Меню раздела

Схема устройства и принцип работы паровой машины
Индикатор
Теплоиспользование
Потери в паровой машине
Коэффициенты полезного действия паровой машины
Использование отработавшего пара
Парораспределение
Уравнение движения золотника
Полярная золотниковая диаграмма
Построение индикаторной диаграммы по золотниковой
Цилиндрический золотник
Клапанное парораспределение
Регулирование
Количественное регулирование
Регуляторы давления
Понятие о реверсивном устройстве
Скорость и ускорение поршня
Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме
Расчет маховика
Детали паровой машины
Устройство сальника с мягкой набивкой
Поршни, штоки
Смазка паровых машин
Система смазки
Назначение конденсаторов
Конденсаторы смещения
Паровые машины локомобилей
Конструкции стационарных паровых машин
Пуск машины в ход
Обслуживание во время работы и остановка машины
Ненормальности в работе машины

 

 

 

 

 

Потери в паровой машине и методы повышения ее экономичности


На фиг. 10 для сравнения совмещены в Vp-координатах индикаторная диаграмма реальной паровой машины и идеальная диаграмма. В обоих циклах участвует одно и то же количество пара. Как видно из фигуры, индикаторная диаграмма значительно отличается от идеальной. Объясняется это тем, что реальная машина имеет ряд потерь.
а.            Падение давления пара в паропроводе. Свежий пар, поступающий в цилиндр машины, имеет давление меньшее, чем давление в котле, вследствие трения в паропроводе и наличия различных местных сопротивлений (колен, вентилей и проч.).
б.            Мятие пара при впуске. Линия впуска в индикаторной диаграмме идет не горизонтально, как в идеальной диаграмме, а по наклонной линии. Объясняется это тем, что открытие впускных каналов в начале впуска и закрытие их в конце впуска происходит не мгновенно, а постепенно, и в результате пар, проходя через узкую щель, мнется, что, как известно, сопровождается падением его давления.
в.            Теплообмен. В идеальном цикле считалось, что расширение пара происходит по адиабате, т. е. без теплообмена. В действительности пар в машине находится в состоянии постоянного теплообмена с окружающими его металлическими стенками цилиндра. Кроме того, имеет место пропуск части пара через не плотности. Поэтому расширение происходит политропно. В начале расширения, когда температура пара выше температуры стенок, происходит передача тепла стенкам, и линия расширения располагается ниже адиабаты. В конце расширения, когда температура стенок оказывается выше температуры пара, ему сообщается тепло от стенок, и линия расширения идет выше адиабаты.
Таким образом, расширение в действительности происходит с переменным показателем политропы по линии.
г.           Неполнота расширения пара. При работе в соответствии с идеальной диаграммой пар должен расширяться до давления выпуска, т. е. до давления в конденсаторе. При этом потребовались бы цилиндры слишком больших размеров, что практически нецелесообразно, так как машина получилась бы громоздкой, тяжелой, дорогой в изготовлении и неэкономичной. В действительности, как это показано на индикаторной диаграмме, выпуск пара начинается в точке с. Пар выпускается с давлением большим, чем в конденсаторе. Потеря работы пара вследствие неполноты расширения наглядно видна при сравнении индикаторной диаграммы с идеальной. Однако работа, какая расходовалась бы в машине с полным расширением на преодоление сил трения поршня о стенки цилиндра, в значительной мере превзошла бы потерянную работу от неполноты расширения.
По линии cd осуществляется предварение выпуска, значение которого отмечалось выше. Давление пара во время предварения выпуска должно снизиться до давления, которое будет поддерживаться в цилиндре при выпуске.
д.               Выпуск пара. При выпуске отработавшего пара в среду (атмосферу, конденсатор и проч.) с давлением давление в цилиндре всегда несколько больше давления среды, вследствие сопротивления в паровыпускных органах и отводящем трубопроводе. Поэтому линия выпуска идет выше.
Эта потеря зависит от длины трубопровода, площади его поперечного сечения, шероховатости внутренних поверхностей, от местных сопротивлений и сечения каналов при выходе из цилиндра.
е.            Вредное пространство. Наличие вредного пространства ведет к потере тепла, вызванного заполнением этого пространства паром при впуске в цилиндр.
