндр, а линия га называется линией предварения впуска. Отрезок аб есть линия впуска пара, причем точка соответствует моменту отсечки, т. е. моменту прекращения впуска пара в цилиндр. Отношение части хода поршня, на протяжении которого подается пар, ко всему ходу поршня называется степенью наполнения и выражается в процентах или в долях единицы. Линия бв есть линия расширения пара, а точка ч соответствует началу выпуска. Отрезок чв есть линия предварения выпуска пара. Линия чд характеризует выпуск пара из цилиндра, а точка д соответствует концу выпуска. Отрезок дг характеризует процесс сжатия оставшегося пара.

Таким образом, реальная индикаторная диаграмма работы пара в цилиндре паровой машины состоит из шести полных периодов, или фаз: предварение впуска, впуск, расширение, предварение выпуска, выпуск и сжатие. Сглаживание резких переходов между фазами является следствием мятия пара в моменты открытия и закрытия паровпускных окон золотником.

На рис. 39 приведены примеры искажений фигуры индикаторной диаграммы и указаны основные причины этих искажений.

Индикаторные диаграммы снимают специальными аппаратами-индикаторами, автоматически фиксирующими давление пара внутри

Рис. 39. Характер основных искажений индикаторной диаграммы паровой машины:


Читать далее:

Категория: - Обслуживание и ремонт котла и паравой машины





Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины