Цилиндры в паровой машине располагают горизонтально или вертикально. Соответственно этому и машины называются горизонтальными или вертикальными. В зависимости от характера пара, подаваемого в цилиндры, паровые машины делятся на машины насыщенного пара и на машины перегретого пара.

Крановые паровые машины в большинстве своем работают с постоянной степенью наполнения, однако встречаются машины, например на кранах Я-5 и ПЖ-45, с переменной степенью наполнения, которые в целях большей экономичности имеют специальные устройства, изменяющие продолжительность подачи в цилиндр свежего пара.

Большинство паровых машин на кранах имеет по два раздельных цилиндра, работающих на главный вал крана, или сдвоенных в одном корпусе, работающих на коленчатый вал машины.

Если коленчатый вал машины всегда вращается в одном направлении, машина называется нереверсивной; если же направление вращения можно изменять, машина считается реверсивной. Нереверсивные машины значительно проще, однако при установке их на кране в его рабочих механизмах приходится делать специальные устройства — реверсы, изменяющие направление движения механизмов.

Пар в паровых машинах распределяется парораспределительным механизмом. Большинство крановых машин имеет парораспределительный механизм кулисного типа — кулису Стефенсона или кулису Джоя, как на кране ГЩ-45, при этом парораспределение осуществляется плоским или цилиндрическим золотником.

Таблица 9

На рис. 40 показана горизонтальная реверсивная паровая машина крана ПК-6. Эта машина выполнена в виде обособленного агрегата с горизонтальными цилиндрами; реверсивная — с эксцентриковым кулисным парораспределительным механизмом и плоским золотником.

Рис. 40. Горизонтальная реверсивная паровая машина крана ПК-6:
1 — станина; 2 — цилиндр; 3 — задняя крышка цилиндра; 4 — шиберная крышка; 5 —поршень; 6 — поршневое кольцо; 7 —скалка поршня; 8 — гайка скалки; 9 — сальник; 10—корпус сальника; 11— золотник; 12 — скалка золотника; 13 — вилка скалки; 14— контргайка; 15 — ползун; 16 — шатун; 17 — крышка Шатуна; 18 — коленчатый вал; 19 — эксцентрик; 20 — эксцентриковый хомут; 21— эксцентриковая тяга; 22 — кулиса; 23 — подвеска кулисы; 24 — балансирный рычаг; 25 — контргруз; 26 — крышка подшипника

На кранах Я-5 и Я-45 установлены вертикальные паровые машины (рис. 41) с цилиндрическим золотником и с устройством изменения степени наполнения. На кране ПК-ЦУМЗ-15 установлена двухцилиндровая машина с горизонтально расположенными цилиндрами, укрепленными раздельно на щековинах лебедки крана (рис. 42). Эта машина имеет также золотниковое парораспределение цилиндрическим золотником, приводимым в движение эксцентриковым механизмом. На этой машине нет кулисного механизма, т. е. эта машина нереверсивная, поэтому на ней нельзя изменять направление вращения главного вала. Одним из основных элементов технической характеристики паровой машины является ее мощность. Как мы видели выше, площадь индикаторной диаграммы в определенном масштабе отображает работу пара, совершенную в цилиндре за один ход поршня.

Рис. 41. Вертикальная паровая машина:
1 — станина; 2 — цилиндр: 3 — задняя крышка цилиндра; 4 — сальник; 5 —поршень; 6 — поршневые кольца; 7—передняя крышка цилиндра; 8 —скалка поршня; 9 — ползун; 10 — параллели станины; 11 — палец ползуна; 12 — втулка пальца; 13 — шатун; 14 — крышка шатуна; 15 — вкладыш шатуна; 16— коленчатый вал; 17 — золотниковая втулка; 18 — золотник; 19 — золотниковое кольцо; 20 — скалка золотника; 21— гайка скалки; 22—крышка золотниковой камеры; 23—корпус сальника; 24 — сальник; 25 — золотниковая тяга; 26 — эксцентриковый.хомут; 27 —крышка хомута; 28 — эксцентрик; 29 — распределительный вал; 30 — рычаги поворота эксцентрика; 31 — смазочная ванночка; 32—шестерня распределительного вала; 33 —тяга регулировочная; 34 — паразитная шестерня; 35 —шестерня коленчатого вала; 36 — ведущая шестерня

Замерив эту работу и зная число ходов поршня в 1 сек, можно вычислить величину работы, совершенную паром в 1 сек, что и является мощностью этой машины. Таким образом, сняв индикаторную диаграмму, зная число цилиндров и число ходов поршня, можно всегда определить мощность паровой машины. Эта мощность называется индикаторной мощностью.

