Паровые машины

Г.С. Жирицкий
ПАРОВЫЕ МАШИНЫ
Г осэнергоиздат 1951 г.
Вновь написан раздел «Эксплоатация (паровых машин», где дается понятие об установке паровой машины, . смазке ее, обслуживании и модернизации существующим машин.
В книге уделено должное внимание машинам высокого давления я локомобильным машинам. Если в эксплоатации находится еще очень большое число ранее построенных стационарных машин, то в настоящее время для стационарных и подвижных установок строятся преимущественно локомобильные машины, которые с успехом применяются для электрификации сельского хозяйства, на лесо- и торфоразработках, на небольших предприятиях местной промышленности, а также для электрификации отдаленных районов нашего Союза.
Хотя паровозные и судовые машины являются наиболее распространенными типами современных паровых машин, им уделено сравнительно небольшое место в связи с наличием специальной литературы по этим машинам.
Некоторые главы и параграфы книги набраны мелким шрифтом. Содержание их без ущерба для ясности изложения может быть опущено в тех ©узах, где курс паровых машин проходят по сокращенной программе.
При работе над книгой были учтены указания различных лиц на дефекты и ошибки в предыдущих изданиях.
Особую признательность приношу канд. техн. наук Н. Г. Мо1розову, с исключительной внимательностью просмотревшему рукопись и сделавшему при ее.рецензировании ряд ценных указаний.
Надеюсь, что лица, которые будут пользоваться настоящей книгой, своей деловой критикой помогут устранить несомненно имеющиеся е ней недочеты.
Автор
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие.................. 3
Раздел первый ВВЕДЕНИЕ
71 71
1-1. Понятие о работе и устройстве паровой машины ..................................7 1-2. Классификация паровых машин....... 9 1-3. Индикаторная диаграмма.........! 11 1-4. Исторический очерк развития паровой маШИНЫ ........... раммы тан
1-5.    Использование тепла в паровых машинах и области их применения........... J9 72
Раздел второй РАБОТА ПАРА В ПАРОВОЙ МАШИНЕ Глава первая. Идеальные процессы в паровых /5
машинах.................. 22 2-1.    Цикл Ренкина..............’ 22 79
2-2. Цикл с неполным расширением пара .... 25 Глава вторая. Реальный процесс в паровой машине .................... 26 2-5.
Потери на утечки пара........... 26 Падение давления пара при впуске..... 28 Потеря от теплообмена пара со стенками цилиндра (начальная конденсация пара) и отдача тепла в окружающую среду..... 29 2-8.
Меры борьбы с потерей от теплообмена . . 31 Вредное пространство и сжатие пара ... 35 Сравнение действительной и теоретической диаграмм. Коэффициенты полезного действия машины............... 38 92
3-5.
2-9. Индикаторная диаграмма реального процесса в паровой машине............. 44 2-10. Примеры построения индикаторных диаграмм одноцилиндровых машин ...... 52 99 101
3-9.
2-11. Влияние нагрузки машины на очертание индикаторной диаграммы........... 53 2-12. Определение мощности машины по индикаторной диаграмме ............. 54 2-13. Аналитический расчет паровой машины. Определение степени наполнения по заданной мощности машины........... 56 2-14. Определение расхода пара по индикаторной диаграмме................ 58 2-15. Выбор параметров пара.........[ 59 Глава третья. Исследование рабочего процесса машины при помощи индикаторной диаграммы .................. £Q 115
2-16. Устройство индикатора и пользованйе'им .’ 60 ^-17. Оценка работы паровой машины по индикаторной диаграмме............. 61 2-18. Перенос индикаторной диаграммы’ в* к’оо’рди- наты Т, S.............. _ # 63 2-19. Тепловой баланс паровой машины'    66 Глава четвертая. Машины многократного оас ширения......................н 2-20. Общие сведения 2-21. Преимущества и недостатки машин много кратного расширения..... 2-22. Отношение объемов цилиндров 2-23. Выбор типа машины..... 2-24. Объемные диаграммы . • . . 2-25. Построение индикаторной диаг дем-машины или машины компаунд с криво шипами, заклиненными под углом 180° . . 2-26. Построение индикаторной диаграммы машины двойного расширения с кривошипами, заклиненными под углом 90° (машина компаунд) ................... 2-27.    Комбинирование индикаторных диаграмм машин многократного расширения и перенос их в координаты TS............ о оп' £J0U*H0CTb машин многократного расширения 29- Индикаторные диаграммы машин двойного расширения при переменном режиме .... Раздел третий ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПАРОВЫХ МАШИНАХ Глава первая. Золотниковые парораспределения 81 3-1.    Плоский коробчатый золотник....... 81 3-2. Золотниковые диаграммы.......... 84 3-3. Построение индикаторной диаграммы по золотниковой ............. Учет конечной длины шатуна по Ф.’а'. Брик’су Построение золотниковой диаграммы по ин дикаторнсй и определение размеров золот ника.............. Эллиптическая диаграмма......| Конструктивное выполнение золотника Цилиндрические золотники ...... Золотник с двойным впуском пара ..... 3-10. Простые золотники с переменной степенью накопления.................юз q io' Парораспределение двойными золотниками 105 о-12. Определение размеров двойного золотника , ™ заданной индикаторной диаграмме ... 110 •i-13. Конструкции двойных золотников.....112 Глава вторая. Клапанные парораспределения о-14. Расположение, конструкция и расчет клапанов .................. 3-15. Классификация механизмов для привода клапанов. Общая оценка клапанных парораспределений .........................119 3-16. Кулачные шайбы.........*!!..! 120 3-17. Эксцентриковый механизм с катящимся рычагом .............. ..... 121 3-18. Качающиеся кулаки.........! ." ! 124 3-19. Принудительные механизмы парораспределения с переменной степенью наполнения, Механизм с катящимся рычагом...... 3-20. Парораспределение качающимися кулаками 3-21. Парораспределение расцепным механизмом . 3-22. Кривые подъема клапанов ......... 3-23. Расчет клапанной пружины......... 3-24. Поршневые золотники с механизмами клапанных парораспределений ......... Глава третья. Парораспределение в прямоточных машинах ............... 3-25. Парораспределение впуска. Односедельные клапаны .................. 3-26. Управление выпуском............ Глава четвертая. Реверсивные механизмы . . "3-27. Понятие о реверсивных механизмах и их классификация .............. 3-28. Кулисные механизмы с двумя эксцентриками 3-29. Реверсивные приводы судовых машин с одним эксцентриком.......... . . . 3-30. Кулисный механизм паровозных машин . . . 3-31. Гидравлический привод органов парораспределения .................. 3-32.    Выбор типа и системы парораспределения Раздел четвертый ДИНАМИКА ПАРОВОЙ МАШИНЫ 4-1.    Силы, действующие в шатунно-кривошипном механизме ................. 4-2.    Силы инерции............... 4-3.    Расчет маховика.............. 4-4.    Действие сил инерции........... 4-5.    Условия устойчивости паровой машины . . . 4-6.    Уравновешивание сил инерции...... . Раздел пятый РЕГУЛИРОВАНИЕ Глава первая. Статика регулятора....... '5-1. Назначение и классификация регуляторов . . 5-2.    Поддерживающая сила регулятора..... 5-3. Характеристика регулятора......... 5-4. Параллельная работа электрических генераторов с приводом от паровых машин. Рациональная форма статической характеристики 5-5. Нечувствительность регулятора...... 5-6. Конструкции и расчет конических пружинных регуляторов .............. 5-7. Плоские регуляторы. Основы теории и расчета .................... 5-8. Инерционные регуляторы.......... 5-9. Регуляторы давления............ Глава вторая. Основы динамики регулятора . . 5-10. Дифференциальное уравнение движения машины......"........... 5-11. Время разбега машины........... 5-12. Дифференциальное уравнение движения регулятора................. 5-13. Время свободного падения муфты регулятора    ....... 5-14. Условия устойчивости системы регулирования ........... Раздел шестой МАШИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ И С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ ПАРА 6-1. Основные типы машин с использованием отработавшего пара.............193 6-2. Машины с противодавлением........194 6-3. Машины с промежуточным отбором пара . . 197 6-4. Коэффициент полезного действия и диаграмма режимов машины с отбором пара . . 200 6-5.    Регулирование машин с промежуточным . . отбором пара.........."......202 Раздел седьмой КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ПАРОВЫХ МАШИН 7-1.    Понятие о конденсационных устройствах . .    207 7-2. Смешивающие конденсаторы........208 7-3. Поверхностные конденсаторы.........210 7-4. Насосы конденсационного устройства ....    213 7-5.    Маслоотделители.....".........215 Раздел восьмой КОНСТРУКЦИИ ПАРОВЫХ МАШИН Глава первая. Типичные конструкции машйн 8-1.    Горизонтальные машины однократного расширения ..................217 8-2. Вертикальные одноцилиндровые и сдвоенные машины..................220 8-3. Горизонтальные машины многократного расширения ..................224 8-4. Вертикальные машины многократного расширения ............-......230 8-5. Локомобильные машины..........231 8-6. Машины легкого типа...........235 Глава вторая. Детали паровых машин.....238 8-7 Паровой цилиндр..............238 8-8. Сальники..................242 8-9. Поршень и поршневой шток ... . . . . .    244 8-10. Ползун...................248 8-11. Шатун...................251 8-12. Коренной вал...............253 8-13. Рама и коренные подшипники .......254 8-14.    Маховик ..................259 Раздел девятый ЭКСПЛОАТАЦИЯ ПАРОВЫХ МАШИН Глава первая. Смазка паровых машин.....260 9-1.    Смазочные материалы . . .........260 9-2. Подача смазки на трущиеся поверхности . .    262 9-3. Расход масла на смазку паровой машины . .    265 9-4. Регенерация масел.............266 Глава вторая. Обслуживание паровых машин    267 9-5. Установка паровой машины........267 9-6. Пуск^ в ход, остановка и обслуживание паровой машины...............267 9-7. Ненормальная работа машины. Типичные аварии и их предупреждение........273 9-8. Модернизация паровых машин .......275 Литература ..................278 Предметный указатель.............279 1-1. ПОНЯТИЕ О РАБОТЕ И УСТРОЙСТВЕ ПАРОВОЙ МАШИНЫ РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ВВЕДЕНИЕ
Назначение парового двигателя — производить механическую работу за счет тепловой энергии пара. Если мапйана работает без потерь, то 1 кг пара, вступив в мишину с теплосодержанием h, адиабатически расширившись в ней и выйдя из машины с теплосодержанием ь, отдает рабочему органу двигателя h—i2 единиц теплоты (ккал/кг). Машина при этом производит L0= —i2) единиц работы (кгм), где А = ^— тепловой эквивалент^работы. Преобразование энергии может итти двумя путями. В одном случае потенциальная энергия пара преобразуется в механическую работу поршня, который под давлением пара движется в закрытом цилиндре. Развиваемая при этом работа измеряется произведением силы, приложенной к порш'ню, на путь, им проходимый. Поршень может иметь или поступательновозвратное, или вращательное движение. В другом случае потенциальная энергия пара преобразуется сперва в кинетическую: пар расширяется, и за счет падения его теплосодержания возрастает скорость. На рабочем органе машины (диск с лопатками) происходит затем превращение кинетической энергии пара в механическую работу за счет понижения скорости пара. В первом случае мы имеем паровую поршневую машину с возвратно-движущимся или вращающимся поршнем; во втором случае — паровую турбину. Предметом настоящего курса будут служить исключительно поршневые машины. По укоренившемуся в технической литературе обычаю мы будем называть эти двигатели паровыми машинами, отбрасывая термин «поршневые». Машины с вращающимся поршнем именуются коловратными. Область применения их совершенно незначительн а. Паровые турбины по своему тепловому процессу и по конструкции настолько отличны от паровых машин, что изучение их выделяется в самостоятельный курс. Простейшая паровая машина представлена на фиг. 1 -1. В паровом цилиндре 2, закрытом с обеих сторон крышками 1 и 4, может перемещаться поршень 3. Поршень делит цилиндр на две полости: левую и правую, причем первая иногда называется стороной крышки, вторая—стороной кривош'ипа (при том расположении частей машины, какое показано на’ чертеже). Пар поступает попеременно в левую и правую полости, причем когда в одной из полостей происходит впуск свежего пара, из другой выпускается пар, отработавший за предыдущий ход.    ‘ На продольном разрезе машины и в плане показаны впуск пара в левую полость и выпуск из правой. При обратном движении поршня (на чертеже цилиндра — внизу) направление пара меняется. Само собой понятно, что пар не должен перетекать из одной полости в другую; поэтому рабочая (внутренняя) поверхность цилиндра должна быть строго цилиндрической и тщательно отполированной, а поршень должен быть снабжен пружинящими кольцами 17, которые плотно прижимаются к поверхности цилиндра. Под давлением пара поршень движется попеременно вправо и влево. Эти перемещения при посредстве поршневого штока 6 и шатуна 11 передаются пальцу 25 кривошипа, вращающегося вместе с коренным валом машины. Кривошипным механизмом прямолинейные движения поршня преобразуются во вращательное движение вала, который непосредственно или при помощи трансмиссии приводит машины-орудия. Фиг. 1-1. Горизонтальная одноцилиндровая машина с золотниковым парораспределением и вильчатой рамой. 1 — задняя крышка цилиндра; 2—-паровой цилиндр; 3— поршень; 4 —передняя крышка цилиндра; 5—сальник; 6 — шток поршня; 7—ползун; £ —нижняя параллель; 9 — палец ползуна; 10— верхняя параллель; 11 — шатун; 12 — рама машины; 13 — маховик; 14 — вход пара; 15—золотниковая коробка; 16—паровой канал; 17—поршневые кольца; 18 — канал для выпуска пара; 19 — золотник; 20 — паровой канал; 21 — шток золотника; 22— шарнирное соединение штока золотника с эксцентриковой тягой; 23—эксцентриковая тяга; 24—коренной подшипник; 25—шейка (палец) кривошипа; 26— коренной подшипник; 27—хомут эксцентрика; 28 — эксцентриковый диск; 29—левое мертвое положение поршня; 30 — правое мертвое положение поршня.    ! Поршневой шток наглухо скреплен с поршнем 3 и с ползуном (крейцкопфом) 7 (в паровозных машинах ползун часто называют кулаком). В месте, где шток проходит сквозь крышку цилиндра, ставят сальник 5, назначение которого — препятствовать утечке пара через зазоры между штоком и стенками крышки. Ползун служит, с одной стороны, ш'арнир-ным соединением между штоком и шатуном, с другой стороны, он, двигаясь в направляющих-параллелях 8 и 10, передает последним вертикальную силу, возникающую в шарнире 9 механизма. Параллели отчасти принимают на себя вес поступательно-движущихся частей, несколько разгружая от него стенки парового цилиндра. В крупных машинах поршень снабжают контрштоком, проходящим сквозь левую (на фиг. 1-1) крышку цилиндра. Контршток имеет также ползун, скользящий по направляющей плоскости. В этом случае поршень со штоком представляет собой как бы балку на двух опоРах — на двух ползунах — и поршень, находясь в цилиндре навесу, в минимальной степени срабатывает поверхность цилиндра. Шатун соединяется с ползуном при помощи пальца 5 и с кривошипом — при помощи пальца 25. В некоторых типах машин, в которых лишь одна полость (со стороны крышки) является рабочей, ползун отсутствует, и шатун соединяется непосредственно с поршнем, как в большинстве двигателей внутреннего сгорания. Вал машины лежит в коренных подшипниках 24, 26, число которых не менее двух. Подшипники вместе с параллелями обычно образуют одну отливку, называемую рамой машины 12. Рама покоится на фундаменте и скреплена с ним фундаментными болтами. Паровой цилиндр в маленьких машинах находится навесу, будучи скреплен с параллелями. В более или менее крупных машинах цилиндр имеет всегда особую onqpy. Локомобильные машины крепят обычно к паровому котлу, паровозные машины — к раме паровоза. Различают коленчатые и кривошипные валы машины. Коленчатый вал показан на фиг. 1-1; его подшипники расположены по обе стороны колена, в так называемой вильчатой раме. На фиг. 1-2 изображена машина с кривошипным валом и так называемой байонетной рамой. Подшипники расположены лишь по одну сторону кривошипа (второй подшипник находится за маховиком 13). Крайние положения поршня (29 и 30 на фиг. 1-1) называются мертвыми, так как при этих положениях вал не может быть повернут силой, приложенной к поршню. Пространство между поршнем в его мертвом положении и крышкой цилиндра, включая сюда и объем каналов, подводящих и отводящих пар, называется вредным пространством цилиндра, а его поверхности — вредными поверхностями. Впуск и выпуск пара производятся специальным парораспределительным механизмом, приводящимся обычно от коренного вала машины. Пар поступает через показанный на фиг. 1-1 канал 14 в золотниковую коробку 15. В последней по золотниковому зеркалу перемещается золотник 19, управляющий впуском и выпуском пара в обеих полостях цилиндра. Золотниковая коробка соединяется с цилиндром каналами 16 и 20. Отработавший пар уда- ляется через канал 18. Золотник приводится в движение эксцентриком 28 при посредстве эксцентрикового хомута 27, эксцентриковой тяги 23 и золотникового штока 21. Показанный на фиг. 1-2 регулятор служит для того, чтобы устанавливать мощность машины в соответствии с ее нагрузкой. Изменение числа оборотов машины, возникающее при изменении нагрузки, используется для перестановки механизма, регулирующего количество или давление впускаемого пара. В данном случае регулятор действует на дроссельный клапан 3 и при уменьшении нагрузки вызывает торможение пара. Конструкция регулятора обычно такова, что колебания числа оборотов ограничиваются узкими пределами (5—7%). Скорость движения поршня на протяжении его хода непрерывно меняется: от нуля — в мертвом положении до некоторого максимума— в среднем положении. Непрерывно меняется также и сила, действующая на поршень, принимая часто даже отрицательные значения. Для обеспечения равномерного хода машины, т. е. для получения в условиях переменного вращающего момента более или менее постоянной угловой скорости вращения вала, на последний насаживают тяжелый маховик 13. При избытке движущей силы и, следовательно, повышении угловой скорости маховик накапливает кинетическую энергию, с тем чтобы отдать ее в период превышения сил сопротивления. В то время как регулятор ограничивает колебания числа оборотов, наличие маховика сводит к известному минимуму колебания угловой скорости вращения в течение одного оборота. 1-2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ МАШИН Изображенные на фиг. 1-1 и 1-2 машины представляют собой горизонтальные одноцилиндровые машины однократного расширения, двустороннего давления, с переменным направлением потока (пара. В отличие от описанной общей схемы, пар можно впускать только в одну полость цилиндра и оказывать давление на поршень только с одной стороны (всегда со стороны крышки). Другая сторона цилиндра остается всегда открытой, и поршень здесь соприкасается с атмосферой. Такие машины называются машинами одностороннего давления в отличие от более распространенных машин двустороннего давле- Конструкция с односторонним давлением ногда применяется в судовых вертикальных Г°Ризонтальная одноцилиндровая машина с золотниковым парораспределением и байонетной рамой Р6ГУЛЯТ0Р: Дроссельный клапан; кривошипа; 17 — рама. машинах и особенно пригодна для машин легкого типа в подвижных установках. В машине, изображенной на фиг. 1-1 пар входит в каждую из полостей цилиндра и выходит из нее с одной и той же стороны (возле крышки), по одному и тому же каналу в каждой из полостей цилиндра пар следует за движением поршня, и направление потока пара поэтому переменное. Существуют также прямоточные машины, в которых выпуск пара происходит посередине цилиндра в конце хода поршня, и таким образом, пар в каждой полости движется лишь в одном направлении — от крышки к середине цилиндра. Так как для машин непрямоточных нет подходящего краткого термина, то в дальнейшем мы машину с переменным направлением движения пара будем просто называть паровой машиной в отличие от прямоточной машины. 'Зависимости от того, каким паром работает машина, различают машины для п е р е- Г Р а/ ° Г ° И ДЛЯ н а с ы щ е н н о г о п а р а. Машина, построенная для перегретого пара всегда может работать и насыщенным паром' чего нельзя сказать про обратный случай ' Современные машины работают паром температура которого достигает 500° С. В дальней- Фиг. 1-3. Машина компаунд. J — цилиндр бысокого давления; 2— ресивер; 3 — цилиндр низкого шем не исключена возможность применения и более высоких температур. Паровая машина может работать на атмосферу, на конденсацию или с противодавлением. В первом случае пар из машины выпускается е атмосферу, во втором случае — в особое устройство, называемое конденсатором, в котором поддерживается давление ниже атмосферного (обычно 0,10—0,25 ата). При работе машины с противодавлением отработавший пар выпускается с давлением выше атмосферного и затем обычно' используется для целей нагрева. Величина противодавления может быть довольно значительна, но чаще всего она составляет 2—4 ата. К машинам с противодавлением можно отнести также машины высокого давления, отработавшим паром которых питаются машины (или турбины) обычного типа. В этом случае величина 'противодавления составляет 10—20 ата и выше. Фиг. 1-4. Машина тандем 1 — ползун на контрштоке; 2—контршток; 3— ц. в, д.; 4 — промежуточная опора штока; 5 — ц. н. д.
