Паровой двигатель

Модель балочного двигателя с параллельным рычажным механизмом Джеймса Ватта для двойного действия. ^[а]

Мельница двигатель от Стотт Парк коклюшках Мельница , Камбрия, Англия

Паровоз из Восточной Германии . Этот класс двигателей был построен в 1942–1950 годах и эксплуатировался до 1988 года.

Паровой двигатель представляет собой тепловой двигатель , который выполняет механическую работу с использованием пара в качестве ее рабочей жидкости . Паровой двигатель использует силу, создаваемую давлением пара, чтобы толкать поршень вперед и назад внутри цилиндра. Эта толкающая сила трансформируется шатуном и маховиком во вращающую силу для работы . Термин «паровой двигатель» обычно применяется только к только что описанным поршневым двигателям , но не к паровой турбине .

Паровые двигатели Двигатели внешнего сгорания , ^[1] , где рабочая жидкость отделяется от продуктов сгорания. Идеальный термодинамический цикл, используемый для анализа этого процесса, называется циклом Ренкина .

Паровой плуг фирмы Kemna

В общем случае термин паровой двигатель может относиться либо к полным паровым установкам (включая котлы и т. Д.), Таким как железнодорожные паровозы и переносные двигатели , либо может относиться только к поршневому или турбинному оборудованию, как в балочном двигателе и стационарном паровом двигателе. .

Хотя устройства с паровым приводом были известны еще в первом веке нашей эры, а в XVI и XVII веках было зарегистрировано несколько других применений, Томас Савери считается изобретателем первого коммерчески используемого устройства с паровым приводом - парового насоса. который использовал давление пара, действующего непосредственно на воду. Первый коммерчески успешный двигатель, который мог передавать постоянную мощность на машину, был разработан в 1712 году Томасом Ньюкоменом . Джеймс Ватт внес существенные улучшения, переместив отработанный пар в отдельную емкость для конденсации, что значительно увеличило количество работы, выполняемой на единицу потребляемого топлива. К 19 веку стационарные паровые двигатели приводили в действие фабрики времен промышленной революции.. Паровозы заменили парус на кораблях, а на железных дорогах работали паровозы.

Поршневые паровые двигатели поршневого типа были доминирующим источником энергии до начала 20-го века, когда успехи в конструкции электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания постепенно привели к замене поршневых паровых двигателей в коммерческом использовании. Паровые турбины заменили поршневые двигатели в производстве электроэнергии из-за более низкой стоимости, более высокой рабочей скорости и более высокого КПД. ^[2]

История [ править ]

Ранние эксперименты [ править ]

Первым зарегистрированным рудиментарным паровым «двигателем» был эолипил, описанный героем Александрии , греческим математиком и инженером в римском Египте в первом веке нашей эры. ^[3] В последующие столетия несколько известных паровых «двигателей» были, как и эолипил, ^{[4] в} основном экспериментальными устройствами, которые использовались изобретателями для демонстрации свойств пара. Элементарное паротурбинное устройство было описано Таки ад-Дином ^[5] в Османском Египте в 1551 году и Джованни Бранкой ^[6] в Италии в 1629 году. ^[7] Херонимо де Аянц-и-Бомон.в 1606 г. получил патенты на 50 изобретений на паровой тяге, в том числе на водяной насос для осушения затопленных шахт. ^[8] Денис Папен , гугенот , проделал полезную работу с паровым варочным котлом в 1679 году и впервые использовал поршень для подъема грузов в 1690 году. ^[9]

Прокачка двигателей [ править ]

Первым коммерческим паровым устройством был водяной насос, разработанный в 1698 году Томасом Савери . ^[10] Он использовал конденсирующийся пар для создания вакуума, который поднимал воду снизу, а затем использовал давление пара, чтобы поднять ее выше. Маленькие двигатели были эффективны, хотя большие модели были проблематичными. Они имели ограниченную высоту подъема и были подвержены взрывам котла . Двигатель Savery использовался в шахтах, на насосных станциях и для подачи воды на водяные колеса, которые приводили в действие текстильное оборудование. ^[11] Двигатель Сэвери был недорогой. Bento de Moura Portugal представила усовершенствованную конструкцию Savery, «чтобы она могла работать сама», как описаноДжон Смитон в «Философских трудах», опубликованных в 1751 году ^[12]. Его производили до конца 18 века. ^[13] Один двигатель, как было известно, еще работал в 1820 году. ^[14]

Поршневые паровые машины [ править ]

Первым коммерчески успешным двигателем, который мог передавать непрерывную мощность на машину, был атмосферный двигатель , изобретенный Томасом Ньюкоменом около 1712 года. ^{[B] [16]} Он улучшил паровой насос Савери, используя поршень, предложенный Папеном. Двигатель Ньюкомена был относительно неэффективным и в основном использовался для перекачивания воды. Он работал путем создания частичного вакуума за счет конденсации пара под поршнем внутри цилиндра. Он использовался для осушения горных выработок на глубинах, которые изначально были непрактичны с использованием традиционных средств, и для обеспечения многоразовой водой для привода водяных колес на заводах, расположенных вдали от подходящей «головы». Вода, прошедшая через колесо, закачивалась в резервуар для хранения над колесом. ^{[17] [18]}В 1780 году Джеймс Пикард запатентовал использование маховика и коленчатого вала для обеспечения вращательного движения улучшенного двигателя Ньюкомена. ^[19]

В 1720 году Якоб Леупольд описал двухцилиндровый паровой двигатель высокого давления. ^[20] Изобретение было опубликовано в его крупном труде «Theatri Machinarum Hydraulicarum». ^[21] В двигателе использовались два тяжелых поршня для движения водяного насоса. Каждый поршень поднимался давлением пара и возвращался в исходное положение под действием силы тяжести. Два поршня имеют общий четырехходовой поворотный клапан, подключенный непосредственно к паровому котлу.

