ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПАРОВОЙ МАШИНЕ
§ 1. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО

Паровая машина является одним из основных элементов локомо­биля. Преобразование энергии в паровой машине происходит пуіем превращения потенциальной энергии пара, поступающего в закрытый цилиндр машины, в механическую работу перемещения поршня, равную, если предположить, что машина работает без потерь, произведению силы давления пара на путь, проходимый поршнем.

Фиг. 127. Схема паровой машины локомобиля.

На фиг. 127 представлен схематический чертеж горизонтальной па­ровой машины с золотниковым парораспределением для локомобиля. Рама машины А вместе с привернутым к ней цилиндром Б предста­вляет собой жесткую систему, покоящуюся на кронштейнах 14 и 27, приваренных к котлу.

Блок цилиндра включает в себя золотниковую коробку 7, паровые каналы 2, соединяющие рабочий объем цилиндра 20 с золотниковой коробкой, и выпускные каналы 4. Пимещшкый в цилиндре поршень 19 дели г его объем на две полости. Полость цилиндра, обращенная к валу машины, называется полостью стороны вала, противоположная — полостью стороны крышки. Поршень насажен и закреплен на одном конце штока 5, который выведен из цилиндра и другим своим концом жестко соединен с ползуном 8. Движение ползуна направляете»

цилиндрическими направляющими — параллелями 7, ось которых совпа­дает с осью цилиндра. Для предотвращения протекания пара через зазор между штоком и краями отверстия служит сальник 18.

Пар из котла, пройдя впускной вентиль машины, поступает в сред­нюю полость золотниковой коробки между дисками цилиндрического золотника 3. В зависимости от положения золотника пар по одному из каналов 2 поступает в соответствующую полость цилиндра (на чер­теже — в полость стороны вала). В это время другая полость цилиндра (сторона крышки) через второй паровой канал 2 и выпускной канал 4 соединяется с атмосферой.

Разная величина давлений пара по обе стороны поршня заставляет поршень вместе со штоком и ползуном двигаться в сторону меньшего давления, т. е. влево. Поступательное движение ползуна 8 посред­ством шатуна 17, шарнирно соединенного с ползуном и кривошипом, вызывает вращательное движение кривошипа (колена) 15 и вала 12.

Коленчатый вал 12 лежит в коренных подшипниках рамы машины А. На вал насажены и закреплены шпонками маховик 16 и регулятор 10, перемещающий центр эксцентрика (плоский регулятор). Маховик служит для поддержания заданной величины колебания угловой скорости вала машины в пределах одного его оборота и используется одновременно как шкив для ременной передачи, передающей механическую энергию машине-орудию. Регулятор предназначен для регулирования машины при изменении ее нагрузки. Переставной эксцентрик 13 регулятора по­средством эксцентриковой тяги 9 сообщает поступательное движение золотниковому штоку 6 и золотнику 3. При уменьшении нагрузки ма­шины эксцентриситет эксцентрика уменьшается, что уменьшает ход золотника, а следовательно, и количество пара, поступающего в ци­линдр машины

Число оборотов вала машины обратно пропорционально ее нагрузке, т. е. с увеличением нагрузки число оборотов вала машины умень­шается

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ МАШИН

Паровые машины классифицируются по целому ряду признаков. Применяемая терминология паровых кривошипных машин основывается на ГОСТ 2886-45.

1. Паровая машина (фиг. 128), в которой пар при работе давит только на одну сторону поршня (сторону крышки), называется паро­вой машиной одностороннего давления. Если же пар при работе давит поочередно на обе стороны поршня (фиг. 129), то это будет паровая машина двухстороннего давления.

В локомобилестроении наибольшее распространение получили паро­вые машины двухстороннего давления (локомобили типов П, СК, СТ, СТК, исключение составляет машина одностороннего давления передвижной установки ПЭ-25, изображенная на фиг. 128).

При одинаковой мощности и одинаковых размерах цилиндров па­ровая машина одностороннего давления имеет удвоенное число цилин­дров по сравнению с машиной твухстороннего давления

Фиг. 128. Паровая машина одностороннего давления.

Если паровая машина одностороннего давления не имеет отдель­ного ползуна (фиг. 128), т. е. шатун непосредственно соединяется с поршнем, то расстояние от оси вала до внешней крышки цилиндра у нее меньше, чем у машины двухстороннего давления.

2. По использованию перепада давления пара различают паровую машину однократного расширения (фиг. 128 и 129), или одноступенную паровую машину, т. е. машину, в которой весь перепад давлейия пара используется в одном цилиндре, и паро­вую машину многократного расширения, или много - ступенную машину, если перепад давления реализуется в несколь­ких цилиндрах.

Наибольшая применяемая кратность расширения в паровых машинах равна 4, но для локомобилей применяют машины однократного расши­рения (одноступенные) и двукратного расширения (д в у х- ступенные).

Малый цилиндр машины двукратного расширения, в который пар поступает из котла, называется цилиндром высокого давле­ния (ц. в. д.), а следующий за ним (по потоку пара) большой — ци­линдром низкого давления (ц. н. д.).

Паровые машины двукратного расширения выполняются о дно кри­вошипными (фиг. 130) и двухкривошипными (фиг. 131).

В однокривошипной паровой машине двукратного расширения (тан­дем-машине) оба цилиндра расположены на одной оси так, что оба поршня насажены на один общий шток и машина имеет только один кривошипно-шатунный механизм. Такое расположение цилиндров встречается в машинах небольшой и средней мощности (примерно до 200 л. с.'). При больших мощностях поступательные массы (поршень, шток, ползун) оказываются настолько тяжелыми, что уравновешивание машины становится затруднительным.