Различают машины одно- и многоцилиндровые. В последнем случае все цилиндры работают на общий вал. В простейшем случае в каждый из цилиндров поступает свежий пар, и машина состоит из комплекта совершенно одинаковых цилиндров, расположенных обычно один рядом с другим. Такие машины называют машинами однократного расширения (сдвоенными, строенными и т. д.). В отличие от них многоцилиндровые машины исполняются также в виде машин многократного расширения (двойного, тройного, реже —четверного). В машинах многократного расширения свежий пар поступает только в один из цилиндров, называемый цилиндром высокого давления или малым цилиндром. В нем пар расширяется не до конечного давления выпуска, а до некоторого более высокого. С этим промежуточным давлением тот же (отработавший в малом цилиндре) пар поступает в следующий цилиндр. Если машина — двойного расширения, пар во втором цилиндре расширяется до конечного давления выпуска, и этот цилиндр именуется цилиндром низкого давления, или большим цилиндром. В машинах тройного расширения пар из малого цилиндра поступает сначала в средний (цилиндр среднего давления), а оттуда в большой цилиндр (низкого давления). У машины двойного расширения цилиндры располагают рядом (фиг. 1-3) или один за другим (фиг. 1-4). В первой из этих систем — машине компаунд— кривошипы обоих цилиндров обычно сдвинуты на угол 90° один относительно другого. Во второй машине — машине тандем — оба поршня насажены на один шток и работают на общий кривошип. Машины тройного расширения строят - по типам компаунд, тандем или по смешанному типу тандем-компаунд. Трубы, по которым в машинах многократного расширения пар переходит из одного цилиндра в другой, называются ресивером (поз. 2 на фиг. 1-3). Давление пара в ресивере является, таким образом, давлением выпуска одного цилиндра и впуска в следующий. Иногда из ресивера часть пара отбирают для использования в нагревательных приборах. Такая система, как будет показано ниже, представляет значительные выгоды и применяется в тех производствах, где для целей нагрева требуется количество пара меньшее, чем то, которое проходит через паровую машину. Вместо того чтобы ставить специальный котел низкого давления или редуцировать свежий пар, пар отбирают из ресивера, давление в котором устанавливается в соответствии с нуждами производства. Паровые машины этого типа называются машинами с промежуточным отбором пара и строятся обычно в виде тандем-машин, которые менее, чем машины компаунд, чувствительны к изменению распределения нагрузки между цилиндрами. При колеблющемся отборе пара из ресивера распределение общей мощности между обоими цилиндрами получается, конечно, крайне неравномерным. Можно производить отбор пара непосредственно из цилиндра одноцилиндровой машины. Однако такие конструкции не получили распространения. В зависимости от рода парораспределения различают машины золотниковые, крановые и «лапанные. Паровые машины бывают горизонтальные и вертикальные (фиг. 1-3), несколько отличающиеся конструктивным выполнением отдельных деталей. Вертикальные машины применялись раньше (до появления паровых турбин) главным образом при больших мощностях; в настоящее время их применяют в- судовых и быстроходных конструкциях. Машины с числом оборотов до 150 в минуту принято считать тихоходными, с более высоким числом оборотов — быстроходными (обычно 300—400 в минуту, в ряде случаев до 1 500—2 000 в минуту). Наибольшее число машин работает паром давлением 10—20 ата. Мы будем называть их машинами среднего давления. В отличие от них машинами высокого давления можно считать те, которые работают паром давлением свыше 25 ата. В настоящее время строят машины, работающие паром давлением до 130 ата, но не исключена возможность применения и более ..высоких давлений. Классификация машин по числу оборотов и по давлению пара является, конечно, условной, и указанные цифры могут с течением времени меняться. 1-3. ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА Паровая машина работает обычно следующим образом. Незадолго до прихода поршня в левое мертвое положение начинается впуск пара в левую полость цилиндра. К моменту прихода поршня в мертвую точку в левой полости устанавливается давление свежего пара. Под этим давлением поршень двигается вправо. При некотором положении поршня впуск пара прекращается. Момент окончания впуска называется отсечкой.. Так как при дальнейшем движении поршня объем левой полости цилиндра увеличивается, пар, впущенный в цилиндр, расширяется. Перед приходом поршня в правое мертвое положение левая полость сообщается с пространством выпуска,- и давление в этой полости соответственно падает. При дальнейшем движении влево пар выталкивается из цилиндра. Выпуск пара, так же как и впуск, не длится на протяжении всего хода поршня, а п-ои некотором положении последнего выпуск прекращается, и оставшийся в цилиндре пар подвергается сжатию. В правой полости процесс происходит таким же образом, причем впуску в левую полость соответствует выпуск пара из правой. Ввиду того что для повышения давления в цилиндре при впуске и для падения давления при выпуске пара требуется определенное время, впуск и выпуск пара начинаются еще до прихода поршня в соответствующее мертвое положение на величину опережения впуска и выпуска. Тепловой процесс машины удобнее всего рассматривать в его графическом изображении. Для этого строят обычно в координатах P,V (давление — объем) диаграмму, изображающую изменение давления пара в зависимости от объема цилиндра. Такая диаграмма называется индикаторной диаграммой. ^Образец индикаторной диаграммы (для левой полости цилиндра) представлен на фиг. 1-5, причем для ясности под диаграммой начерчена схема парового цилиндра. Поршень вычерчен в мертвом положении. Объем вредного пространства V0 отложен от начала координат. В точке а начинается рабочий процесс машины. На протяжении отрезка ab, соответствующего части V рабочего объема цилиндра, происходит впуск пара при давлении рх. Точка b определяет момент отсечки. Объем находящегося в цилиндре пара в этот момент составляет V-j-V0. Отношение ~~s называется степенью h . наполнения и обычно измеряется в процентах рабочего объема цилиндра Vh. От точки b начинается расширение пар1. Фиг. 1-5. Индикаторная диаграмма паровой машины. В точке е — начале выпуска — давление пара постепенно падает до давления выпуска pt. Давление в конце расширения, предполагая, что последнее продолжается до мертвого положения поршня, мы будем обозначать через ре. Объем, освобождаемый за время опережения выпуска, обозначим через V„. Пунктиром показано правое мертвое положение поршня. Отрезок df соответствует выпуску пара при давлении р2. В точке / начинается сжатие пара, а в точке с — впуск свежего пара. V3 представляет собой часть объема, в котором происходит сжатие (за вычетом вредного пространства); отношение rr~=sc—степень сжатия; рс—давление в конце v h сжатия для случая, когда последнее продолжено до мертвого положения поршня; Vx — часть рабочего объема в момент начала впуска. Площадь индикаторной диаграммы abedfc представляет собой, как известно из термодинамики, работу пара, находящегося с одной стороны поршня, за один оборот вала. Так как объем цилиндра пропорционален длине его, то можно считать, что длина диаграммы представляет собой ход поршня. Индикаторную диаграмму можно снять с работающей машины при помощи специального прибора, называемого индикатором. Пишущий аппарат этого прибора находится под давлением пара в цилиндре машины, я бумаге, навернутой на барабан, сообщается перемещение, соответствующее движению поршня. На бумаге получается график изменения давления пара в зависимости от хода поршня, т. е. индикаторная диаграмма. На снятых с машины диаграммах моменты парораспределения не видны так отчетливо, как на фиг. 1-5. Пересечения отдельных кривых (точки о, е, d) скругляются, линия ab получается наклонной. 1-4. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ПАРОВОЙ МАШИНЫ Мысль оо использовании давления пара зародилась в глубокой древности. Архимеду родившемуся за 287 лет до нашей эры, приписывается изобретение пушки, действовавшей водяным паром. Ряд аппаратов для подъема воды давлением пара был предложен в средние века (в 16 и 17 вв.). Однако первые попытки практического осуществления' таких аппаратов относятся лишь к концу 17 —началу 18 в Это не является случайным. Переход от ручного ремесленного или мануфактурного производства к машинному привел к тому что водяные колеса и конные приводы, служивши единственными двигателями с древних времен перестали удовлетворять возросшим требованиям промышленности. При феодальном строе, характеризующемся появлением «...наряду с ремесленными мастерскими мануфактурных предприятий» >, все отрасли промышленности еще удовлетворялись водяными колесами и конными приводами. 17 В- —при расцвете феодального строя — еще не было потребности в более мощных и независимых от местных условий двигателях. В текстильном производстве применялся только ручной труд; железоделательная промышленность обходилась для привода мехов и ковки водяными колесами и лошадьми- каменноугольная промышленность предъявляла спрос только на насосы для откачивания воды с небольшой глубины; такие же насосы требовались для различных водоподъемных и гидротехнических сооружений. По мере развития производительных сил все возрастающего укрупнения и усложнения орудии производства наступил период когда «...увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудии требует более крупного двигательного механизма, а этот механизм нуждается в более мощной двигательной силе»2. Этой «более мощной двигательной силой» и явилась «сила» водяного пара. Ее применение для одной из частных, но остро стоящих задач — подъема воды — создало технические предпосылки к осуществлению универсального теплового двигателя. Требование на универсальный двигатель возникло в связи с изобретением машины-орудия, заменившей руку человека и вызвавшей -промышленный переворот — переход от ручного ремесленного и мануфактурного труда к крупному машинному капиталистическому производству. Такой^ универсальный паровой двигатель, служащий для привода любых заводских механизмов, впервые был создан русским гениальным изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым (1728—1766 гг.). Существует немало имен, носителям которых различные авторы приписывают первенство в деле создания паровой машины. Ташвы, например, имена Томаса Сэвери, Дени Папина’ Томаса Ньюкомена, Джемса Уатта.    ' Однако Сэвери и Папин изобрели не паровые двигатели, а паровые водоподъемные на* сосы. В рабочем сосуде аппарата Сэвери (1698 г.) создавалось разрежение вследствие конденсации впущенного в эгот сосуд пара; под давлением атмосферы в сосуд засасывалась из водоема вода, которая затем паром вытеснялась в нагнетательную трубу. Таким образом, аппарат Сэвери мог выполнять только единственную частную функцию — подъем воды, а поэтому не мог быть и не был двигателем.    ■ В насосе Папина (1707 г.) вода вытеснялась из цилиндра поршнем, на который с другой стороны давил пар. По сравнению с аппаратом Сэвери здесь сделан шаг вперед — воплощена идея о поступательном движении поршня под давлением пара, однако движение поршня могло быть передано только воде. Но даже как водоподъемный насос машина Папина была крайне несовершенна: всасывающего действия она не имела, и воду к машине надо было тем или иным способом подавать. Ньюкомен постройкой так называемой атмосферной 'машины сделал следующий шаг, приближающий водоподъемный аппарат к поршневой паровой машине. В машине Ньюкомена (1725 г.) имелся уже вертикальный паровой цилиндр с поршнем. Пар поступал в цилиндр при атмосферном давлении, заполняя объем под поршнем, котоРый поднимался противовесом, имевшимся на конце балансира. Затем под поршень впрыскивалась вода, пар конденсировался, образовывалось разрежение, и поршень опускался под давлением атмосферы. При помощи цепи и рычага-балансира поршень машины поднимал штангу водяного насоса. Работа машины была прерывной и отдавалась приводимому агрегату только в периоды опусканий поршня. Обладая прерывной отдачей работы, машина Ньюкомена могла удовлетворительно приводить в действие только агрегаты, работавшие с перерывами, — насосы простого действия. Машина Ньюкомена, как и машина Уатта, оставалась, по меткому выражению Маркса, «простой подъемной машиной для воды и соляного раствора» Наиболее серьезным претендентом на первенство в деле создания универсального парового двигателя мог бы быть Джемс Уатт, действительно достигшии больших успехов в конструировании паровой машины. Но патент Уатта на машину с непрерывной отдачей работы относится к 1784 г., т. е. он был выдан через 19 лет после изобретения Ползуновым универсального двигателя. Таким образом, истинным творцом универсальной паровой машины непрерывного действия является русский техник И. И. Ползунов. Изобретение Ползунова не было случайным открытием, а было подготовлено всей его практической деятельностью, теоретическими знаниями, систематическим трудом и настойчивостью. В своей работе И. И. Ползунов руководствовался наиболее передовыми по тому времени взглядами на природу тепла, установленными в трудах его знаменитого современника Михаила Васильевича Ломоносова. В 1744 г. Ломоносов написал выдающийся труд «Размышления о причине теплоты и холода», в котором он впервые в мировой науке предложил и обосновал механическую теорию теплоты и отверг распространенное в то время учение о «теплороде», как об особом веществе, обусловливающем степень нагрева тел. В работе Ломоносова, почти за 100 лет до появления трудов Майера, Гельмгольца, Джоуля, мы находим такие положения: «теплота возбуждается движением...», «причина теплоты со. стоит во внутреннем вращательном движении связанной материи...» и т. п. [Л. 1]. В 1748 г. М. В. Ломоносов, также впервые в мировой науке, сформулировал как «всеобщий естественный закон» закон сохранения массы и материи. За 40 лет до Лавуазье, которому приписывают закон сохранения массы, и за 100 лет до 1 К. Маркс и Ф. Энгельс. Сочинения, т. 17, Партиздат, 1937, стр. 41?- Роберта Майера, которого неправильно считают автором закона о сохранении энергии, Ломоносов открыл существование этих законов и сформулировал их как единый закон естествознания. И. И. Ползунов был знаком с работами М. В. Ломоносова. Сын солдата, Ползунов не имел и не мог по тому времени иметь высшего образования. Однако он относится к числу образованнейших людей своей эпохи. Ползунов знал физику, умел производить инженерные расчеты и составлять чертежи. Об его эрудиции говорит тот факт, что он поддерживал созданную М. В. Ломоносовым механическую теорию теплоты. Он имел представление о законе сохранения энергии, указывая, что «сила в машине сама собой восстать не может» [Л. 2]. Неудивительно поэтому, что машина Ползунова была тщательно продуманным и грамотно спроектированным сооружением, значительно превосходящим по своему замыслу и по своему осуществлению другие предложения в области паровых машин той же эпохи. На фиг. 1-6 показан продольный разрез паровой машины Ползунов^ по чертежу, выполненному самим изобретателем. Машина эта была спроектирована им в 1763—1764 гг., построена в 1765 г. и установлена на Колывано-Воскресенских заводах на Алтае. Ее размеры: диаметр цилиндра 0,81 м, ход поршня 2,56 м.. Давление пара в котле составляло около 1,2 ата. Ориентировочная мощность машины при 15 двойных ходах поршня в минуту равнялась около' 40 л. с. Два вертикальных цилиндра машины были расположены непосредственно над паровым котлом. Пар по трубе 5 поступал в цилиндр за поршнем, который поднимался грузом, укрепленным на воздуходувном мехе. В момент прихода поршня в верхнее положение в цилиндр впрыскивалась по трубе 5 вода (из бака 16), пар конденсировался, и в цилиндре создавалось разрежение. Под давлением атмосферы поршень шел вниз, совершая механическую работу. Цилиндры работали последовательно,, обеспечивая непрерывность действия машины. Поршни тягами 13 соединялись с балансирами, при помощи которых машина приводила в действие мехи для вдувания воздуха в металлургические печи. Следует отметить, что в первом варианте машины вместо балансиров были предусмотрены шкивы, соединенные с поршнями при помощи цепей. — конструкция до того времени не применявшаяся. Фиг. 1-6. Паровая машина И. И. Ползунова. 1 — „теплев.и1 бассейн" для сбора воды; 2 — паровой котел; 3 устройство для автоматического питания котла; 4—паровпускные задвижки; 5 — паровпускные трубы; 6 — трубы для спуска воды из цилиндров; 7—воздушные трубы; 8—водораспределительное устройство; 9—трубы для подачи охлаждающей воды в цилиндры-; 1q — цилиндры машины; 11— поршни; 12—чаши; 13 — тяги; 14 труба для подачи воды из бака; 15 — дуги ^балансиров; 16 — бак с водой.    . В машине Ползунова паро-водораспредели-тельное устройство было автоматическим и представляло собой совершенно оригинальную' конструкцию, основанную на возвратно-вращательных движениях при помощи зубчатых колес. Питание котла .производилось также автоматически исключительно подогретой водой. Паровая машина Ползунова по сравнению с машинами его предшественников отличалась следующими оригинальными особенностями:. а)    она представляла собой первую в мире двухцилиндровую конструкцию; § 1-4]
Исторический очерк развития паровой машины
б)    отличалась непрерывностью действия; в)    имела автоматически действующий паро-и водораспределительный механизм оригинальной конструкции; г)    была снабжена прибором для автоматического питания котла, представлявшим собой первую в мире автоматически регулирующую систему; д)    питание котла производилось только подогретой водой. Но самое главное заключалось в том, что машина Ползунова была предназначена не для подъема воды, а для привода заводских агрегатов. Таким образом, машина Ползунова была первой в мире универсальной паровой машиной. Ползунов не дожил до пуска в ход своей машины, скончавшись в 1766 г. Его ученики, однако, сумели довести до конца великое дело первого русского теплотехника. В мае 1766 г. машина была пущена в ход, а в августе того же года была принята в эксплоатацию для обслуживания заводских механизмов. Три месяца успешно проработала машина. Она работала бы, несомненно, и дальше, но мелкие неполадки (течь котла) заставили остановить машину, и больше в ход она уже не пускалась. Непосредственно после смерти изобретателя не нашлось людей, которые могли бы поддержать его идею «... огонь слугою к машинам склонить...» и «...облегчить труд по нас грядущим». Заводчики того времени считали более дешевым труд крепостных рабов, чем применение машин, облегчающих этот труд. Машина Ползунова была разрушена. Российская Академии наук, состоявшая в то время преимущественно из иностранцев, будучи осведомлена о работе Ползунова, предала забвению великое дело русского теплотехника. Работа И. И. Ползунова почти на столетие опередила русскую действительность; в условиях феодально-крепостнического режима паровая машина не могла, конечно, получить широкого распространения. Однако гибель машины Ползунова и погребение в пыли архивов всех достигнутых им результатов характерны для того времени, когда совершенно игнорировались великие творческие силы русского народа в области техники. А между тем в 1794 г. на прядильной фабрике в Манчестере появилась двухцилиндровая паровая машина, воспроизводившая изобретение Ползунова [Л. 2]. Строителем ее был некий Фальк, видевший машину Ползунова и даже описавший ее в печати. Машина, построенная Фальком по проекту Ползунова, работала более 30 лет, что подтверждает обоснованность предложений И. И. Ползунова. Если И. И. Ползунов по праву должен считаться творцом первой универсальной двухцилиндровой паровой машины непрерывного действия с автоматическим парораспределением, то дальнейшим усовершенствованиям, приблизившим паровую2 машину к современным конструкциям, техника обязана Джемсу Уатту. В 1769 г. Уатт получил патент на машину, могущую работать при давлении выше атмосферного, с теплоизолированным цилиндром и с выпуском пара в атмосферу или в отдельный конденсатор, снабженный насосом для откачивания воздуха. Первая машина Уатта—-одноцилиндровая, одностороннего давления — была построена в 1775 г. Как и машины западноевропейских предшественников Уатта, она была предназначена для подъема воды. Пар поступал в верхнюю полость цилиндра, в то время как нижняя полость сообщалась с конденсатором. По достижении поршнем нижнего положения открывался клапан, соединяющий между собой обе полости, и пар из верхней полости перетекал в нижнюю. Движение поршня вверх достигалось под действием избыточного веса плеча балансира. Цилиндр был снабжен паровой рубашкой. В 1782 г. Уатт запатентовал машину, работающую с расширением пара в цилиндре. В 1784 г. он получил патент на машину двустороннего давления, явившуюг.я вторым после машины Ползунова двигателем непрерывного действия. Почти одновременно Уатт изобрел машину с вращательным движением, причем передача от норшня к балансиру осуществлялась так называемым параллелограммом Уатта, а передача от балансира к валу — зубчатой передачей. Наконец, Уатт применил маховое колесо для уменьшения колебаний скорости вращения и регулятор, управляющий дроссельным клапаном на паропроводе к машине К Машина Уатта с отмеченными усовершенствованиями схематически показана на фиг. 1 -7. Паровой цилиндр I двустороннего давления снабжен автоматическим парораспределением, управляемым регулятором 2. Пар выпускается в конденсатор 3, обслуживаемый мокровоздушным насосом 4. Движение поршня через параллелограмм 5 передается балансиру 6, а от него — валу через зубчатую передачу 7. Равномерность хода поддерживается маховиком 8. В 1783 г. (т. е. почти через 20 лет после создания И. И. Ползуновым универсальной паровой машины) машина Уатта была поставлена на заводе для привода кузнечного молота. В 1799 г. один из сотрудников Уатта изобрел золотник с эксцентриковым приводом. В начале 19 в. стали применять запатентованный еще в 1779 г. кривошипно-шатунный механизм, впоследствии заменивший все другие виды передачи движения от поршня. Машины Уатта работали паром низкого давления (всего 0,1—0,3 ати) и поэтому отличались чрезвычайной громоздкостью. Так, например, в одной из его машин (1830 г.) при мощности 20 л. с. диаметр цилиндра составлял 633 мм, ход поршня — 1 530 мм. Поэтому дальнейшее развитие паровой машины шло в первую очередь по пути повышения давления пара. К 1800 г. относится первый патент на машину высокого давления (3,5—7 ата), а в 1823—1827 гг. уже пытаются работать паром давлением до 56 ата. В это же время стали впервые применять перегретый пар, хотя широкое внедрение перегретого пара в паротехнику относится к 1892 г.    ’ Машина, основанная на принципе двойного расширения, была запатентована в 1781 г., а независимо от этого в 1820 г. русским изобретателем Степаном Литвиновым была предложена оригинальная конструкция машины компаунд двустороннего давления [Л. 1]. Пови-димому, машина эта не была осуществлена, но рассмотрение чертежей Литвинова свидетельствует о незаурядном таланте изобретателя, паровой машины надо считать 1900 г. К этому времени были введены почти все крупные усовершенствования, давшие возможность удовле-машине требованиям’ предъявляемым паровой пот^ГгЛеДУЮЩИе годы основная задача па-[нпнпл заключалась в повышении эконо- предложившего в 1820 г. один из наиболее современных типов паровой машины. В течение продолжительного времени паровые машины снабжались золотниковым парораспределением с неизменной степенью наполнения. Парораспределение кранами и клапанами применялось даже в машинах 18 в., (в частности, в машине Ползунова), но широкое распространение эти механизмы получили значительно позже: крановое парораспределение— ° 1 oct лапанное парораспределение — с lobo г. Следует отметить, впрочем, что в настоящее время крановое распределение из-за ряда недостатков почти не применяется; клапанные же механизмы и сейчас являются одними из наиболее распространенных. Продолжателями дела Ползунова в нашей стране явились многочисленные русские техники-новаторы. Еще в 18 в. оригинальный проект «огнедей-ствующеи» машины создал в Кронштадте Роман Дмитриев. В 90-х годах того же столетия работал в Кронштадте, а затем в Забайкалье строитель паровых машин Федор Борзой. Разработкой конструкций паровых машин ЛевИЛСабаки|КЖе Тверской гУбернский механик ® 1815 г- Вяткин построил оригинальную паровую машину для Верх-Исетского завода.