Рис. 42. Паровая машина крана ПК-ЦУМЗ-15:
1 — цилиндр; 2 — передняя крышка цилиндра; 3 — задняя крышка цилиндра; 4 — поршень; 5 —поршневое кольцо; 6 —скалка поршня; 7 —гайка скалки; 8 — сальник; 9— масленка; 10—гайка; 11 —ползун; 12 —параллель; 13 — планка ползуна; 14 — вкладыш ползуна; 15 — кронштейн; 16 — палец ползуна; 17 — шатун; 18 — крышка шатуна; 19 — вкладыш шатуна; 20—прокладка; 21—эксцентриковый бугель; 22 — крышка бугеля; 23 — прокладка; 24 — эксцентриковая тяга; 25 —валик эксцентриковой тяги; 26 —вилка скалки золотника; 27 — скалка золотника; 28 — сальник; 29 — гильза золотниковая; 30 — золотник; 31— кольцо золотника; 32 — гайка скалки; 33 — крышка золотниковой камеры; 34 — диск кривошипа; 35— щековина лебедки; 36 — эксцентрик

Отношение площади реальной индикаторной диаграммы к площади теоретической индикаторной диаграммы носит название индикаторного коэффициента полезного действия. Этот коэффициент характеризует теплотехнические качества машины, т. е. он показывает, насколько полно используется энергия пара и насколько велики тепловые потери. Кроме тепловых потерь, в каждой машине часть энергии расходуется неизбежно на преодоление внутренних сопротивлений от трения. В результате этих так называемых механических потерь действительная мощность, или работа, которая практически может быть получена и использована от паровой машины, всегда меньше индикаторной. Мощность, практически получаемая на валу машины, называется эффективной мощностью N3.

Механический коэффициент полезного действия паровых машин обычно равен 0,85—0,95 и характеризует конструктивное совершенство машины и ее техническое состояние.

Кроме этих коэффициентов, в технике существует понятие об общем коэффициенте полезного действия — эффективном коэффициенте. Этот коэффициент полезного действия представляет собой отношение количества тепла, обращенного в полезную работу, ко всему затраченному теплу и характеризует степень совершенства машины и степень использования тепла.

В паровых машинах кранового типа эффективный коэффициент полезного действия не превышает 0,03—0,05. Все коэффициенты выражаются в долях единицы, и чем ближе эти величины к единице, тем более совершенной является машина.

Для повышения коэффициента полезного действия машины необходимо уменьшать все непроизводительные потери: устранять парения в соединениях и утечки пара через поршневые и золотниковые кольца, хорошо изолировать трубопровод и цилиндры, устранять различного рода перекосы, люфты. Кроме того, необходимо тщательно смазывать трущиеся части машины.

Несмотря на различную характеристику, паровые машины, устанавливаемые на грузоподъемных кранах, в основном устроены одинаково. Они имеют много сходных деталей и узлов, отличающихся друг от друга лишь конструктивным оформлением или размерами. Рассмотрим устройство и действие основных частей паровой машины.

Станина паровой машины является ее основой. На ней монтируются все части и механизмы машины, поэтому станина должна обладать высокой прочностью и жесткостью. Чаще всего она представляет собой массивную чугунную отливку, установленную на поворотной части крана и укрепленную на ней болтами.
В некоторых кранах, как, например, ПК-ЦУМЗ-15, в качестве станины машины используется металлическая конструкция самого крана. В этих случаях цилиндры машины устанавливают и крепят к щековинам лебедки крана.

Зачастую станина используется для образования рабочих поверхностей параллелей, как это имеет место в паровых машинах кранов ПК-6 и ПЖ-45.
Цилиндр паровой машины является одной из важнейших ее частей. В нем протекает основной рабочий процесс и преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию движения.

Цилиндр чаще всего отливается из серого чугуна марки СЧ21-40. Твердость рабочей поверхности цилиндра бывает в пределах 180— 230 единиц по Бринеллю.