Следующий важный шаг произошел, когда Джеймс Ватт (1763–1775) разработал улучшенную версию двигателя Ньюкомена с отдельным конденсатором . Первые двигатели Бултона и Ватта использовали вдвое меньше угля, чем улучшенная версия двигателя Ньюкомена Джона Смитона . ^[22] Ранние двигатели Ньюкомена и Ватта были «атмосферными». Они приводились в действие за счет давления воздуха, толкающего поршень в частичный вакуум, создаваемый конденсацией пара, вместо давления расширяющегося пара. Цилиндры двигателя должны были быть большими, потому что единственной действующей силой, действующей на них, было атмосферное давление .^{[17] [23]}

Ватт усовершенствовал свой двигатель, модифицировав его, чтобы обеспечить вращательное движение, подходящее для приводных механизмов. Это позволило расположить заводы вдали от рек и ускорить темпы промышленной революции. ^{[23] [17] [24]}

Двигатели высокого давления [ править ]

Значение высокого давления вместе с фактическим значением выше атмосферного зависит от эпохи, в которой этот термин использовался. Раннее использование термина Ван Реймсдейк ^[25] относится к пару, находящемуся под достаточно высоким давлением, чтобы его можно было выпускать в атмосферу, не полагаясь на вакуум, позволяющий ему выполнять полезную работу. Юинг 1894 , стр. 22 говорится, что конденсационные двигатели Ватта были известны в то время как двигатели низкого давления по сравнению с двигателями с высоким давлением без конденсации того же периода.

Патент Ватта запрещал другим создавать двигатели высокого давления и составные двигатели. Вскоре после истечения срока действия патента Ватта в 1800 году Ричард Тревитик и отдельно Оливер Эванс в 1801 году ^{[24] [26]} представили двигатели, использующие пар высокого давления; Тревитик получил патент на двигатель высокого давления в 1802 году ^[27], а до этого Эванс сделал несколько рабочих моделей. ^[28]Они были намного более мощными для данного размера цилиндра, чем предыдущие двигатели, и их можно было сделать достаточно маленькими для использования на транспорте. После этого технологические разработки и усовершенствования производственных технологий (частично вызванные принятием парового двигателя в качестве источника энергии) привели к разработке более эффективных двигателей, которые могли быть меньше, быстрее или мощнее, в зависимости от предполагаемого применения. ^[17]

Двигатель Корнуолла был разработан Тревитиком и другими в 1810-х годах. ^[29] Это был двигатель с составным циклом, который широко использовал пар высокого давления, а затем конденсировал пар низкого давления, что делало его относительно эффективным. Двигатель Корнуолла имел неравномерное движение и крутящий момент во время цикла, ограничивая его главным образом накачкой. Корнуоллские двигатели использовались в шахтах и ​​для водоснабжения до конца 19 века. ^[30]

Горизонтальный стационарный двигатель [ править ]

Первые строители стационарных паровых двигателей считали, что горизонтальные цилиндры будут подвержены чрезмерному износу. Поэтому их двигатели были расположены с вертикальной осью поршня. Со временем горизонтальное расположение стало более популярным, позволяя устанавливать компактные, но мощные двигатели в небольших помещениях.

Вершиной горизонтального двигателя был паровой двигатель Корлисса , запатентованный в 1849 году, который представлял собой четырехклапанный противоточный двигатель с отдельными впускными и выпускными клапанами пара и автоматической регулируемой отсечкой пара. Когда Корлисс был награжден медалью Рамфорда , комитет заявил, что «ни одно изобретение со времен Ватта не увеличило так эффективность паровой машины». ^[31] В дополнение к использованию на 30% меньше пара, он обеспечивает более равномерную скорость за счет регулируемого отключения пара, что делает его хорошо подходящим для производства, особенно для прядения хлопка. ^{[17] [24]}

Дорожные транспортные средства [ править ]

Первые экспериментальные дорожные паровые автомобили были построены в конце 18 века, но только после того, как Ричард Тревитик разработал использование пара высокого давления около 1800 года, мобильные паровые двигатели стали практическим предложением. В первой половине 19 века произошел значительный прогресс в проектировании паровых машин, и к 1850-м годам стало возможно производить их на коммерческой основе. Этот прогресс сдерживался законодательством, которое ограничивало или запрещало использование паровых транспортных средств на дорогах. Совершенствование автомобильной техники продолжалось с 1860-х по 1920-е годы. Паровозы использовались для многих целей. В 20 веке бурное развитие двигателей внутреннего сгоранияТехнология привела к исчезновению парового двигателя как источника движения транспортных средств на коммерческой основе, и относительно немногие из них остались в использовании после Второй мировой войны . Многие из этих автомобилей были приобретены энтузиастами для сохранения, и многие экземпляры существуют до сих пор. В 1960-х годах проблемы загрязнения воздуха в Калифорнии вызвали непродолжительный период интереса к разработке и изучению паровых транспортных средств как возможного средства уменьшения загрязнения. Помимо интереса энтузиастов пара, случайных копий транспортных средств и экспериментальных технологий, в настоящее время паровые транспортные средства не производятся.

Судовые двигатели [ править ]

Ближе к концу 19 века составные двигатели получили широкое распространение. Комбинированные двигатели выпускали пар в цилиндры последовательно большего размера, чтобы приспособиться к более высоким объемам при пониженном давлении, обеспечивая повышенную эффективность. Эти стадии назывались расширениями, при этом обычно применялись двигатели двойного и тройного расширения, особенно в судоходстве, где эффективность была важна для уменьшения веса перевозимого угля. ^[17] Паровые двигатели оставались доминирующим источником энергии до начала 20 века, когда были достигнуты успехи в конструкции паровых турбин , электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания.постепенно привело к замене поршневых паровых двигателей, и в 20-м веке в судоходстве использовалась паровая турбина. ^{[17] [2]}

Паровозы [ править ]

По мере развития паровых двигателей в 18 веке были предприняты различные попытки применить их на дорогах и железных дорогах. ^[32] В 1784 году, Уильям Мердок , А шотландский изобретатель, построил модель паровой дорожный локомотив. ^[33] Ранняя рабочая модель паровоза была спроектирована и построена пионером пароходов Джоном Фитчем в США, вероятно, в 1780-х или 1790-х годах. ^[34] Его паровоз использовал внутренние колеса с лопастями ^{[ требуется пояснение ], которые} направлялись по рельсам или гусеницам.

Первый полноценный железнодорожный паровоз был построен Ричардом Тревитиком в Соединенном Королевстве, а 21 февраля 1804 года состоялось первое в мире железнодорожное путешествие, когда безымянный паровоз Тревитика тащил поезд по трамвайному пути от Пен-и-Даррена. металлургический завод, недалеко от Мертир-Тидвил и Аберсинон на юге Уэльса . ^{[32] [35] [36]} Конструкция включала ряд важных нововведений, в том числе использование пара высокого давления, что уменьшило вес двигателя и повысило его эффективность. Позже в 1804 году Тревитик посетил район Ньюкасла и угольные железные дороги.на северо-востоке Англии стал ведущим центром экспериментов и разработок паровозов. ^[37]

Тревитик продолжил свои собственные эксперименты с использованием трех локомотивов, завершив их созданием « Поймай меня, кто сможет» в 1808 году. Всего четыре года спустя успешный двухцилиндровый локомотив « Саламанка » Мэтью Мюррея был использован на железной дороге Миддлтон с зубчатой ​​рейкой с рельсами . ^[38] В 1825 году Джордж Стефенсон построил паровозик для Стоктонской и Дарлингтонской железной дороги . Это была первая в мире общественная паровая железная дорога, а затем в 1829 году он построил «Ракету», которая вошла в нее и выиграла испытания Рейнхилла . ^[39] Ливерпульская и Манчестерская железная дорога открылась в 1830 году и использовала исключительно энергию пара как для пассажирских, так и для грузовых поездов.