вызня™.ЛаРОВОЙ м^шины> что было отчасти г i опу онкУРенци€Й с паровой турбиной. ние ппяддптГА,то0ЛуЧа10т шиРокое распростране-бпй пГ ,Ь1е машины> отличающиеся осо- ЭкпномГСТОТОИ *0НстрУ™ и повышенной экономичностью. Первый в мире паровоз с прямоточной машиной был построен Коломенским машиностроительным заводом для Московско-Казанской железной дороги. С 1920 г. начинается широкое применение пара высокого давления: 60—100 ата\выше Параллельно с ростом давления повышалась и температура пара. Почти до конца 19 в. для работы паровых шеШ260“Пс"“пГ”,«РооС те”Ч>аТУРо* не свы- и-™    Лишь в 1892 Г. была предложена тДЗИс’ успешно работавшая при температуре 350 С, а к 1930 г. перегрев пара был доведен до 450 и даже до 480°С. чит^И8М Еремеш наблюдался также зна- г аб а питы иР RpT ™СЛа обоР°ТОв’ влияющего на гаоариты и вес машины кшДк Г' ^ИМ ЧеРепанов. из крепостных крестьян, построил паровую машину для Нижнетагильских заводов1. В дальнейшем им и его сыном Мироном Черепановым был построен рудников™ ДЛЯ Уральских заводов и медных Черепановы являются выдающимися машиностроителями своего времени. Они создали отп™ИЧ™КИИ *завод' занимавшийся производив < ЗНО Разных машин и механизмов. ?Н1РеТаЛИ’ “Р^кгировали и строили воздуходувные установки, прокатные машины молоты, лесопильные установки и др. Опыт' приооретенный Черепановыми при сооружении этих машин, позволил им построить в 1834 г первый русский паровоз. Труды Черепановых завоевали нашей стра-право стоять в числепервых четырех стран дорогах^1 МеНИВШИх паРовую тягу на железных R,,.B 1815 г; от°шел в свой первый рейс первый русский пароход «Елизавета», построенный в Петербурге. р, ® 1832 г- Русские техники построили пер-ую в мире пароходную машину без балансира, кульминационным пунктом dазвйтий _ 2 г. с. Жирицкий. ___,    I I| | г рее:*./\ гсЕ~ '
лиш^аХН!?пУа«Уа КОТйа 18 стож™я лелали пампяг™    ПР“е»«иие клаоанных парораспределении позволило к началу 20 r ну?у С0ТлняГСЛО °бор(>тов до 100 и более в ми-’ У У- Однако даже и теперь машины с числом Оборотов порядка 300 в минуту считаются ЬяГ0Х°ДНЬШИ’ ХОТЯ имеются конструкции работающие при 2 500 об/мин. Машины этого последнего типа приближаются по свс£й ко™ двигателямК аВТОМобильньш и авиационным * Следует отметить, что творец первого в мире мапшнГ Можайский применил паровую машину в качестве двигателя для своего аппарата. Заказанные им в Англии машины хотя и представляли собой лучшее, что могла дать гпипг ВР6МЯ ЗЗГраничная техника, оказались 1яжелыми До 6,4 кг/л. с. Поэтому Можаискии сам взялся за конструирование паровой машины и провел эту работу настолько удачно, что в 1883 г. построил (на Балтийском у^0м^ИТеЛЬНОМГАаводе^ машину типа компа-У Д ощностью 50 и. л. с., которая вместе с котлом весила всего 4,5 кг/л. с. [Л. 3]. Таким малым весом не обладала в то время Нй^одна^а|кжа^йашина,: и Можайскому при-
Йвканская______________________________ надлежит приоритет в построении паровой машины легкого типа. Повышение начальных параметров пара, углубление вакуума, усовершенствование конструкции влекли за собой повышение экономичности машины. Первые машины Уатта с непрерывным вращением имели общий к. п. д. (по отношению к теплотворной способности топлива) не более 3%. К 1840 г. этот к. п. д. достиг для лучших машин 8%. Одна из машин 1855 г. имела к. п. д. 12%. В 20 в. общий к. п. д. установки с паровыми машинами достиг 20—25%. Существенные изменения претерпела и общая компоновка паровой машины. От первых одноцилиндровых машин в 19 в. перешли на постройку преимущественно трехи четырехцилиндровых машин многократного расширения. Машины эти отличались чрезвычайной громоздкостью и сложностью конструкции. Представление о них дает фиг. 1-8, на которой показана вертикальная паровая машина мощностью 2 ООО л. с. конструкции 1900 г. Высота этой машины была равна 12 ж. В дальнейшем конструкции паровых машин были упрощены: число цилиндров было дове- Фиг. 1-8. Вертика^ная машина тройного расширения мощностью 2 000 л. с. (1900 г.). Фиг. 1-9. Горизонтальная прямоточная машина. дено до одного-двух, движущиеся части закрывались обшивкой. Типичным примером современной машины небольшой мощности может служить изображенная на фиг. 1-9 одноцилиндровая горизонтальная прямоточная машина. Принцип использования теплоты отработавшего пара был известен давно. Приоритет в этом отношении принадлежит И. И. Ползу-нову, отводившему сконденсировавшийся пар в «теплый ящик» и использовавшему эту воду для питания котла.    • Известны факты использования отработавшего пара для отопления и других нагревательных целей в 1830 г. [Л. 4]. Однако широкое применение машины с противодавлением и с промежуточным отбором пара получили лишь в 20 в. В настоящее время стационарные машины чаще всего находят себе применение в тех случаях, когда при небольшой сравнительно силовой нагрузке требуется одновременно пар для технологических целей.    * Разработка теории паровой машины шла параллельно с ее конструктивным развитием. Первый русский теплотехник И. И. Ползунов сумел уже, хотя и элементарно, рассчитать построенную им машину. Трудами Карно, Клаузиуса, Ренкина, Цейнера, Гирна были созданы в середине 19 в. основы теории паровой машины. Ведущими работами по теории паровой машины, опирающимися на современную термодинамику, являются труды русских ученых В. И. Гриневецкого и А. А. Радцига. Лишь немного не доживший до нашей, советской, эпохи проф. В. И. Гриневецкий создал наиболее стройную, глубоко научную теорию паровой машины, дающую прочную основу для ее аналитического расчета. Чл.-корр. Академии наук СССР А. А. Рад-циг (умер в 1941 г.), являвшийся крупнейшим и разносторонне образованным теплотехником Советского Союза, выпустил еще в 1904 г. свой классический труд «Математическая теория обмена тепла в цилиндре паровой машины» [J1. 5], в котором аналитически разрешается одна из сложнейших проблем паровой машины. Трудами русских ученых в значительной степени создана и теория регулирования машин. Проф. И. А. Вышнеградский [Л. 6 и 7] и проф. Н. Е. Жуковский [Л. 8] являются общепризнанными творцами математической теории регулятора, позволяющей с большой точностью проектировать современную сложную систему регулирования машины. В настоящее время в связи с успехами паровых турбин область применения поршневых машин значительно сузилась и ограничивается лишь небольшими мощностями. В Советском Союзе особенное внимание уделяется производству локомобилей, объединяющих в одном агрегате паровую машину, котел и вспомогательные устройства. На целесообразность широкого применения локомобилей указывал еще в 1915 г. В. И. Гриневецкий. Широко применяется паровая машина на железнодорожном транспорте, где паровоз пока является наиболее распространенным из всех типов локомотивов. До Великой Отечественной войны стационарные паровые машины строились в СССР Сумским машиностроительным заводом, локомобили — Херсонским и Людиновским заводами. Эти заводы были, как известно, разрушены немецкими захватчиками. В настоящее время они полностью восстановлены и выпускают первоклассную продукцию. Кроме того, у нас построены новые локомобильные заводы — Сызранский и Могилевский. Судовые и паровозные машины выпускает ряд специализированных заводов. 1-5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА В ПАРОВЫХ МАШИНАХ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Из имеющихся в каждом килограмме пара i\ ккал в паровой машине могут быть использованы максимально h — h ккал, где h — теплосодержание отработавшего пара в случае полного адиабатического расширения его в машине. Так как отработавший пар даже самого низкого давления обладает скрытой теплотой парообразования, составляющей главную часть полной теплоты пара, использование тепла в паровых двигателях вообще не может быть высоким. В машинах среднего качества общий коэффициент использования теплоты топлива (учи-2* тывая, следовательно, и потери в паровом котле) составляет 10—12%. В хороших современных машинах к. п. д. доходит до 20%. При благоприятных условиях и с применением пара очень высоких давлений к. п. д. установок с паровыми машинами может дойти до 25%» Не исключена возможность достижения и более высокой экономичности. Коэффициент полезного действия установок с использованием теплоты отработавшего пара машин, конечно, гораздо более высок. С точки зрения использования теплоты топлива паровые машины в чисто силовых установках не могут конкурировать с двигателями внутреннего сгорания. Однако возможность работы паровых котлов на любом топливе часто делает паровую установку более рентабельной и заставляет сделать выбор в пользу паровой машины. При использовании отработавшего пара паровая установка почти всегда предпочтительнее, чем установка с двигателями внутреннего сгорания. Серьезным конкурентом паровой машины; является паровая турбина, имеющая при крупных мощностях более высокий к. п. д. и обладающая значительной компактностью и рядом* других преимуществ. Паровые турбины совершенно вытеснили* паровую машину из крупных теплосиловых станций и из судовых установок значительной мощности. Для паровых машин остались лишь следующие области применения. 