Конструкция цилиндра определяется типом паровой машины и может быть выполнена в виде отдельного цилиндра или блока, состоящего из двух цилиндров, отлитых заодно.

На рис. 43 показан блок цилиндров паровой машины крана ПК-6 с парораспределением плоским золотником, а на рис. 44 — цилиндр горизонтальной паровой машины крана ПК-ЦУМЗ-15 с парораспределением цилиндрическим золотником.

Каждый из этих цилиндров (см. рис. 43 и 44) имеет: с обоих концов закрываемую крышками рабочую камеру, в которой движется поршень; золотниковую камеру, также закрываемую герметично крышками с размещенным в ней парораспределительным золотником; паровые каналы, соединяющие рабочую полость цилиндра с золотниковой камерой, по которым свежий пар поступает в рабочую камеру цилиндра и выходит из нее; впускное и выпускное окна или отверстия, через которые пар входит в цилиндр и выходит из него; привалочную часть цилиндра. Эта часть присоединена к станине и укреплена на ней.

Рис. 43. Блок цилиндров паровой машины крана ПК-6

Для подвода смазки в цилиндре имеются отверстия, отверстия для установки индикатора и, кроме того, в нем сделаны паровыпускные каналы, а также отверстия 8 для продувательных краников.

Рабочая часть цилиндра представляет собой цилиндрическую хорошо обработанную шлифованную поверхность. По концам эта поверхность имеет конусные части (узкие пояски). Они сделаны для более равномерного износа рабочей поверхности цилиндра.

Для создания в цилиндре герметично закрытой полости он с обеих сторон закрыт крышками. Расстояние между крышками цилиндра определяет длину цилиндра.

Крышка цилиндра, расположенная ближе к коленчатому валу, называется передней, а противоположная ей — задней.

Задняя крышка выполняется обычно глухой, тогда как передняя имеет отверстие, через которое проходит скалка поршня. Для уплотнения зазора между отверстием и скалкой крышка имеет сальниковое устройство в виде грундбуксы с набивкой из промасленного асбестового шнура. Сальник, кроме уплотнительной набивки, имеет смазочное устройство в виде колпачковой масленки или масленки под жидкую смазку. В целях уплотнения соединений крышки с цилиндром ставятся прокладки из паронита.

Золотниковая камера в зависимости от типа золотника имеет коробчатую или цилиндрическую форму. В первом случае камера закрывается одной золотниковой крышкой, во втором — двумя крышками, одна из которых имеет отверстие с сальниковым уплотнением для прохода скалки золотника.

В коробчатой золотниковой камере имеется хорошо отшаб-ренная площадка, называемая золотциковым зеркалом цилиндра. По этому зеркалу движется коробчатый золотник. В цилиндрической золотниковой камере золотниковое зеркало образуется внутренней шлифованной поверхностью золотниковой втулки, запрессованной в теле золотниковой камеры, соединенной посредством паровпускных каналов с полостью цилиндра. Они примыкают к полости цилиндра в конусных частях внутренней его поверхности.

Рис. 44. Цилиндр горизонтальной паровой машины крана Щ-ЦУМЗ-15

В золотниковой камере с плоским золотником каналы выходят на золотниковое лицо, а в цилиндрических золотниках подходят к отверстиям золотниковой втулки.

Для спуска образующего в цилиндре конденсата сделаны отверстия, выходящие на конические части внутренней поверхности цилиндров; в эти отверстия ставятся на резьбе цилиндропродувательные краники.

Цилиндры имеют дополнительные отверстия, закрытые пробками. При необходимости в эти отверстия можно установить индикатор для снятия индикаторных диаграмм.

Поршень предназначен воспринимать на себя давление пара и под его воздействием перемещаться в цилиндре. Поршень разделяет цилиндр на две изолированные полости, в которых попеременно происходит рабочий процесс.

Движение поршня в цилиндре неравномерное. По мере приближения к крайним положениям скорость его уменьшается и доходит до нуля, после чего он начинает двигаться в обратном направлении, постепенно увеличивая скорость и вновь замедляя ее при подходе к противоположному крайнему положению. Величина перемещения поршня от одного своего крайнего положения до другого называется х о-дом поршня и равна двойной величине радиуса кривошипа.