Паровозы продолжали производиться до конца двадцатого века в таких местах, как Китай и бывшая Восточная Германия (где производились DR класса 52.80 ). ^[40]

Паровые турбины [ править ]

Последней важной эволюцией конструкции парового двигателя стало использование паровых турбин, начавшееся в конце 19 века. Паровые турбины, как правило, более эффективны, чем паровые двигатели с возвратно-поступательным движением поршня (для мощности свыше нескольких сотен лошадиных сил), имеют меньше движущихся частей и обеспечивают вращательную мощность напрямую, а не через систему шатунов или аналогичные средства. ^[41] Паровые турбины фактически заменили поршневые двигатели на электростанциях в начале 20-го века, где их преимуществами были их эффективность, более высокая скорость, необходимая для работы генератора, и плавное вращение. Сегодня больше всего электроэнергииобеспечивается паровыми турбинами. В Соединенных Штатах 90% электроэнергии производится таким способом с использованием различных источников тепла. ^[2] Паровые турбины широко применялись для приведения в движение больших кораблей на протяжении большей части 20 века.

Текущая разработка [ править ]

Хотя поршневой паровой двигатель больше не имеет широкого коммерческого использования, различные компании изучают или используют потенциал двигателя в качестве альтернативы двигателям внутреннего сгорания. Компания Energiprojekt AB в Швеции добилась прогресса в использовании современных материалов для использования энергии пара. КПД паровой машины Энергипроекта достигает 27–30% на двигателях высокого давления. Это одноступенчатый 5-цилиндровый двигатель (без компаунда) с перегретым паром и потребляет ок. 4 кг (8,8 фунта) пара на кВтч. ^{[42] [ неудачная проверка ]}

Компоненты и принадлежности паровых машин [ править ]

Есть два основных компонента паровой установки: котел или парогенератор и «моторный агрегат», именуемый «паровой машиной». Стационарные паровые машины в стационарных зданиях могут иметь котел и двигатель в отдельных зданиях на некотором расстоянии друг от друга. Для портативного или мобильного использования, например, паровозов , они устанавливаются вместе. ^{[43] [44]}

Широко используемый поршневой двигатель обычно состоял из чугунного цилиндра, поршня, шатуна и балки или кривошипа и маховика, а также различных рычагов. Пар поочередно подавался и выпускался одним или несколькими клапанами. Регулировка скорости была либо автоматической, с помощью регулятора, либо с помощью ручного клапана. В отливке цилиндра имелись отверстия для подачи и отвода пара.

Двигатели, оснащенные конденсатором, относятся к другому типу, чем двигатели с выхлопом в атмосферу.

Часто присутствуют другие компоненты; насосы (например, инжектор ) для подачи воды в котел во время работы, конденсаторы для рециркуляции воды и рекуперации скрытой теплоты испарения и перегреватели для повышения температуры пара выше его точки насыщенного пара, а также различные механизмы для увеличения тяга для топок. Когда используется уголь, может быть включен цепной или винтовой механизм загрузки и его приводной двигатель или двигатель для перемещения топлива из бункера подачи (бункера) в топку. ^[45]

Источник тепла [ править ]

Тепло, необходимое для кипячения воды и повышения температуры пара, может быть получено из различных источников, чаще всего от сжигания горючих материалов с соответствующей подачей воздуха в замкнутом пространстве (например, в камере сгорания , топке , топке ). В случае модельных или игрушечных паровых машин и некоторых полномасштабных случаев источником тепла может быть электрический нагревательный элемент .

Котлы [ править ]

Бойлеры - это сосуды под давлением, которые содержат воду для кипячения, и особенности, которые максимально эффективно передают тепло воде .

Два наиболее распространенных типа:

1. водотрубный котел - вода пропускается по трубам в окружении горячего газа
2. жаротрубный котел - горячий газ проходит через трубы, погруженные в воду, эта же вода циркулирует в водяной рубашке, окружающей топку, а в высокопроизводительных тепловозных котлах также проходит через трубы в самой топке (термические сифоны и циркуляционные насосы) )

Жаротрубные котлы были основным типом, использовавшимся на ранних этапах производства пара высокого давления (типичная практика паровозов), но в конце 19 века они были в значительной степени вытеснены более экономичными водотрубными котлами для судовых двигателей и больших стационарных установок.

Многие котлы повышают температуру пара после того, как он покидает ту часть котла, где он контактирует с водой. Известный как перегрев, он превращает « влажный пар » в « перегретый пар ». Это предотвращает конденсацию пара в цилиндрах двигателя и обеспечивает значительно более высокий КПД . ^{[46] [47]}

Двигатели [ править ]

В паровом двигателе поршень, паровая турбина или любое другое подобное устройство для выполнения механической работы потребляет пар при высоком давлении и температуре и выдает пар при более низком давлении и температуре, используя как можно большую часть разницы в паре. как можно больше энергии для выполнения механической работы.

Эти «двигательные агрегаты» часто сами по себе называют «паровыми двигателями». Двигатели, использующие сжатый воздух или другие газы, отличаются от паровых двигателей только деталями, которые зависят от природы газа, хотя сжатый воздух использовался в паровых двигателях без изменений. ^[47]

Холодная раковина [ править ]

Как и во всех тепловых двигателях, большая часть первичной энергии должна выделяться в виде отработанного тепла при относительно низкой температуре. ^[48]

Самая простая холодная мойка - это выпустить пар в окружающую среду. Это часто используется на паровозах, чтобы избежать веса и большого размера конденсаторов. Часть выпущенного пара выходит в дымоход, чтобы увеличить мощность огня, что значительно увеличивает мощность двигателя, но снижает эффективность.

Иногда отходящее тепло двигателя полезно само по себе, и в таких случаях можно получить очень высокий общий КПД.