1. Подвижные машины: паровозы, пароходы и локомобили. В первых двух случаях повышенный расход топлива приносится в жертву надежности, простоте обслуживания, долговечности, удобству реверсирования, возможности большой перегрузки. В третьем случае, кроме указанных преимуществ, особенно ценится возможность использования в топке локомобиля любых, топлив.    . Современные паровозные машины почте, всегда работают перегретым паром с выпуском в атмосферу и строятся или однократного расширения (сдвоенными, строенными, счетверенными), или по типу компаунд (более распрог-странены машины однократного расширения). Пар ор аспределение обычно золотниковое. Мощность паровозных машин достигает значительной величины (4 ООО л. с. и более). Судовые машины чаще всего строятся вертикальными компаунд, с расширением пара до-четырехкратного (речные машины часто выполняются с наклонной к горизонтали осью),.. Перегрев пара применяется лишь в последнее время. Эти машины всегда работают на конденсацию и обычно имеют золотниковое парораспределение (реже — клапанное). Заводы выпускают судовые машины значительной мощности, однако на больших пассажирских пароходах они уступили место паровым турбинам. Машины большой мощности (1 ООО л. с. и более) ставят на судах лишь в тех случаях, когда от них требуется особая надежность работы и выносливость (например, на ледоколах). Локомобильные машины выполняются или одноцилиндровыми, или двукратного расширения (тандем или компаунд). Стационарные локомобили обычно имеют пароперегреватель и работают на конденсацию. Парораспределение — золотниковое или клапанное. Локомобили чаще всего строят мощностью до 500 л. с. Паровая машина является подходящим двигателем для моторных вагонов, автобусов, грузовиков, тракторов, всякого рода подъемных устройств.    . Делались опыты изготовления паровых легковых автомобилей и установки паровых машин на самолетах. В обоих случаях применя-: лись быстроходные машины высокого давления. Широкого распространения машины легкого типа не получили, так как надежность работы машины приносилась в жертву ее весу, но даже построенная с учетом достижений авиамоторостроения паросиловая установка всегда .имела больший удельный вес, чем бензиновый двигатель. 2. Стационарные машины малой и средней мощности. Эти машины обычно применяются: а) в случае использования теплоты отработавшего пара; б)    в случае наличия местного топлива, непригодного для двигателей внутреннего сгорания; в)    в тех случаях, когда повышенный расход топлива не имеет существенного значения. Особенно выгодно применение паровых машин в установках с использованием теплоты отработавшего пара, где общий к. п. д. установки доходит до 80 %. Поэтому машины с противодавлением и с промежуточным отбором пара являются наиболее рациональными типами стационарных машин. Однако и здесь применение паровых машин ограничивается потребной мощностью. Во мно- • гих случаях при нагр^ зке свыше 300—500 л. с. предпочитают установку паровой турбины. •В отдельных случаях турбину ставят и при меньших мощностях. С другой стороны, иногда оказывается целесообразным устанавливать паровые машины мощностью 1 000—2 000 л. с., например для непосредственного привода поршневых компрессоров. Для конденсационных стационарных машин в настоящее время наибольшее распространение получила прямоточная система. Наряду с ней, впрочем, выпускаются и машины прежнего типа. Прямоточные машины строятся одноцилиндровыми, других систем — также компаунд и тандем. Парораспределение — чаще всего клапанное, расположение цилиндров — горизонтальное. Наблюдается определенно выраженная тенденция к повышению числа оборотов паровой машины и скорости движения поршня. Быстроходные машины часто строят вертикальными. В новых машинах применяется преимущественно перегретый пар со все более и более повышающимися давлением и температурой. Вышесказанное определяет также области применения паровых машин в Советском Союзе и перспективы их развития. В СССР при наличии большого числа центральных электрических станций (паротурбинных или гидравлических), объединенных в мощные энергетические системы, стационарные паровые машины большой мощности не могут найти себе применения, за исключением некоторых конструкций специального назначения. Стационарные машины средней и небольшой мощности используются в Советском Союзе для электрификации отдаленных районов, не охваченных энергетическими системами. При наличии в этих районах местного топлива паровая установка с паровой машиной является наиболее целесообразной по надежности в эксплоатации и простоте обслуживания. С успехом могут применяться для таких установок и локомобили. Последние получили у нас чрезвычайно большое распространение. Они широко применяются в сельском хозяйстве, для электрификации колхозов, на торфо- и лесоразработках, а также на различных предприятиях местной промышленности в районах, отдаленных' от энергетических систем.    . При наличии дешевого местного топлива (торф, солома, опилки и т. п.) применение паровых машин небольшой мощности иногда оказывается целесообразным даже в электрифицированных районах, в особенности там, где имеется возможность использовать для нагревательных целей отработавший пар из машины. .    • Паровоз еще длительное время будет занимать ведущее место среди локомотивов других типов (электровозы, тепловозы, турбовозы с паровой или газовой турбиной). Его исключительная надежность в работе, благоприятная тяговая характеристика и легкость маневрирования оправдывают широчайшее распространение паровозов. Столь же уместна паровая машина в морском и особенно в речном транспорте. Возможность работы на твердом топливе предоставляет машине громадное преимущество перед двигателями внутреннего сгорания. Те же благоприятные качества паровой машины, которые были указаны применительно к паровозам, будут стимулировать еще в течение многих лет ее широкое применение на водном транспорте. Из сказанного ясно, что паровая машина, еще не отжила свой век; она имеет значительные области применения, в которых ее «право-гражданства» неоспоримо и стабилизировалось. К тому же конструктивные формы паровой машины послужили образцом для многих других современных машин, и потому изучение паровой машины попрежнему необходимо со всей тщательностью, которую может требовать-широко распространенный двигатель. РАЗДЕЛ ВТОРОЙ РАБОТА ПАРА В ПАРОВОЙ МАШИНЕ ГЛАВА ПЕРВАЯ ИДЕАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПАРОВЫХ МАШИНАХ Фиг. 2-1. Цикл Ренкина.
L — -± о —
А
2-1. ЦИКЛ РЕНКИНА Идеальным циклом паросиловой установки — как с поршневыми машинами, так и с турбинами — является цикл Ренкина, подробно рассматриваемый в курсах термодинамики. Сопоставляя реальный процесс в паросиловой установке с идеальным циклом, можно не только оценивать степень совершенства машины, но и сравнивать между собой паровые машины и турбины. Следуя циклу Ренкина, пар (насыщенный или перегретый) расширяется адиабатически в машине до давления выпуска, после чего от пара отнимается в конденсаторе скрытая теплота парообразования, и пар полностью превращается в воду, температура которой равна температуре насыщения отработавшего пара. Вода питательным насосом подается в котел, причем давление воды доводится до давления свежего пара; в котле производится подвод тепла, вода подогревается, обращается в пар и последний, если это требуется, перегревается. Как известно из термодинамики, работа 1 кг пара в таком цикле
где ръ it—начальные давление и теплосодержание пара; Рг> Ч — конечные давление и теплосодержание пара; ■^2 — удельный объем воды; А — тепловой эквивалент работы. Первый член этой формулы представляет собой работу машины, второй — работу насоса для подачи воды в котел, вычисленную без учета сжимаемости "воды, что в инженерных расчетах вполне допустимо.
■Ol— А)^2»
При невысоких давлениях пара (приблизительно до 30 ата) работой насоса, ввиду ее незначительности, пренебрегают и принимают для цикла Ренкина — ^ — i2. Цикл Ренкина в координатах р,, v представлен на фиг. 2-1. Отрезком ga измеряется удельный объем v2 воды, принимаемый, как сказано выше, независимым от давления. При изменении состояния пара вдоль линии ab происходит подвод тепла; вдоль Ьс — адиабатическое расширение до давления р2\ вдоль cf—отвод тепла (конденсация пара), причем в точке / весь пар превращается в воду; вдоль fa — повышение давления воды до величины /?j и перекачивание воды в котел, где она нагревается до температуры и испаряется. Площадью gbch измеряется работа машины, площадью gafh— работа насоса, площадью cibcf—полезная работа цикла. Так как отрезок ga очень мал по сравнению с ab (на фиг. 2-1 не показано их истинное соотношение), то в дальнейшем при графическом изображении цикла мы будем пренебрегать площадью gafh и линию а/ будем совмещать с осью ординат. На диаграмме фиг. 2-2 представлены идеальные процессы паровой машины в координатах Т, S. Цикл Ренкина для насыщенного пара изображается в этих координатах кон-
изображается отрезком АВ. Для насыщенного пара, например при рг = 20 ата, р2 = 0,2 ата, найдем: ^ = 668 ккал/кг;3 г'2 —498 ккал/кг; Фиг. 2-2. Идеальные процессы паровой машины в координатах Т, S.
