Тепловые двигатели. Паровая машина


Тепловой двигатель — это машина, преобразующая тепло в механическую работу. Современная техника знает четыре вида тепловых двигателей: паровую машину, паровую турбину, двигатель внутреннего сгорания и газовую турбину. Они очень непохожи друг на друга, и прежде всего — по роду используемого в них рабочего вещества: в паровых двигателях работает пар, в газовых — газы.

Затем тепловые двигатели делятся на поршневые и роторные. В поршневых — пар или газ давит на поршень, который движется внутри цилиндра двигателя и передает производимую им работу коленчатому валу. В роторных — струя газа или пара отдает энергию своего движения лопаткам, насаженным на диски или на барабан. К поршневым двигателям относятся паровая машина и двигатели внутреннего сгорания; к роторным — паровая и газовая турбины.

Каждый из тепловых двигателей, в зависимости от его особенностей, имеет в технике свое применение. Чтобы ясно представить себе, почему в том или ином конкретном случае применяется тот или иной тип двигателя, необходимо подробно ознакомиться с основами их устройства и действия.

Схема работы паровой машины.
Вверху — пар (черные стрелки) поступает в трубу а, проходит через золотник 4, через канал а и давит на поршень 2, движущийся в цилиндре 1 вправо. Из другой полости цилиндра отработавший пар (белые стрелки) проходит через канал б, через золотник и уходит в трубу 5. Движение поршня передается через шток 6 и шатун 7 коленчатому валу. 8, на котором насажен маховик 9. От этого же вала через тягу II и шток 10 приводится в движение золотник. Внизу показано обратное движение поршня.

Паровая машина — это поршневой двигатель, преобразующий потенциальную энергию пара в механическую работу. Основная часть ее — цилиндр 1, в котором движется поршень 2. Пар из парового котла, поступая то в одну, то в другую часть цилиндра, заставляет поршень двигаться вправо и влево. Это движение передается через шток 6 и шатун 7 коленчатому валу с ведущим шкивом. Пар из котла поступает по трубе в камеру. В ней расположен золотник 4 парораспределения, который приводится в движение от вала 8 через тягу 11 и шток 10. Двигаясь вправо и влево, золотник впускает пар то в одну, то в другую полость цилиндра. Когда пар входит в одну из них (например, в левую), то из другой он выходит (через отверстие 5 в трубу). Чтобы коленчатый вал вращался равномерно, на него насажен тяжелый маховик 9.

В течение всего XIX в. паровая машина была самым распространенным двигателем. Она приводила в движение станки заводов и фабрик, винты пароходов, колеса паровозов, обслуживала рудники, шахты, стройки. Но в XX в. она постепенно утратила свое былое значение. Бурно развивавшейся технике понадобились двигатели большей скорости и мощности, легкие и экономичные. Паровая машина оказалась неспособной удовлетворить эти требования. Ведь мощность ее зависит от давления пара, размеров цилиндра и числа оборотов.

Если увеличивать давление, то цилиндр надо делать меньше, чтобы он был прочнее. Если же увеличивать размер цилиндра, он будет давать меньшее число оборотов, так как быстрое движение поршня вызовет громадную силу инерции. Поэтому мощность паровых машин ограниченна. Самые мощные машины этого типа — по 17 500 л. с. каждая — были установлены на океанском пароходе, построенном в 1900 г. В настоящее время паровую машину применяют главным образом в качестве двигателя паровоза и локомобиля — легкой паросиловой установки на колесах, используемой в сельском хозяйстве.