В паровых двигателях стационарных электростанций поверхностные конденсаторы используются в качестве стока холода. Конденсаторы охлаждаются потоком воды из океанов, рек, озер и часто градирнями, которые испаряют воду, обеспечивая отвод охлаждающей энергии. Образовавшаяся сконденсированная горячая вода ( конденсат ) затем снова нагнетается до давления и отправляется обратно в котел. Градирня сухого типа похожа на автомобильный радиатор и используется там, где вода стоит дорого. Отработанное тепло также может отводиться испарительными (мокрыми) градирнями, в которых используется вторичный внешний водяной контур, который испаряет часть потока в воздух.

Изначально на речных судах использовался струйный конденсатор, в котором холодная речная вода впрыскивалась в отработанный пар двигателя. Смесь охлаждающей воды и конденсата. Хотя это также применялось для морских судов, обычно всего через несколько дней работы котел покрывался отложениями соли, снижая производительность и повышая риск взрыва котла. Начиная примерно с 1834 года, использование поверхностных конденсаторов на кораблях устранило засорение котлов и повысило эффективность двигателей. ^[49]

Испаренную воду нельзя использовать для последующих целей (кроме дождя где-нибудь), тогда как речную воду можно использовать повторно. Во всех случаях питательная вода котла паровой установки, которая должна быть чистой, хранится отдельно от охлаждающей воды или воздуха.

Водяной насос [ править ]

Большинство паровых двигателей имеют средства подачи котловой воды под давлением, так что они могут работать непрерывно. Коммунальные и промышленные котлы обычно используют многоступенчатые центробежные насосы ; однако используются и другие типы. Другим средством подачи питательной воды котла низкого давления является инжектор , в котором используется паровая струя, обычно подаваемая из котла. Форсунки стали популярными в 1850-х годах, но больше не используются широко, за исключением таких приложений, как паровозы. ^[50] Повышение давления воды, которая циркулирует через паровой котел, позволяет повысить температуру воды до температуры, намного превышающей 100 ° C (212 ° F), точка кипения воды при одном атмосферном давлении, и тем самым повысить КПД парового цикла.

Мониторинг и контроль [ править ]

По соображениям безопасности почти все паровые двигатели оснащены механизмами для контроля котла, такими как манометр и смотровое стекло для контроля уровня воды.

Многие двигатели, как стационарные, так и мобильные, также оснащены регулятором для регулирования скорости двигателя без вмешательства человека.

Самым полезным инструментом для анализа производительности паровых машин является индикатор паровой машины. Ранние версии использовались к 1851 году ^[51], но наиболее успешный индикатор был разработан Чарльзом Ричардом для изобретателя и производителя высокоскоростных двигателей Чарльза Портера и выставлен на Лондонской выставке в 1862 году. ^[24] Индикатор парового двигателя показывает на бумаге давление в цилиндре на протяжении всего цикла, которое можно использовать для выявления различных проблем и расчета развиваемой мощности. ^[52] Он обычно использовался инженерами, механиками и страховыми инспекторами. Индикатор двигателя может также использоваться на двигателях внутреннего сгорания. См. Изображение индикаторной диаграммы ниже (в разделе « Типы моторных агрегатов »).

Губернатор [ править ]

Центробежный регулятор был принят Джеймс Ватт для использования парового двигателя в 1788 году после партнера Уатта Boulton видел один на оборудовании мукомольный бултон & Watt строили. ^[53] Регулятор не мог фактически удерживать заданную скорость, потому что он принял бы новую постоянную скорость в ответ на изменения нагрузки. Регулятор смог справиться с меньшими отклонениями, например, вызванными колебаниями тепловой нагрузки на котел. Кроме того, при изменении скорости наблюдалась тенденция к колебаниям. Как следствие, двигатели, оборудованные только этим регулятором, не подходили для операций, требующих постоянной скорости, таких как прядение хлопка. ^[54] Регулятор со временем был улучшен, и в сочетании с регулируемой отсечкой пара, хорошее управление скоростью в ответ на изменения нагрузки стало возможным ближе к концу 19 века.

Конфигурация двигателя [ править ]

Простой движок [ править ]

В простом двигателе или «двигателе с одним расширением» заряд пара проходит через весь процесс расширения в отдельном цилиндре, хотя простой двигатель может иметь один или несколько отдельных цилиндров. ^[55] Затем он выбрасывается прямо в атмосферу или в конденсатор. Когда пар расширяется при прохождении через двигатель высокого давления, его температура падает, потому что в систему не добавляется тепло; это называется адиабатическим расширением и приводит к тому, что пар входит в цилиндр при высокой температуре и выходит при более низкой температуре. Это вызывает цикл нагрева и охлаждения цилиндра с каждым ходом, что является источником неэффективности. ^[56]

Основная потеря эффективности в поршневых паровых двигателях - это конденсация и повторное испарение цилиндров. Паровой цилиндр и прилегающие к нему металлические части / отверстия работают при температуре примерно на полпути между температурой насыщения на впуске пара и температурой насыщения, соответствующей давлению выхлопных газов. Когда пар высокого давления попадает в рабочий цилиндр, большая часть высокотемпературного пара конденсируется в виде капель воды на металлических поверхностях, что значительно снижает количество пара, доступного для работы с расширением. Когда расширяющийся пар достигает низкого давления (особенно во время такта выпуска), ранее осевшие капли воды, которые только что образовались внутри цилиндра / отверстий, теперь выкипают (повторное испарение), и этот пар больше не работает в цилиндре. ^{[ цитата необходима]}

Существуют практические ограничения на степень расширения цилиндра парового двигателя, так как увеличение площади поверхности цилиндра имеет тенденцию обострять проблемы конденсации и повторного испарения цилиндра. Это сводит на нет теоретические преимущества, связанные с высокой степенью расширения в отдельном цилиндре. ^[57]

Составные двигатели [ править ]

Способ уменьшения потерь энергии в очень длинном цилиндре был изобретен в 1804 году британским инженером Артуром Вульфом , который запатентовал свой составной двигатель высокого давления Woolf в 1805 году. В составном двигателе пар высокого давления из котла расширяется в высокого давления (ВД) цилиндра , а затем входит один или более последующего более низкого давления (LP) цилиндры. Теперь полное расширение пара происходит через несколько цилиндров, при этом общее падение температуры внутри каждого цилиндра значительно снижается. При постепенном расширении пара с меньшим диапазоном температур (в каждом цилиндре) проблема эффективности конденсации и повторного испарения (описанная выше) уменьшается. Это снижает интенсивность нагрева и охлаждения цилиндров, повышая эффективность двигателя. Посредством ступенчатого расширения в нескольких цилиндрах можно уменьшить колебания крутящего момента. ^[17] Чтобы получить равную работу от цилиндра более низкого давления, требуется больший объем цилиндра, поскольку этот пар занимает больший объем. Следовательно, диаметр цилиндра и, в редких случаях, ход поршня увеличиваются в цилиндрах низкого давления, что приводит к увеличению размеров цилиндров. ^[17]

В двигателях двойного расширения (обычно называемых составными ) пар расширял пар в две стадии. Пары могут дублироваться, или работа большого цилиндра низкого давления может быть разделена с выходом одного цилиндра высокого давления на один или другой, что дает трехцилиндровую схему, в которой диаметр цилиндра и поршня примерно одинаков, что делает возвратно-поступательное движение массы легче сбалансировать. ^[17]

Двухцилиндровые соединения могут быть устроены как:

• Поперечные соединения : цилиндры расположены бок о бок.
• Тандемные соединения : цилиндры встают встык , приводя в движение общий шатун.
• Угловые соединения : Цилиндры расположены в виде буквы V (обычно под углом 90 °) и приводят в движение общий кривошип.