Двухкривошипная машина (компаунд-машина) отличается наличием двух кривошипно-шатунных механизмов и параллельным расположе­нием цилиндров. Применяется для средних и больших мощностей (свыше 100 л. с.). При одинаковой мощности однокривошипная машина тре­бует меньшей площади основания, чем двухкризошипная.

Паровые машины однократного расширения выполняются с одним или несколькими одинаковыми цилиндрами, работающими параллельно.

Одноцилиндровые машины однократного расширения установлены на локомобилях типов П (фиг. 129) и С Г, двухцилиндровая — на уста­новке ПЭ-25, трехцилиндровые — разрабатываются нашими научно-иссле­довательскими организациями.

Локомобиль СК-125 имеет однокривошипную машину двукратного расширения (фиг. 130), а локомобили СК-250, СК-350 — двухкриво­шипные.

3. В зависимости от расположения оси цилиндров по отношению к горизонтальной плоскости различаются горизонтальные, вер­тикальные и наклонные паровые машины.

До последнего времени в локомобилестроении преобладали гори­зонтальные машины (локомобили типов П, СК, СТ, СТК и старых

Фиг. 130. Однокривошипная паровая машина двукратного расширения.

марок). Первой вертикальной машиной была машина локомобиля СВ-1 (см. фиг. 23). Это же расположение цилиндров принято для машины ПЭ-25 и в целом ряде новых проектов.

Фиг 131 Двухкривошипная паровая машина двукратного расширения.

4. В зависимости от того, куда направляется и как используется* отработавший пар, паровые машины делятся на выхлопные, конденса­ционные, теплофикационные с концевым отбором и теплофикационные с промежуточным отбором пара.

Выхлопной паровой машиной называется машина, у ко­торой отработавший пар из парового цилиндра выпускается в атмо­сферу.

К этому типу можно условно отнести паровые машины локомобилей типа П и установки ПЭ-25. Условно потому, что отработавший пар у локомобилей этих типов проходит водоподогреватель, где отдает часть своей тепловой энергии, и конус, где энергия пара используется для создания тяги газов в газовом тракте котла. За счет использова­ния энергии отработавшего пара давление его за машиной становится выше атмосферного, что несколько увеличивает противодавление в ци­линдре и уменьшает полезную работу машины.

Конденсационной паровой машиной называется машина, у которой отработавший пар из парового цилиндра выпускается в кон­денсатор. В конденсаторе большей частью поддерживается разрежение, т. е. давление меньше атмосферного. Встречаются, однако, и машины, в конденсаторах которых давление равно атмосферному.

Локомобили типа СК принадлежат к числу конденсационных машин.

Теплофикационной паровой машиной с концевым отбором пара называется машина, у которой для отопительных или технологических целей используется весь отработавший в ци­линдрах машины пар.

Машины локомобилей СТ предназначены как раз для такого исполь­зования.

Теплофикационной паровой машиной с промежу­точным отбором пара называется машина многократного рас­ширения, у которой часть пара после совершения механической ра­боты отбирается для отопительных или технологических целей между ступенями, а остальная часть, пройдя ступень низкого давления, на­правляется в конденсатор.

К этому типу относятся машины локомобилей СТК.

5. В зависимости от типа внутреннего органа парораспределения, который направляет пар в соответствующие полости парового цилиндра и отводит его из этих полостей, различают золотниковые, кла­панные и крановые паровые машины. Парораспредели­тельными внутренними органами этих машин будут золотник, клапан и кран.

6. П е р е м е н нот о ч но й паровой машиной называется ма­шина, в цилиндре которой пар за время впуска и выпуска меняет на­правление своего движения, а прямоточной паровой маши­ной — такая, в цилиндре которой пар движется не меняя своего направления.

К переменноточным машинам относятся паровые машины локомоби­лей типов П (фиг. 129) и СТ, а также ц. в. д. машин локомобилей Q4 (фиг. 130 и 131) и СТК, к прямоточным — ц. н. д. машин локомоби­лей типов СК и СТК и машина передвижной установки ПЭ-25 (фиг. 128).

В переменноточных машинах впуск и выпуск пара из цилиндра про­исходят через паровые каналы, расположенные по краям цилиндра. Пар в этих машинах движется от края цилиндра к его середине при впуске и в обратную сторону при выпуске.

В прямоточной машине только впуск пара производится через па­ровые каналы, выпускается же пар через окна, расположенные на вну­тренней поверхности цилиндра, открываемые поршнем в конце его хода. В этой машине пар имеет только одно направление движения от края цилиндра к его середине. К собственно прямоточным машинам относится машина установки ПЭ-25 (фиг. 128). В цилиндрах низкого давления локомобилей СК (фиг. 130 и 131) выпуск пара происходит через окна цилиндра и дополнительно через паровые каналы, откры­ваемые золотником. Благодаря этому уменьшается сжатие в цилиндре и увеличивается работа пара.

7. По состоянию пара различают паровые машины насы­щенного и перегретого пара.

8. По применяемому давлению имеются паровые машины нор­мального, повышенного и высокого давления. Нор­мальным давлением пара считается давление до 20 ати, повышенным давлением — 21—40 ати и высоким — выше 40 ати.

Как видно из приведенной выше классификации, каждая паровая машина характеризуется восемью показателями. Для примера приводим характеристику машины локомобиля СТ-125:

1) машина двухстороннего давления;

2) одноцилиндровая, однократного расширения;

3) горизонтальная;

4) теплофикационная с концевым отбором пара;

5) золотниковая;

6) переменноточная;

7) перегретого пара;

8) нормального давления (давление пара в котле рк = 15 ати).