ж.           Начальная конденсация. Выше уже говорилось о теплообмене поступившего в цилиндр пара со стенками цилиндра; к концу выпуска отработавшего пара стенки охлаждаются, приобретая температуру, близкую к температуре этого пара. Поэтому вновь поступающий свежий пар, соприкасаясь с относительно холодными стенками цилиндра, частично конденсируется. Это явление называется начальной конденсацией. Убыль пара в цилиндре от этого явления . должна восполняться добавочным количеством пара; поэтому расход его вследствие конденсации значительно увеличивается по сравнению с тем количеством, которое требовалось бы для заполнения свежим паром объема цилиндра при идеальном процессе. Увеличение расхода пара приводит к повышению тепловых потерь.
Конденсация свежего пара происходит не только в период его впуска, но и в течение некоторой части периода расширения. Однако температура пара по мере его расширения падает, температура же стенок цилиндра, нагретых паром, остается высокой. Наступает момент, когда температура пара становится меньше температуры стенок цилиндра, в результате пар начинает подсушиваться, а конденсат, осевший на стенках, испаряться. Это явление называется вторичным испарением. Вторичное испарение чаще всего начинается не раньше конца расширения и продолжается в период выпуска, что повышает сопротивление выталкивающему ходу поршня, увеличивая при этом непроизводительную работу. Потеря от начальной конденсации при неблагоприятных условиях может достигать 30% общего расхода пара и больше. Для уменьшения этой потери принимают меры.
Перегрев пара является одним из наиболее действенных средств борьбы с начальной конденсацией. Перегретый пар имеет малый коэффициент теплоотдачи; кроме того, конденсация этого пара может начаться лишь после того, как будет израсходована вся теплота его перегрева. Поэтому чем больше температура перегрева, тем позднее начнется конденсация и тем, следовательно, меньше будут потери на начальную конденсацию.
Увеличение числа оборотов вала машины приводит к уменьшению начальной конденсации, так как при этом в течение цикла сокращается продолжительность соприкосновения поступившего пара со стенками цилиндра, а следовательно, уменьшается величина теплообмена между ними.
Вредное пространство также влияет на начальную конденсацию. Во вредном пространстве свежий пар соприкасается с относительно холодными стенками, ограничивающими это пространство, и смешивается с отработавшим паром низкой температуры. Следовательно, чем больше объем вредного пространства и количество оставшегося отработавшего пара, тем больше потери от начальной конденсации. С уменьшением объема вредного пространства уменьшается начальная конденсация и расход пара, а поэтому повышается экономичность паровой машины.
Многократное расширение пара является одним из методов уменьшения потерь от начальной конденсации. Интенсивность охлаждения и конденсации пара в цилиндре в значительной мере зависит от разницы между температурой свежего пара, поступающего в цилиндр, и средней температурой стенок цилиндра; уменьшение разности этих температур снижает охлаждающее действие стенок цилиндра. При многократном расширении пар от начального давления расширяется до заданного противодавления р2 не в одном цилиндре, а последовательно в нескольких (двух, трех, четырех). Так, в машине трехкратного расширения, имеющей цилиндры высокого, среднего и низкого давления, свежий пар с давлением переходя последовательно в цилиндры, расширяется и снижает свое давление: заданного противодавления. Таким образом, в этом случае падение давления, а следовательно, и падение температуры распределяется между тремя цилиндрами; у каждого из них разность между температурами пара, входящего в цилиндр и выходящего из него, меньше, чем у одноцилиндровой машины, почему и уменьшается потеря от внутреннего теплообмена.
При многократном расширении может быть использован в последующих цилиндрах пар вторичного испарения и пар, проникший через не плотности из одной полости цилиндра в другую; пропуски пара через не плотности в таких машинах меньше, чем в одноцилиндровых, так как меньше разность давлений по обе стороны поршня.
Следует отметить, что в машинах многократного расширения возможно применение пара более высокого начального давления, так как в каждом цилиндре происходит только частичное расширение пара.
Усилия, действующие на поршневой шток и кривошипно-шатунный механизм, в этих машинах меньше, чем в машинах однократного расширения, работающих с теми же параметрами пара. Благодаря этому указанные части машины можно значительно облегчить, а кривошипы цилиндров расположить относительно друг друга так. чтобы обеспечить спокойную работу машины.