z' = 60 ккал 1кг. Если пренебречь работой, затрачиваемой на подачу воды, что в данном случае допустимо, то _ 668-498 , ^ — 668— 60 Цикл Ренкина для перегретого пара изображается в координатах Т,S (фиг. 2-2) площадью abb^cj. Рассмотрим влияние отдельных параметров на к. п. д. цикла Ренкина. Чтобы выяснить, каким образом влияет степень разрежения в конденсаторе на термический к. п. д., построим кривую зависимости ^ от рг. Это построение выполнено на фиг. 2-4 по формуле (2-1) для р1 = 20 ата, tl== 350°С. Из диаграммы видно, что t\t возрастает с увеличением степени разрежения, особенно значительно при высоком вакууме. туром abcf (ничтожным повышением температуры воды при ее адиабатическом сжатии пренебрегаем). Термический к. п. д. представляет собой •отношение работы цикла к подведенному количеству тепла: площ-abcf Ъ-
' площ-abnmf’ Так как подведенное к циклу количество тепла составляет — i2, где i'2—теплосодержание питательной воды, в данном случае •соответствующее температуре /2 в конденсаторе, то ALо h~h — A(p1—p2)v2 %== ;-7- (2-1) или, если пренебречь работой, затрачиваемой на подачу воды: _ *1 — h t\ — In Фиг. 2-3. Адиабатическое расширение пара в координатах /, s. Повышение давления пара при впуске благоприятно сказывается на термическом к. п. д. Падение теплосодержания при адиабатическом расширении удобнее всего определять лри помощи г^-диаграммы (фиг. 2-3), где оно '    •    w,v/    UHtU. Фиг. 2-4. Зависимость термического к. п. д. от давления при выпуске Oi = 20 ата, 1г ~ 350° С). Как видно из фиг. 2-5, построенной для различных противодавлений при ^=400°С, f\t быстро возрастает при повышении давления свежего пара приблизительно до 20 ата. Далее увеличение ц( идет замедленным темпом, особенно при давлениях свыше 80 -f-100 ата. Максимального значения достигает при давлении около 200 ата. Теоретические выгоды от применения перегретого пара показаны на фиг. 2-6. Здесь построены кривые для f\t в функции начальной температуры для случаев работы на конденсацию (верхняя кривая) и с противодавлением. В обоих случаях р1 = 20 ата. О действительной выгодности применения пара высокого давления, перегретого пара и конденсации будет сказано ниже. Представление о максимальных величинах к. п. д. цикла Ренкина дают следующие цифры. Для л = 200 ата, *1== 500°С, А = 0,1 ата имеем: Фиг. 2-7. Индикаторные диаграммы цикла Ренкина и цикла с неполным расширением пара.
h = 774,7 шал/кг; —*'2 = 310,2 ккал/кг; i2 = 45,4 к к ал 1кг; v2 = 0,001 м*\кг; А(Р\—Ръ)v'2=4,7 ккал!кг; 4Я 4 и,**!». 774,7 — 45,4 Для тех же значений рх и tx при 0,04 ата 11/ = 0,45. Последняя^ цифра является максимальной для идеальной паровой машины, работающей по циклу Ренкина в крайних практически возможных в настоящее время пределах давления и температуры пара. Диаграмму abcf-^в.а фиг. 2-1 можно рас- Фиг. 2-5. Зависимость термического к. п. д. от начального давления пара (^ = 400° С). Фиг. 2-6. Зависимость термического к. п. д. . от начальной температуры пара {р-^=20 ата). сматривать также как идеальную индикаторную диаграмму паровой машины при условии, что по оси абсцисс отложены не удельные объемы пара, а объемы, освобождаемые в цилиндре при движении поршня. Такая диаграмма представлена на фиг. 2-7 (abcf). ab представляет собой в этом случае линию впуска пара и V— объем впущенных в одну полость G кг пара за один ход поршня; Ьс — Цикл с неполным расширением пара 2-21
25
линию адиабатического расширения пара до давления выпуска р2; с/— линию выпуска пара; fa повышение давления в момент начала впуска; Vk — рабочий объем цилиндра. Объемом воды при построении диаграммы пренебрегают, поэтому точки а и / лежат на оси ординат. Предполагается, что машина работает без вредного пространства, без сжатия и без каких-либо потерь на трение теплообмен, утечки и т. п.    ’ В идеальной диаграмме берут или ту же степень расширения , или то же давление ре магний РасшиРения> что и в действительной что Г^ГЦеСС СТР°ИТСЯ в предположении, cpnwnncJ Уют потери, связанные с дрос-ного пппгтпМ’ Утеч^ой пара, влиянием врсд-и теплоипп пНСТВЗ (отсУтствие сжатия пара) ТГ°ГВОДКостью стенок цилиндра. шипениемРДИпяпяХ Г’^цикл с неполным рас- abedf (фиг 2 2') ^обРажаетСя диаграммой uueaj (фиг. 2-2). По сравнению с пиктом Ренкина имеется потеря    чиклом плпптя nvnfi ~ и1еРя тепла, измеряемая рой еТ ’ ОГраНЙЧенной свеР*У изохо-тп Е^ли паР в^жный (со степенью сухости х) той ГГвРГе ПаРа изображается адиабатой Ь2е2. в случае работы перегретым паоом процесс парообразования и перегрева nS ставится кривои аЬЪъ а превращенное в работу 2?ЛГк::Г будет изм^Ряться площадью abb^e^df. Кривые расширения одного и того же количества перегретого и влажного пара изображены на фиг. 2-7 в виде адиабат *1 И и2е2. Первая кривая идет круче, вторая — оложе, чем линия be сухого насыщенного пара ГА иг 9 ТЛЛ°ЩаД,Ь индикат°Рной диаграммы 7 wJ ,ЫТЬ Разбита на площади abek— Lx и kedf~L2, то работу, эквивалентную площади abedf, проще всего вычислить при помощи /5-диаграммы. Положим, что индикаторная диаграмма ДЛЯ KZ Пара‘ Тогда площадь abek тппя nn паденшо теплосодержания 1 кг ле£ияpi ?"СеШИреНЙИ °Т давления Л до дав-=
В термодинамике доказывается, что площадь такой диаграммы, отнесенной к 1 кг рабочего пара, равна площади диаграммы цикла Ренкина в координатах р, v, а работа L измеряемая площадью abcf на фиг. 2-7 равна работе G кг пара в цикле Ренкина, т. е. 1=0\~АГ—(Р1 — ]• Если, однако, в /w-диаграмме цикла Ренкина каждая точка характеризует состояние рабочего тела, количество которого остается в течение цикла неизменным, то на индикаторной диаграмме каждая точка указывает давление пара в цилиндре при том или ином положении поршня, причем количество находящегося в цилиндре пара неодинаково в различных точках процесса. Использование цикла Ренкина в качестве ■ идеального процесса для паровых машин связано с тем неудобством, что длина индикаторной диаграммы, а следовательно, объем парового цилиндра оказывается весьма значительным (за счет асимптотического характера кривой расширения). При окончании расширения в точке е рабочий объем цилиндра значительно сокращается, а связанная с этим потеря от неполного расширения пара выражается лишь небольшой площадкой ecd диаграммы (фиг. 2-7). Если vе удельный объем пара в точке е, L4.~{Pe—p^Ve. Удельный объем пара в конце расширения ve=zxv', где х степень сухости, определяемая для w точки е по «-диаграмме; ve ~ определяемый по таблицам удельный объем сухого насыщенного пара пои давлении ре.    И
то
2-2. ЦИКЛ С НЕПОЛНЫМ РАСШИРЕНИЕМ ПАРА Руководствуясь вышесказанным, считают иногда идеальным процессом для паровой машины цикл с неполным расширением пара. Осуществление полного расширения пара в цилиндре не представляет для конструктора особых затруднений. Однако машины с полным расширением невыгодны, так как с увеличением объема цилиндра увеличивается стоимость машины, а также ряд потерь. Поэтому целесообразно допустить небольшую потерю от неполноты расширения и принять за идеальную диаграмму не abcf, a abedf на фиг. 2-7 'Для сухого насыщенного пара). Если в точке е пар еще перегрет то v определяют по известным эмпирическим Формулам, таблицам или диаграммам.