Конструктивно поршень выполняется в виде цилиндрического диска, закрепленного на скалке (рис. 45).

На цилиндрической поверхности поршня в канавках помещаются поршневые кольца, служащие для уплотнения поршня к рабочей поверхности цилиндра. Количество колец бывает различно, но не менее двух. Материалом для поршня чаще всего служит серый чугун.

Рис. 45. Поршень крана Щ-ЦУМЗ-15

Для уменьшения динамических воздействий при движении поршня его стремятся сделать возможно более легким, поэтому поршню придают форму или сравнительно тонкого диска со ступицей в центре и ободом снаружи, или его делают в виде широкого, но пустотелого диска. Поршень такой конструкции применяется в паровой машине крана ПК-6.

Центральной частью, называемой ступицей, поршень садится на поршневую скалку и закрепляется гайкой. Соединение поршня со скалкой подвержено большим силовым и тепловым воздействиям и должно быть прочным. Поэтому его почти всегда делают с коническими поверхностями, пришабренными и притертыми по краске. Гайка, закрепляющая диск поршня на скалке, должна быть хорошо затянута и зашплинтована.

Поршневая скалка служит для передачи движения поршня ползуну и шатуну паровой машины и представляет собой цилиндрический стержень с хорошо обработанной шлифованной поверхностью. Мате-, риалом для изготовления поршневой скалки служит обычно углеродистая сталь марки Ст. 5.

Второй конец скалки имеет резьбу, посредством которой скалка соединяется с ползуном.

Поршневые кольца изготовляются преимущественно из серого специально обработанного чугуна, что придает им высокую упругость, необходимую для хорошего уплотнения в цилиндре.

Твердость поршневых колец обычно бывает в пределах 170—230 единиц по Бринеллю, т. е. почти равной твердости рабочей поверхности цилиндра. Однако, имея рабочую поверхность намного меньше, чем у цилиндра, кольца быстрее изнашиваются сами, чем поверхности цилиндра.

Поршневые кольца (рис. 46) должны иметь чисто обработанные поверхности и разрез, называемый замком. Замки поршневых колец бывают прямые, косые и ступенчатые, как это показано на рис. 46, а, б и в.

Рис. 46. кольца
а —прямым; б — косым; в — ступенчатым

Рис. 47. Ползун крана ПК-6

Рис. 48. Ползун крана ПК-ЦУМЗ-15

Величина выреза поршневого кольца делается из расчета обеспечить требуемое усилие нажатия кольца на стенку цилиндра и необходимый температурный зазор в замке.

Для уменьшения пропуска пара через зазоры в замках кольца устанавливают на поршне так, чтобы их замки не совпадали друг с другом. С этой же целью в ручей (канавку) иногда ставят вместо одного два кольца.

В канавках некоторых поршней сделаны штифтики, удерживающие кольца от проворачивания.

Параллели и ползун. Между поршневой скалкой, совершающей прямолинейное поступательно-возвратное движение, и шатуном со сложным движением помещается ползун. Ползун воспринимает боковые усилия и предохраняет скалку от изгиба.

Конструктивно ползун выполняется раздельно, но он должен всегда состоять из следующих основных частей: тело ползуна, пальца и сменных башмаков. На рис. 47 показан ползун крана ПК-6 и его соединение с шатуном. Сменные башмаки присоединяются к корпусу ползуна при помощи стопорных винтов, головки которых утоплены и залиты баббитом. Шатун, имеющий вкладыш, соединяется с ползуном при помощи пальца, закрепляемого гайкой с замком. Рабочая поверхность сменных башмаков соответствует форме рабочих поверхностей параллелей.

Ползун крана ПК-ЦУМЗ-15 (рис. 48) имеет несколько иную конструкцию, так как в отличие от ползуна крана ПК-6 он перемещается не по двум желобчатым параллелям, а по одной параллели, имеющей прямоугольное сечение.

Рис. 49. Шатун крана ПК-ЦУМЗ-15:
1—стебель шатуна; 2 — крышка; 3 — вкладыш Кривошипной головки; 4 —прокладка; 5 —болт; 6 — вкладыш ползунковой головки; 7 —сухарь; 8 — клин натяжной; 9 — шайба; 10 — гайка клина; 11 —масленка

Для удобства сборки ползуна на параллели он имеет съемную крышку, устанавливаемую на винтах.