К недостаткам машины многократного расширения следует отнести пониженный механический к. п. д. (на 2—3%) по сравнению с машиной однократного расширения, несколько повышенную стоимость машины, ремонта и эксплуатации. Однако эти недостатки не умаляют положительных качеств машин многократного расширения.
Наибольшее распространение имеют машины двойного расширения. По расположению цилиндров такого рода машины разделяются на два типа: с параллельными осями цилиндров — компаунд и цилиндрами, расположенными на одной общей оси, — тандем. В компаунд-машинах кривошипные валы могут быть расположены под углом 0, 180 и 90°. На фиг. 11, а кривошипы расположены под углом 90° по отношению друг к другу. Так как при этом периоды выпуска пара из ц. в. д. и впуск в ц. и. д. не совпадают по времени, то между цилиндрами включается промежуточный резервуар для пара— ресивер. На фиг. 11,6 показана схема машины тандем.
Машины компаунд сложнее машин тандем, но работают спокойнее, так как момент вращения вала изменяется за один оборот меньше, чем у машин тандем; кроме того, у машин компаунд сила инерции возвратно-поступательных движущихся масс, приходящаяся на один кривошип, меньше, чем у машин тандем.
Паровые рубашки иногда применяют для уменьшения начальной конденсации. Машины с паровыми рубашками имеют цилиндры и крышки, состоящие из двух стенок, между которыми образуется пространство, заполненное свежим паром. Благодаря этому повышается температура внутренних стенок цилиндра, а следовательно, уменьшается начальная конденсация. Однако для заполнения паровой рубашки затрачивается некоторое количество конденсирующегося здесь свежего пара, что значительно снижает пользу от ее применения. Для быстроходных машин и машин многократного расширения, работающих на перегретом паре, паровая рубашка
вообще бесполезна, но во всех случаях остается целесообразным обогрев крышек цилиндра, потеря от начальной конденсации на которых особенно велика. Иногда применяют газовые рубашки, заполняемые горячими газами от котла.
В прямоточных машинах для впуска пара с обеих сторон цилиндра имеется по одному клапану, выпуск же отработавшего пара производится через окна, прорезанные в стенках цилиндра на середине их длины. При таком устройстве пар от места входа в цилиндр к месту выхода из него движется не изменяя своего направления, поэтому такие машины и получили название прямоточных.
Окна, через которые производится выпуск отработавшего пара, открываются и закрываются поршнем, для чего длину поршня принимают равной длине его хода 5 за вычетом длины окон, которая обычно составляет примерно 0,1 S. При таких условиях пар может выходить из цилиндра примерно в продолжение 0,1 хода поршня, а в течение остальных 0,9 хода происходит сжатие пара. Для того чтобы при этом в конце сжатия давление не превзошло давления свежего пара, выпуск осуществляют в конденсатор, имеющий глубокий вакуум.
Удачное расположение впускных клапанов в крышках цилиндра и отсутствие выпускных клапанов приводит к тому, что вредное пространство в этих машинах очень мало. По этой причине, а также вследствие отсутствия обратного хода отработавшего пара, наличия обогрева крышек цилиндра и высокой температуры конца сжатия потери от внутреннего теплообмена малы. Кроме того, вследствие большой длины поршня здесь наблюдается меньший перепуск пара. По степени использования пара прямоточные машины могут быть приравнены к машинам двух кратного расширения.
Условная степень наполнения е также оказывает влияние на величину теплообмена пара со стенками, так как с увеличением е возрастает средняя температура стенок. Объясняется это тем, что увеличивается время соприкосновения свежего пара со стенками и степень сухости в конце расширения; последнее ухудшает отдачу тепла стенками пару, что также способствует повышению температуры стенок. Кроме того, с увеличением условной степени наполнения уменьшается необходимый объем цилиндра, а поэтому и вредное пространство, что опять-таки влечет к снижению потери от теплообмена. Однако выбор е связан и с другими факторами, о которых будет сказано ниже.
Рассмотренные выше меры, повышающие экономичность работы паровой машины, не являются исчерпывающими. В частности, следует указать на необходимость тщательной изоляции цилиндров, ресиверов и всех промежуточных трубопроводов для уменьшения потерь тепла от излучения в окружающую среду.
Следует помнить также известные из термодинамики положения, что экономичность возрастает с увеличением начальных параметров пара и с понижением конечного давления. Для уменьшения давления выпуск производится в конденсатор, в котором пар охлаждается проточной водой и конденсируется, отчего в полости конденсатора создается разрежение.


Яндекс.Метрика