В двухцилиндровых соединениях, используемых в железнодорожных работах, поршни соединены с кривошипами, как в двухцилиндровом простом соединении, сдвинутом по фазе на 90 ° друг к другу ( разделенные на четыре части ). Когда группа двойного расширения дублируется, образуя четырехцилиндровый состав, отдельные поршни в группе обычно уравновешиваются на 180 °, группы устанавливаются на 90 ° друг к другу. В одном случае (первый тип смеси Vauclain ) поршни работали в одной фазе, приводя в движение общую крейцкопф и кривошип, снова установленный под углом 90 °, как для двухцилиндрового двигателя. При трехцилиндровом составном узле кривошипы LP были либо установлены на 90 °, а один HP - на 135 ° относительно двух других, либо в некоторых случаях все три кривошипа были установлены на 120 °. ^{[ необходима цитата ]}

Принятие смеси было обычным для промышленных единиц, для дорожных двигателей и почти универсальным для судовых двигателей после 1880 года; он не был широко популярен в железнодорожных локомотивах, где его часто считали сложным. Частично это связано с суровыми условиями эксплуатации железной дороги и ограниченным пространством, предоставляемым габаритами погрузки (особенно в Великобритании, где сложное соединение никогда не было обычным явлением и не применялось после 1930 года). Однако, хотя и не в большинстве, он был популярен во многих других странах. ^[58]

Механизмы множественного расширения [ править ]

Это логическое продолжение составного двигателя (описанного выше), чтобы разделить расширение на еще большее количество этапов для повышения эффективности. Результатом стал механизм множественного расширения . Такие двигатели используют три или четыре ступени расширения и известны как двигатели трех- и четырехкратного расширения.соответственно. В этих двигателях используется ряд цилиндров с постоянно увеличивающимся диаметром. Эти цилиндры предназначены для разделения работы на равные доли для каждой ступени расширения. Как и в случае с двигателем двойного расширения, если пространство ограничено, то для ступени низкого давления можно использовать два цилиндра меньшего размера. В двигателях с многократным расширением цилиндры обычно располагались на одной линии, но использовались и другие конструкции. В конце 19 века балансировочная «система» Ярроу-Шлика-Твиди использовалась на некоторых морских двигателях тройного расширения.. Двигатели YST разделили ступени расширения низкого давления между двумя цилиндрами, по одному на каждом конце двигателя. Это позволило лучше сбалансировать коленчатый вал, что привело к более плавной работе двигателя с более быстрым откликом и меньшей вибрацией. Это сделало четырехцилиндровый двигатель тройного расширения популярным среди больших пассажирских лайнеров (например, олимпийского класса ), но в конечном итоге он был заменен практически безвибрационным газотурбинным двигателем . ^{[ необходима цитата ]} Однако следует отметить, что поршневые паровые двигатели с тройным расширением использовались для управления кораблями Свободы времен Второй мировой войны., безусловно, самое большое количество когда-либо построенных одинаковых кораблей. В Соединенных Штатах было построено более 2700 кораблей по оригинальной британской конструкции. ^{[ необходима цитата ]}

Изображение в этом разделе показывает анимацию механизма тройного расширения. Пар проходит через двигатель слева направо. Блок клапанов для каждого из цилиндров находится слева от соответствующего цилиндра. ^{[ необходима цитата ]}

Наземные паровые машины могли выпускать свой пар в атмосферу, поскольку питательная вода обычно была легко доступна. До и во время Первой мировой войны расширительный двигатель преобладал в морских приложениях, где высокая скорость судна не имела значения. Однако на смену ей пришла паровая турбина, изобретенная британцами, где требовалась скорость, например, на военных кораблях, таких как линкоры-дредноуты и океанские лайнеры . HMS  Dreadnought 1905 года был первым крупным военным кораблем, который заменил испытанную технологию поршневого двигателя новой паровой турбиной. ^[59]

Типы двигательных единиц [ править ]

Поршень возвратно-поступательный [ править ]

В большинстве поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением пар меняет направление потока при каждом такте (противоток), входя и выходя из одного конца цилиндра. Полный цикл двигателя занимает один оборот кривошипа и два хода поршня; цикл также включает четыре события - впуск, расширение, выпуск, сжатие. Эти события контролируются клапанами, часто работающими внутри парового резервуара, прилегающего к цилиндру; клапаны распределяют пар, открывая и закрывая паровые порты, сообщающиеся с концом (ами) цилиндра, и приводятся в действие с помощью клапанного механизма , которого существует много типов. ^{[ необходима цитата ]}

Простейшие клапанные шестерни дают события фиксированной длины в течение цикла двигателя и часто заставляют двигатель вращаться только в одном направлении. Однако многие из них имеют реверсивный механизм, который дополнительно может обеспечивать средства для экономии пара по мере того, как скорость и импульс получают за счет постепенного «сокращения отсечки » или, скорее, сокращения события допуска; это, в свою очередь, пропорционально удлиняет период расширения. Однако, поскольку один и тот же клапан обычно управляет обоими потоками пара, короткое отключение при впуске отрицательно влияет на периоды выпуска и сжатия, которые в идеале всегда следует поддерживать достаточно постоянными; если событие выхлопа слишком короткое, весь выхлопной пар не может эвакуировать цилиндр, забивая его и давая чрезмерное сжатие ( « отдача » ).^[60]

