Работа и мощность паровой машины

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Меняющееся давление пара в каждой полости цилиндра «в зависимости от положения поршня можно определить прибором, называемым индикатором. Рассмотрим его устройство и действие на упрощённой схеме (фиг. 99).

В крышке парового цилиндра просверлено небольшое отверстие, к которому присоединена трубка. Внутри трубки помещены

1. Работа и мощность паровой машины

поршенёк со штоком и пружинка. На конце штока укреплён пишущий наконечник (карандаш), упирающийся своим остриём в полоску бумаги. С помощью рычага бумага приводится в движение от поршня.

Если в полость, к которой присоединён индикатор, впустить пар, давление внутри трубки прибора будет равно давлению пара внутри цилиндра (см. фиг. 99, левая полость цилиндра).

При изменении давления карандаш будет пропорционально этому давлению дви гаться по бумаге вверх или вниз, а бумага в зависимости от движения поршня будет двигаться вправо или влево. В результате сложения этих движений карандаш вычертит на бумаге замкнутую диаграмму зависимости давления в цилиндре паровой машины от хода поршня. Такая диаграмма называется индикаторной. Она позволяет судить о правильности протекания каждого рабочего процесса, с которыми мы уже познакомились в предыдущей главе.

Перед тем как снять индикаторную диаграмму, на бумаге .(в современных индикаторах бумажная лента накручивается навращающийся барабан, связанный с поршнем специальным ходо-уменьшителем) проводится так называемая атмосферная линия (см. пунктирную линию на фиг. 99). Как показывает само название, атмосферная линия изображает давление окружающей среды.

Любая вертикальная линия, проведённая в пределах контура диаграммы, будет соответствовать давлению пара при определённом положении поршня, а горизонтальная — объёму цилиндра или расстоянию, на которое перемещается поршень.

На фиг. 100 показаны характерные для паровозной машины индикаторные диаграммы для передней и задней полостей одного цилиндра. В исправной машине с точным парораспределением обе диаграммы должны быть одинаковыми.

1. Работа и мощность паровой машины

Фиг. 100. Индикаторные диаграммы

На индикаторных диаграммах, изображённых на фиг. 100, довольно чётко видны все шесть периодов парораспределения: от точки 6 до точки / происходит предварение впуска, от точки 1 до точки 2 — Епуск пара, от точки 2 до точки 3 — расширение, от точки 3 до точки 4 — предварение выпуска, от точки 4 до точки 5— выталкивание и от точки 5 до точки 6— сжатие пара.

Площадь индикаторной диаграммы, очерченная карандашом индикатора, выражает в определённом масштабе не что иное, как работу пара, которую он совершает в цилиндре при движении поршня в одну сторону. Но так как паровая машина паровоза — машина двойного действия, то очевидно, что такую же работу произведёт пар, впущенный и в другую полость цилиндра.

Следовательно, полная работа пара за два хода поршня будет равна сумме площадей индикаторных диаграмм каждой полости.

Во время перемещения поршня давление пара в рабочей полости цилиндра изменяется от максимума до минимума, поэтому работу пара в цилиндрах подсчитывают по средней величине его давления за весь ход поршня. Это давление, величина которого условно принята постоянной, называется средним индикаторным давлением. Оно будет тем больше, чем больше степень наполнения (отсечка)

цилиндра, и тем меньше, чем меньше отсечка при одной и той же скорости.

Иными словами, среднее индикаторное давление будет зависеть от продолжительности впуска.

Если среднее индикаторное давление умножить на площадь поршня, то получим среднюю силу, приложенную к поршню. Если теперь эту силу умножить на расстояние, проходимое поршнем, то найдём работу, которую совершит пар, действующий на поршень за один его ход в одной полости цилиндра.

Очевидно, что работа пара в обоих цилиндрах паровой машины будет вчетверо больше (пар действует в обеих полостях цилиндра, а цилиндров у паровоза обычно два).

Поясним это примером.

Пусть среднее индикаторное давление равно 8,5 кг/см*, а площадь поршня 3 416,6 см2. Тогда сила давления на поршень (средняя) определится так:

8,5 X 3 416,6 = 29041 кг.

Пусть ход поршня равен 80 см, или 0,8 м. Работа, которую произведёт пар при движении поршня из одного крайнего положения в другое, будет равна произведению силы на путь её действия, т. е. на ход поршня:

29 041 х 0,8 = 23 232,8 кем. За два хода поршня работа будет в два раза больше, т. е.

23 232,8 х 2 = 46 465,6 кем.

В двух цилиндрах работа будет ещё в два раза больше или

46 465,6 X 2 = 92 931,2 кем.

Мы подсчитали работу, которую совершает пар в цилиндрах за один оборот колёс.

Теперь подсчитаем мощность паровоза.

Предположим, что паровоз проходит за 1 час 30 км. Сколько оборотов за это время сделают движущие колёса? Очевидно, для решения этой задачи надо знать диаметр движущих колёс.

Чем больше диаметр колеса, тем меньше при той же скорости паровоза оно сделает оборотов, и наоборот.

Как известно, длина окружности примерно в три раза (точнее, е 3,14 раза) больше её диаметра. Значит за один оборот движущего колеса, имеющего диаметр 1 500 мм, паровоз пройдёт отрезок пути, равный

1,5 X 3,14 = 4,7 'м.

Разделив путь, проходимый паровозом в час_ (скорость), на этот отрезок пути, подсчитаем число оборотов колёс в 1 час.

Если произвести такое вычисление для скорости 30 км/час и диаметра колёс 1,5 и, то получится, что колёса делают

30 000: 4,7 = 6 383 оборота в час.

• Так как работа пара за один оборот колеса составляет в нашем случае 92 931,2 кгм, то, следовательно, за 1 час она будет равна

92 931,2 х 6 383 = 593 179 849,6 кгм.

Теперь нетрудно подсчитать и мощность паровой машины. Мощностью называется работа, произведённая в единицу времени (в секунду). Если в одну секунду будет совершена работа в 75 кгм, то эту мощность условно называют одной лошадиной силой. Значит работа, соответствующая 1 л. с, в течение 1 часа будет равна

75X3 600 = 270000 кгм.

Следовательно, мощность нашей двухцилиндровой паровой машины в лошадиных силах определится, если мы разделим величину часовой работы на 270 000 кгм. Это составит

593 179 849,6 : 270 000 «= 2 396 л. с.

Мощность современных паровозных машин несмотря на их •ограниченные размеры и вес превосходит 3 500 л. с.

Из приведённого примера видно, что мощность паровой машины определяется давлением пара, числом цилиндров, диаметром поршня, его ходом, а также величиной отсечки.

⇐ | 12. Маятник | | Как устроен и работает паровоз | | 2. Цилиндры | ⇒