Если палец в теле ползуна закреплен неподвижно, то такой ползун называется закрытым. Если же палец закреплен неподвижно только в головке шатуна, а в ползуне он может вращаться в специальной втулке или во вкладышах, то такой ползун называют открытым.

На рабочую поверхность башмаков передаются значительные усилия, поэтому для упрощения их ремонта башмаки делают стальными, а поверхности их заливают антифрикционными сплавами или изготовляют из бронзы и мягкого чугуна.

Поверхности скольжения параллелей и башмаков должны быть хорошо смазаны; для этого они имеют смазочные канавки. По этим канавкам смазка легко поступает на поверхности скольжения. Параллели располагаются строго параллельно оси цилиндра, для чего их устанавливают и выверяют по струнке, проходящей через ось цилиндра и ось коленчатого или главного вала.

Палец ползуна изготовляется из стали с закаленной поверхностью. Палец в ползуне закрепляют точной проточкой его конусных поверхностей и гайкой. Чтобы палец не проворачивался, в него ставят штифт или шпонку.

Шатун (рис. 49) предназначен для передачи движения от ползуна к коленчатому валу с преобразованием прямолинейного поступательно-возвратного движения во вращательное. Он состоит из стержня, ползунковой головки, кривошипной головки и втулок или вкладышей. Стержень шатуна может быть круглого, овального или таврового сечения. Кривошипную головку шатуна наиболее часто делают разъемной с крышкой, укрепленной болтами, и с вставленными в нее бронзовыми или стальными с баббитовой заливкой вкладышами.

При ремонте в соединение кривошипной головки закладываются прокладки, с помощью которых производится регулировка радиального зазора.
крана.

Рис. 50. Кривошипный вал ПК-ЦУМЗ-15

Ползунковая головка шатуна чаще делается неразъемной с запрессованной в нее втулкой или с вставленными вкладышами и клиновым натяжным устройством. Ползунковая головка при помощи пальца шарнирно соединена с ползуном, а кривошипная головка обхватывает шейку коленчатого вала или палец кривошипа. Расстояние между центрами ползунковой и кривошипной головок называется длиной шатуна.

Коленчатый вал имеет назначение воспринимать усилия от шатуна и преобразовывать его сложное движение во вращательное. В некоторых машинах, как, например, в машинах кранов ПК-ЦУМЗ-15 (рис. 50) коленчатый вал заменен главным валом 1 и кривошипным диском 2 с пальцем 3.

Коленчатый вал является одной из самых ответственных и сильно нагруженных деталей паровой машины.

Ввиду сложного движения шатуна и различного направления нагрузок коленчатый вал испытывает большие динамические и инерционные усилия. Поэтому его изготовляют из высококачественной стали с последующей термической обработкой. Коленчатый вал требует особо тщательного ухода в процессе эксплуатации. Поверхностные повреждения — задиры, риски на шейках и забоины — могут явиться причиной поломки вала.

Коленчатый вал крана ПК-6 (рис. 51) представляет собой-деталь сложной конфигурации, имеющую по числу цилиндров колена с чисто обработанными кривошипными шейками.

Колено вала образуется двумя щеками 3 и кривошипной шейкой, расположенной между этими щеками. Смежные колена вала смещены относительно друг друга чаще всего на угол 90°.

Кроме кривошипных, коленчатый вал имеет коренные шейки, которыми ложится в опорные так называемые коренные подшипники. Коренные подшипники представляют собой чаще всего соответствующие гнезда в станине машины, в которые закладываются бронзовые вкладыши или вкладыши, залитые тонким слоем антифрикционного сплава.

Рис. 51. Коленчатый вал крана ПК-6:
1 — коренные шейки; 2—кривошипные шейки; 3 — щеки; 4 — шпоночные пазы под экс центрики; 5 —хвостовик под ведущую шестерню; 6 — шпоночный паз

Переходы от цилиндрической части шеек к телу вала сделаны по радиусу, т. е. в виде галтелей. Все острые кромки щек вала рекомендуется устранять снятием фасок, что уменьшает вредное влияние напряжений, концентрирующихся в острых углах. Расстояние Р между центрами коренной и кривошипной шеек называется радиусом кривошипа.

На конец коленчатого вала насажено зубчатое колесо, передающее движение на механизмы крана.