В 1840-х и 1850-х годах были попытки решить эту проблему с помощью различных запатентованных клапанных механизмов с отдельным регулируемым запорным расширительным клапаном, установленным на задней части главного золотникового клапана; последние обычно имели фиксированную или ограниченную отсечку. Комбинированная установка давала хорошее приближение к идеальным событиям за счет повышенного трения и износа, а механизм имел тенденцию быть сложным. Обычно компромиссное решение в том , чтобы обеспечить кругза счет удлинения трущихся поверхностей клапана таким образом, чтобы перекрывать отверстие на стороне впуска, в результате чего сторона выпуска остается открытой в течение более длительного периода после того, как произошло отключение на стороне впуска. Этот прием с тех пор считается удовлетворительным для большинства целей и позволяет использовать более простые движения Стивенсона , Джоя и Уолшартса . Corliss , а позже и шестерни тарельчатого клапана имели отдельные впускные и выпускные клапаны, приводимые в действие механизмами отключения или кулачками.профилированный так, чтобы дать идеальные события; большинство этих механизмов никогда не пользовались успехом за пределами стационарного рынка из-за различных других проблем, включая утечки и более хрупкие механизмы. ^{[58] [61]}

Сжатие [ править ]

Прежде чем фаза выпуска отработана полностью, выпускная сторона клапана закрывается, перекрывая часть отработанного пара внутри цилиндра. Это определяет фазу сжатия, когда образуется подушка пара, против которой работает поршень, в то время как его скорость быстро уменьшается; кроме того, он предотвращает скачок давления и температуры, который в противном случае был бы вызван внезапным впуском пара высокого давления в начале следующего цикла. ^{[ необходима цитата ]}

Свинец [ править ]

Вышеупомянутые эффекты дополнительно усиливаются за счет обеспечения опережения : как позже было обнаружено в случае с двигателем внутреннего сгорания , с конца 1830-х годов было сочтено полезным продвигать фазу впуска, давая опережение клапана так, чтобы впуск происходил немного раньше конца такт выпуска, чтобы заполнить зазорный объем, содержащий отверстия и концы цилиндра (не являющийся частью рабочего объема поршня), до того, как пар начнет оказывать усилие на поршень. ^[62]

Механизм Uniflow (или unaflow) [ править ]

Однопоточные двигатели пытаются устранить трудности, возникающие из-за обычного противоточного цикла, когда во время каждого хода отверстие и стенки цилиндра будут охлаждаться проходящим отработанным паром, в то время как более горячий входящий пар будет тратить часть своей энергии на восстановление работоспособности. температура. Целью прямого потока является устранение этого дефекта и повышение эффективности за счет создания дополнительного отверстия, не закрытого поршнем в конце каждого хода, заставляя пар течь только в одном направлении. Таким образом, однопоточный двигатель простого расширения обеспечивает эффективность, эквивалентную классическим составным системам, с дополнительным преимуществом в виде превосходных характеристик при частичной нагрузке и сравнимой эффективности с турбинами для небольших двигателей мощностью менее тысячи лошадиных сил. Тем не мение,градиент теплового расширения, создаваемый прямоточными двигателями вдоль стенки цилиндра, создает практические трудности.^{[ необходима цитата ]} .

Турбинные двигатели [ править ]

Паровая турбина состоит из одного или нескольких роторов (вращающихся дисков), установленных на приводном валу, чередующихся с рядом статоров (статических дисков), прикрепленных к корпусу турбины. Расположение лопастей на внешнем крае роторов похоже на пропеллер. Пар воздействует на эти лопасти, вызывая вращательное движение. Статор состоит из аналогичной, но неподвижной серии лопастей, которые служат для перенаправления потока пара на следующую ступень ротора. Паровая турбина часто выходит в поверхностный конденсатор.что обеспечивает вакуум. Ступени паровой турбины обычно расположены так, чтобы извлекать максимальную потенциальную работу из определенной скорости и давления пара, создавая серию ступеней высокого и низкого давления переменного размера. Турбины эффективны только в том случае, если они вращаются с относительно высокой скоростью, поэтому они обычно подключаются к понижающей передаче для управления низкоскоростными устройствами, такими как гребной винт корабля. На подавляющем большинстве крупных электростанций турбины напрямую связаны с генераторами без редуктора. Типичная скорость составляет 3600 оборотов в минуту (об / мин) в США при мощности 60 Гц и 3000 об / мин в Европе и других странах с системами электроснабжения 50 Гц. В приложениях ядерной энергетики турбины обычно работают на половине этих скоростей, 1800 об / мин и 1500 об / мин.Ротор турбины также может обеспечивать мощность только при вращении в одном направлении. Следовательно, реверсивная ступень или редуктор обычно требуются там, где требуется мощность в противоположном направлении.^{[ необходима цитата ]}

Паровые турбины обеспечивают прямое вращательное усилие и, следовательно, не требуют механизма связи для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Таким образом, они создают более плавное вращательное усилие на выходном валу. Это способствует снижению требований к техническому обслуживанию и меньшему износу оборудования, которое они приводят в действие, чем сопоставимый поршневой двигатель. ^{[ необходима цитата ]}

Основное применение паровых турбин - производство электроэнергии (в 1990-х годах около 90% мирового производства электроэнергии приходилось на паровые турбины) ^[2], однако недавнее широкое применение крупных газотурбинных установок и типичных электростанций с комбинированным циклом привело к в снижении этого процента до режима 80% для паровых турбин. В производстве электроэнергии высокая скорость вращения турбины хорошо сочетается со скоростью современных электрогенераторов, которые обычно напрямую подключены к их приводным турбинам. В морской службе (впервые на Турбинии), паровые турбины с понижающей передачей (хотя Turbinia имеет прямые турбины к гребным винтам без редуктора) доминировали в двигательных установках больших кораблей в конце 20-го века, будучи более эффективными (и требующими гораздо меньшего обслуживания), чем поршневые паровые двигатели. В последние десятилетия поршневые дизельные двигатели и газовые турбины почти полностью вытеснили паровые двигатели для морских применений. ^{[ необходима цитата ]}

Практически все атомные электростанции вырабатывают электроэнергию, нагревая воду для производства пара, который приводит в действие турбину, соединенную с электрическим генератором . Корабли и подводные лодки с атомными двигателями либо используют паровую турбину непосредственно в качестве главной силовой установки, а генераторы обеспечивают вспомогательную энергию, либо используют турбо-электрическую трансмиссию , где пар приводит в действие турбогенераторную установку с движущей силой, обеспечиваемой электродвигателями. Было изготовлено ограниченное количество железнодорожных паровозов . Некоторые локомотивы с прямым приводом без конденсации действительно имели некоторый успех для грузовых перевозок на дальние расстояния в Швеции и для скоростных пассажирских перевозок в Великобритании., но не повторялись. В других местах, особенно в Соединенных Штатах, более совершенные конструкции с электрической трансмиссией были созданы экспериментально, но не воспроизведены. Было обнаружено, что паровые турбины не идеально подходят для работы на железных дорогах, и эти локомотивы не смогли вытеснить классический поршневой паровой агрегат, как это сделала современная дизельная и электрическая тяга. ^{[ необходима цитата ]}

Паровые машины с качающимся цилиндром [ править ]

Паровая машина с колеблющимся цилиндром представляет собой вариант паровой машины простого расширения, которая не требует клапанов для направления пара в цилиндр и из него. Вместо клапанов весь цилиндр качается или колеблется, так что одно или несколько отверстий в цилиндре совпадают с отверстиями в неподвижной поверхности порта или в шарнирном креплении ( цапфе ). Эти двигатели в основном используются в игрушках и моделях из-за их простоты, но также использовались в полноразмерных рабочих двигателях, в основном на судах, где ценится их компактность. ^[63]

Роторные паровые машины [ править ]

Можно использовать механизм, основанный на бес поршневом роторном двигателе, таком как двигатель Ванкеля, вместо цилиндров и клапанного механизма обычного поршневого парового двигателя. Многие такие двигатели были сконструированы со времен Джеймса Ватта до наших дней, но на самом деле было построено относительно немного, и еще меньше было запущено в серийное производство; см. ссылку внизу статьи для получения более подробной информации. Основная проблема заключается в сложности уплотнения роторов, чтобы сделать их паронепроницаемыми перед лицом износа и теплового расширения ; в результате утечки сделали их очень неэффективными. Отсутствие расширяющей обработки или каких-либо средств контроля отсечки также является серьезной проблемой для многих таких конструкций. ^{[цитата необходима ]}

К 1840-м годам стало ясно, что этой концепции присущи проблемы, и к роторным двигателям относились с некоторой насмешкой в ​​технической прессе. Однако появление электричества и очевидные преимущества управления динамо-машиной непосредственно от высокоскоростного двигателя привели к некоторому возрождению интереса в 1880-х и 1890-х годах, и некоторые конструкции имели ограниченный успех. ^{[ необходима цитата ]} .

Из немногих произведенных в больших количествах конструкций выделяются конструкции компании Hult Brothers Rotary Steam Engine Company из Стокгольма, Швеция, и сферический двигатель башни Бошам . Двигатели Башни использовались Великой Восточной железной дорогой для приведения в действие осветительных динамо-машин на своих локомотивах, а Адмиралтейство - для приведения в действие динамо-машин на борту кораблей Королевского флота . В конечном итоге они были заменены в этих нишевых приложениях паровыми турбинами. ^{[ необходима цитата ]}

Тип ракеты [ править ]

Aeolipile представляет использование пара со стороны принципе ракетно-реакции , хотя и не для непосредственного приведения в движение. ^{[ необходима цитата ]}

В более современное время использование пара в ракетной технике было ограниченным, особенно для ракетных автомобилей. Паровая ракетная техника работает, наполняя сосуд под давлением горячей водой под высоким давлением и открывая клапан, ведущий к подходящему соплу. Падение давления немедленно приводит к закипанию части воды, и пар выходит через сопло, создавая движущую силу. ^[64]

Фердинанд Вербист Каретка «ы было приведено в действие с помощью aeolipile в 1679. ^{[ править ]}

Безопасность [ править ]

Паровые двигатели имеют котлы и другие компоненты, которые представляют собой сосуды под давлением, которые содержат большое количество потенциальной энергии. Утечки пара и взрывы котлов (обычно BLEVE ) в прошлом могли и приводили к большим человеческим жертвам . Хотя в разных странах могут существовать различия в стандартах, для обеспечения безопасности применяются строгие законодательные требования, испытания, обучение, осторожность при производстве, эксплуатации и сертификации. ^{[ необходима цитата ]}

Режимы отказа могут включать:

• избыточное давление в котле
• недостаточное количество воды в котле вызывает перегрев и выход из строя емкости
• накопление отложений и накипи, которые вызывают местные горячие точки, особенно на речных судах, использующих грязную питательную воду
• выход из строя сосуда под давлением котла из-за ненадлежащей конструкции или технического обслуживания.
• утечка пара из трубопроводов / котла, вызывающая ожоги

Паровые двигатели часто обладают двумя независимыми механизмами для предотвращения слишком высокого давления в котле; один может быть настроен пользователем, второй обычно разработан как предельно отказоустойчивый. В таких предохранительных клапанах традиционно использовался простой рычаг, чтобы удерживать пробку в верхней части котла. На одном конце рычага находился груз или пружина, удерживающая клапан против давления пара. Ранние клапаны могли регулироваться водителями двигателя, что приводило ко многим авариям, когда водитель закреплял клапан вниз, чтобы обеспечить большее давление пара и большую мощность от двигателя. В более поздних типах предохранительных клапанов используется регулируемый подпружиненный клапан, который заблокирован таким образом, что операторы не могут вмешиваться в его регулировку, если только не нарушена герметичность. Такое расположение значительно безопаснее.^{[ необходима цитата ]}

В короне топки котла могут быть свинцовые плавкие пробки . Если уровень воды падает, так что температура короны топки значительно увеличивается, свинец плавится и пар выходит, предупреждая операторов, которые затем могут вручную тушить пожар. За исключением самых маленьких котлов, выход пара мало влияет на тушение огня. Заглушки также слишком малы по площади, чтобы значительно снизить давление пара и разгерметизировать котел. Если бы они были больше, объем выходящего пара сам по себе подвергал бы опасности команду. ^{[ необходима цитата ]}

Паровой цикл [ править ]

Цикл Ренкина является фундаментальной термодинамической основой паровой машины. Цикл представляет собой компоновку компонентов, которая обычно используется для простого производства энергии, и использует фазовый переход воды (кипящая вода с образованием пара, конденсация отработанного пара, получение жидкой воды)) для обеспечения практической системы преобразования тепла / энергии. Тепло подается извне в замкнутый контур, при этом часть добавленного тепла преобразуется в работу, а отходящее тепло отводится в конденсаторе. Цикл Ренкина используется практически во всех приложениях для производства паровой энергии. В 1990-х паровые циклы Ренкина генерировали около 90% всей электроэнергии, используемой во всем мире, включая практически всю солнечную энергию , биомассу , уголь и атомную энергию. электростанции . Он назван в честь Уильяма Джона Маккорна Рэнкина , шотландского эрудита . ^{[ необходима цитата ]}

Цикл Ренкина иногда называют практическим циклом Карно, потому что, когда используется эффективная турбина, диаграмма TS начинает напоминать цикл Карно. Основное отличие состоит в том, что добавление тепла (в котле) и отвод (в конденсаторе) являются изобарными (постоянное давление) процессами в цикле Ренкина и изотермическими (постоянная температура) процессы в теоретическом цикле Карно. В этом цикле используется насос для повышения давления рабочей жидкости, которая поступает из конденсатора в виде жидкости, а не газа. Перекачивание рабочей жидкости в жидкой форме во время цикла требует небольшой доли энергии для ее транспортировки по сравнению с энергией, необходимой для сжатия рабочего тела в газообразной форме в компрессоре (как в цикле Карно ). Цикл поршневого парового двигателя отличается от цикла турбин из-за конденсации и повторного испарения, происходящих в цилиндре или во входных каналах пара. ^[56]

Рабочее тело в цикле Ренкина может работать как система с замкнутым контуром, где рабочее тело рециркулирует непрерывно, или может быть системой с «открытым контуром», где отработанный пар напрямую выбрасывается в атмосферу, и отдельным источником воды. питание котла поставляется. Обычно вода является предпочтительной жидкостью из-за ее благоприятных свойств, таких как нетоксичный и инертный химический состав, обилие, низкая стоимость и термодинамические свойства . Ртуть является рабочим телом в паровой турбине ртути . Низкокипящие углеводороды можно использовать в бинарном цикле . ^{[ необходима цитата ]}

Паровая машина внесла большой вклад в развитие термодинамической теории; Однако единственными приложениями научной теории, которые повлияли на паровой двигатель, были оригинальные концепции использования силы пара и атмосферного давления, а также знание свойств тепла и пара. Экспериментальные измерения, проведенные Ваттом на модели парового двигателя, привели к разработке отдельного конденсатора. Ватт независимо открыл скрытое тепло , что подтвердил первый первооткрыватель Джозеф Блэк , который также консультировал Ватта по экспериментальным процедурам. Ватт также знал об изменении температуры кипения воды под давлением. В остальном улучшения самого двигателя носили более механический характер. ^[13]Термодинамические концепции цикла Ренкина действительно дали инженерам понимание, необходимое для расчета эффективности, что помогло в разработке современных котлов высокого давления и температуры, а также паровой турбины. ^{[ необходима цитата ]}

Эффективность [ править ]

Эффективность цикла двигателя может быть рассчитана путем деления выходной энергии механической работы, производимой двигателем, на энергию, передаваемую двигателю при сжигании топлива. ^{[ необходима цитата ]}

Историческим показателем энергоэффективности парового двигателя была его «обязанность». Концепция долга была впервые введена Ваттом для того, чтобы показать, насколько его двигатели эффективнее предыдущих моделей Ньюкомена . Долг количество футофунтах в работе доставляемых путем сжигания один бушель (94 фунтов) угля. На лучшие образцы дизайнов Ньюкомена приходилось около 7 миллионов, но большинство было ближе к 5 миллионам. Первоначальные конструкции Ватта с низким давлением могли обеспечить нагрузку до 25 миллионов, но в среднем около 17. Это было трехкратным улучшением по сравнению со средней конструкцией Ньюкомена. Первые двигатели Ватта, оснащенные паром высокого давления, увеличили этот показатель до 65 миллионов. ^[65]

Никакой тепловой двигатель не может быть более эффективным, чем цикл Карно , в котором тепло перемещается из резервуара с высокой температурой в резервуар с низкой температурой, а эффективность зависит от разницы температур. Для максимальной эффективности паровые двигатели должны работать при максимально возможной температуре пара ( перегретый пар ) и выделять отработанное тепло при минимально возможной температуре. ^{[ необходима цитата ]}

Эффективность цикла Ренкина обычно ограничивается рабочей жидкостью. Без давления, достигающего сверхкритического уровня для рабочего тела, диапазон температур, в котором может работать цикл, невелик; в паровых турбинах температура на входе в турбину обычно составляет 565 ° C ( предел ползучести для нержавеющей стали), а температура конденсатора составляет около 30 ° C. Это дает теоретический КПД Карно около 63% по сравнению с фактическим КПД 42% для современной угольной электростанции. Эта низкая температура на входе в турбину (по сравнению с газовой турбиной ) является причиной того, что цикл Ренкина часто используется в качестве нижнего цикла на газотурбинных электростанциях с комбинированным циклом . ^{[ цитата необходима]}

Одно из принципиальных преимуществ цикла Ренкина перед другими заключается в том, что на стадии сжатия требуется относительно небольшая работа для приведения в действие насоса, поскольку в этот момент рабочая жидкость находится в жидкой фазе. За счет конденсации жидкости насос потребляет от 1% до 3% мощности турбины (или поршневого двигателя) и способствует гораздо более высокому КПД в реальном цикле. Преимущество этого несколько теряется из-за более низкой температуры подводимого тепла. Например, в газовых турбинах температура на входе в турбину приближается к 1500 ° C. Тем не менее, КПД реальных больших паровых циклов и больших современных газовых турбин простого цикла достаточно хорошо согласованы. ^{[ необходима цитата ]}

На практике цикл поршневого парового двигателя с выпуском пара в атмосферу обычно имеет КПД (включая котел) в диапазоне 1–10%, но с добавлением конденсатора, клапанов Корлисса, многократного расширения и высокого давления пара. / температура, она может быть значительно улучшена, исторически составляя 10–20% и очень редко немного выше. ^{[ необходима цитата ]}

Современная большая электростанция (вырабатывающая несколько сотен мегаватт электроэнергии) с пароперегревателем , экономайзером и т. Д. Достигнет КПД в среднем 40%, а наиболее эффективные агрегаты достигают 50% теплового КПД. ^{[ необходима цитата ]}

Также возможно улавливать отходящее тепло с помощью когенерации, при которой отходящее тепло используется для нагрева рабочей жидкости с более низкой точкой кипения или в качестве источника тепла для централизованного теплоснабжения через насыщенный пар низкого давления. ^{[ необходима цитата ]}

• Паровоз - GNR N2 Class No 1744 в Weybourne nr. Шерингем , Норфолк

• Паросиловой велосипед Джона ван де Риты, в Дортмунде

• Британская пожарная машина на конной тяге с паровым водяным насосом

См. Также [ править ]

Примечания [ править ]

Ссылки [ править ]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Терстон, Роберт Генри (1878). История развития паровой машины . Международная научная серия. Нью-Йорк: Д. Эпплтон и компания. OCLC  16507415 .

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме паровых двигателей .

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Паровым двигателем

Поищите паровой двигатель в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Анимированные двигатели - иллюстрирует различные двигатели.
• Howstuffworks - "Как работают паровые двигатели"
• Видео с паровым двигателем 1900 года на гребном пароходе Unterwalden