Фиг. 2-8. Термический к. п. д. циклов Ренкина и с неполным расширением пара при различных давлениях в конце расширения. Вся работа 1 кг пара (кгм) будет равна I = А + А» = 427 (z, — ie) + 10 ООО (ре — рs) ve. Термический к. п. д. цикла с неполным расширением пара _ AL _i\ — ie | 10 ООО (ре Рз) ve (2-3) _ I'l — 4 ~ h — 4    427 (/j — /2') ' V J Пример. Определить к. п. д. цикла с неполным расширением пара для машины, работающей при следующих параметрах: рг—20 ата (пар насыщенный); р2 = = 0,2 ата; ре = 1,2 ата. По /s-диаграмме находим: /j = 668 ккал/кг; ie — = 555 ккал/кг. По таблицам для пара находим: i{ — 60 ккал/кг. Удельный объем сухого насыщенного пара при давлении ре = 1,2 ата (по таблицам) vе = 1,46 м3/кг. Степень сухости пара в конце адиабатического расширения (по гя-диаграмме) л; = 0,84. Удельный объем пара в конце расширения ve = xv'e =0,84• 1,46 = 1,23 м?[хг. Коэффициент полезного действия цикла _ 668 —555 , 10 000(1,2 —0,2)-1,23 ^ 668 — 60 + 427(668 — 60) — = 0,186 + 0,047 = 0,233 (сравнить с коэффициентом %=0,28 цикла Ренкина, вычисленным в предыдущем параграфе при тех же данных). На фиг. 2-8 построены кривые к. п. д. для различных начальных давлений насыщенного пара в двух случаях: работы на атмосферу (рг == 1 ата) и на конденсацию (р2 = 0,1 ата). Для обоих случаев приняты различные перепады давления ре — рг в конце расширения, а именно: 0; 0,5; 1 ата и соответственно давления ре: 0,1; 0,6; 1,1 для работы на конденсацию и 1; 1,5; 2,0 — для работы на атмосферу. Из фиг. 2-8 ясно, что один и тот же перепад давления в конце расширения вызывает при работе на конденсацию в 4—5 раз большую потерю от неполноты расширения, чем при работе на атмосферу. Величину перепада давления ре — следует выбирать на основании экономических соображений; однако для машин с противодавлением этот перепад должен быть больше, чем для конденсационных машин. Хотя цикл с неполным расширением пара, несомненно, является идеальным процессом для паровых машин, однако некоторая произвольность выбора давления ре затрудняет использование цикла в качестве эталона при сравнении различных машин. Поэтому на цикл с неполным расширением пара следует ориентироваться лишь при конструировании индикаторной диаграммы машины в стадии ее проектирования. Идеальным же процессом машины, с которым следует сравнивать реальные процессы различных машин, остается цикл Ренкина. Для сравнения экономичности поршневых машин и паровых турбин удобнее всего пользоваться циклом Ренкина как вполне определенным процессом, характеризуемым лишь начальными параметрами и конечным давлением пара. Поэтому потерю от неполного расширения пара мы в дальнейшем будем рассматривать как потерю, хотя она свойственна разобранному в этом параграфе циклу и конструктор умышленно допускает ее. ГЛАВА ВТОРАЯ РЕАЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС В ПАРОВОЙ МАШИНЕ 2-3. ПОТЕРИ НА УТЕЧКИ ПАРА Не все количество пара, впускаемого в паровую машину, принимает участие в ее работе. Утечка пара может происходить главным образом в органах парораспределения и в паровом цилиндре. В первом случае вследствие неплотности парораспределительного органа свежий пар перетекает или в паровой цилиндр — в моменты, следующие за отсечкой, или (что обычно бывает в золотниковых машинах) непосредственно в паровыпускную трубу. Во втором случае происходит перетекание пара из одной полости цилиндра в другую вследствие неплотного прилегания поршня (вернее, поршневых колец) к стенкам цилиндра. Утечка пара может происходить также через сальники поршневого штока и органов парораспределения. Эту утечку, однако, легко заметить и устранить, так что в нормально эксплоатируемых машинах на утечку через сальники рассчитывать не следует. Наиболее опасна утечка в тех местах, где свежий пар может перетекать в паровыпускную трубу, вовсе не совершая работы, например в золотниковой коробке. чением удельного объема Vi пара с повышением его температуры (утечка обратно пропорциональна y'v1), а, во-вторых, увеличением вязкости пара, что вызывает снижение коэффициента расхода, под которым понимается от-ошение действительного расхода пара к теоретическому, определенному ,по формулам адиабатического истечения. В машинах с переменным числом оборотов относительная величина потери на утечку уменьшается с увеличением числа оборотов, так как абсолютное значение потери почти не зависит от числа оборотов, а общий расход пара (при данной степени наполнения) возрастает с увеличением этого числа. Надежное определение утечки расчетом конечно, невозможно, так как неизвестны размеры щелей, которые стремятся сделать минимальными. Утечка пара через органы парораспределения зависит главным образом от конструкции и степени изношенности последних. Наибольшая утечка имеет место при плоских золотниковых распределениях, наименьшая — при цилиндрических (поршневых) золотниках. Наибольшему износу при этом подвергаются также плоские золотники. Частый осмотр распределительных органов, шабровка или притирка их (клапаны должны притираться в горячем состоянии) значительно уменьшают утечку пара.    J Утечка пара в цилиндре зависит главным образом от диаметра последнего и происходит отчасти через замок поршневых колец, отчасти из-за неплотного прилегания колец к цилиндру на части длины окружности. При движении поршня направление и величина утечки меняются с изменением давлений по обе стороны поршня.    ^ Износ стенок цилиндра, происходящий обычно неравномерно и сопровождающийся овализацией последнего, конечно, значительно повышает утечку пара. Вследствие этого приходится периодически растачивать цилиндр и менять при этом поршень. Толщина стенки цилиндра должна быть рассчитана на возможность нескольких расточек. В машинах многократного расширения потери на утечки, как правило, меньше, чем в одноцилиндровых машинах. Это объясняется меньшей разностью между давлениями в каждом из цилиндров, а также тем, что в цилиндре низкого давления используется пар, поступающий из цилиндра высокого давления. Акад. С. П. Сыромятников [Л. 10] считает возможным довести величину потери на утечку
Если пар просачивается в цилиндр после момента отсечки, что обнаруживается пологим характером кривой расширения на индикаторной диаграмме, то перетекший пар производит все же некоторую работу, хотя и меньше той, которую он мог бы совершить при нормальном впуоке в машину. При неплотности выпускного органа парораспределения кривая расширения идет круче, чем на нормальной диаграмме, и полезная работа впущенного в цилиндр пара снижается. При неплотности поршня наибольшая потеря происходит на той части хода поршня, когда в одной полости совершается впуск, а из другой в это время происходит выпуск пара. Количество протекающего через щель пара зависит: 1) от формы и размеров щели, 2) давлений пара по обе стороны щели, 3) состояния пара.    7 Утечка тем меньше, чем меньше высота щели и чем больше длина ее (в направлении потока пара). Поэтому, например, большие перекрытия каналов золотником благоприятно влияют на утечку. Широкое поршневое кольцо обусловливает меньшую утечку, чем узкое; однако на данной ширине поршня выгоднее разместить большее число узких колец чем несколько широких, так как ряд колец образует лаоиринтовое уплотнение, пропускающее тем меньшее количество пара, чем больше число колец, а следовательно, и лабиринтовых камер между ними. Вообще, большого значения длине щели придавать не следует, так как количественное ее влияние на утечку невелико. Утечка пара возрастает с повышением начального давления и с понижением конечного давления пара; влияние последнего имеет место, однако, лишь до достижения критической скорости, после чего дальнейшее снижение давления не оказывает влияния на утеч{ку Распространенное мнение о большей текучести перегретого пара по сравнению с насыщенным неправильно. При данных размерах Щели и давлениях пара количество протекающего пара уменьшается с повышением его температуры. Объясняется это, во-первых, увели в паровозных машинах однократного расширения до 8—4% от общего расхода пара, хотя в условиях зкоплоатации эти потери достигают 15%, а при малых числах оборотов — еще большей величины. 2-4. ПАДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ПРИ ВПУСКЕ Фиг. 2-10. Дросселирование пара при впуске.
^ Давление пара при впуске (начальная точка индикаторной диаграммы) всегда ниже давления перед машиной. Объясняется это тем что на своем пути пар должен преодолевать ряд сопротивлений, а также тем, что в процессе впуска часть потенциальной энергии преобразуется в кинетическую. При входе в машину происходит падение давления пара в стопорном клапане, дроссельном клапане (если таковой имеется, как на фиг. 1-2) и парораспределительном органе (золотнике, клапане). В любом поперечном сечении впускных каналов скорость пара меняется от нуля в момент начала впуска до некоторого максимума в связи с возрастанием скорости поршня по выходе его из мертвого положения. В момент отсечки скорость пара вновь падает до нуля. Поэтому давление в камере впуска (например в золотниковой коробке 5 на фиг. 1-2) непрерывно меняется: оно постепенно падает за время впуска и достигает максимума в то время, когда цилиндр разобщен от впускной камеры, иднако это максимальное давление все же не- ‘ сколько ниже давления перед машиной р/, так как, несмотря на прерывистое поступление пара в цилиндр, скорость пара в стопорном и дроссельном клапанах практически не спускается до нуля и вызывает даже в начальной точке индикаторной диаграммы перепад давления 0,25 1,00 кг/см2, а иногда и больше. В соответствии со сказанным начальная'1 точка а индикаторной диаграммы (фиг. 2-9) лежит ниже точки аи характеризующей давление пара перед машиной. Линия впуска ab является наклонной, так как перепад давления возрастает с увеличением скорости поршня.
На фиг. 2-10 показаны в функции времени опытные кривые изменения давления во впускной камере и в цилиндре (в период впуска и в начале^ расширения), а также аналитически найденной скорости пара в пароподводящем канале цилиндра. На той же фигуре показана кривая изменения проходного сечения для пара по мере открытия и закрытия клапана. При достижении скорости w = 200 м/сек давление в цилиндре начинает быстро падать, давление-в камере впуска поднимается. Отсечка происходит в точке Ь. адает, в период расширения она понижается J,0JIbK'r’ 4X0 оказывается ниже температуры теппяК- Тогда начинается обратный переход отяяия.рд^Т стенок к паРУ> причем количество получ^ннпг° стенками тепла равно количеству тери на ичл ИМИ ранее тепла за вычетом по- Таким образом, скругленный переход линии впуска в линию расширения объясняется особенно значительным торможением пара в конце впуска, когда для прохода пара остается лишь узкая щель. Обычно для средней скорости пара (как в 'фуоапроеоде, так и в каналах) допускаются цифры, более низкие, чем указанная. В трубопроводах допускается скорость ш не свыше м/сек (чаще всего 30—40 м/сек)', соответственные значения для каналов приведены в третьем разделе. При дросселировании пара теплосодержание его остается без изменения, поэтому пар высушивается или перегревается. Однако ра-ботоспосооность пара при этом, как известно, уменьшается, что и обусловливает снижение мощности машины. Следует отметить, что наполнение машины измеряется отрезком V (фиг. 2-9), и было бы ЬН0 установить распределение на мо-‘    В Т°ЧКе d’ получающейся пере сечением горизонтальной линии впуска с ли-ниеи расширения. Величина V' является теоретическим наполнением машины, из которого иногда исходят при построении диаграммы. если бы не было падения давления при впуске, то отсечка произошла бы в точке с и площадь диаграммы увеличилась бы. Однако собл^^т7п^ВаННаЯ площадка не представляет собой прямого выигрыша, так как она получилась в результате увеличения количества пара (вес пара в точке с больше, чем в точке Ь).
«ессе в процессе его выпуска, г. е. вовсе не совео шает работы, часть — подводится к пару в пе риод сжатия, увеличивая этим работу сжатия Поэтому в результате теплообмена ш, стенками цилиндра возникает потеря тепла особенно наглядная в машинах, работа™ сиру"тсяТГв':»еПаре’ ГДе —‘ -Ра кояХ ируется и в виде водяных капель уносится из машины, не совершив механической работы Эта потеря, исследованная вначале именно для машин, работающих на насыщенном паре пара ИЛа название начальной конденсации Для машин, работающих на перегретом "аре, термин этот неудачен; поэтомуТы Тазы л^йиРаССМаТр"Ваему|° лотеРю "окре» от теплообмена пара со стенками цилиндра гаи рЁ^н"п™р„ей    «шЖм^”: образуя п^УСКе ПЭра На сгенках цилиндра тепла_от Э’ Т° ПРИ кратном переходе полностью    К паРУ-Р°са частично или м^ Гтопич™ РЯеТСЯ' ° ЯВЛеНИе’ называ€-мое вторичным испарением, не может конечно 2-5. ПОТЕРЯ ОТ ТЕПЛООБМЕНА ПАРА ™CJLHKAMH ЦИЛИНДРА (НАЧАЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ ПАРА И ОТДАЧА ТЕПЛА В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Температура внутренней поверхности стенок парового цилиндра зависит в первую очередь от температуры пара, соприкасающегося со стенками. За период выпуска стенки охлаж-' ются, к началу впуска температура стенок ПОВ™ается благодаря сжатию пара, плг° гт обычно ниже температуры свежего р • оэтому пар, вступая в цилиндр и придя стен^РИКОСНОВ'8НИе С относительно холодными ~И^ °ТДаеТ ИМ ЧЗСТЬ своей оплоты; на-щенныи пар при этом частично конденсируется и осаждается на стенках в виде р«ы“. 1аким образом, в период впуска пара стен-нагРеваются, а температура пара несколько Mam!ri??4b ««^конечно, об установившейся работе машины’ваХод.°° ЯВЛениях’ происходящих при пуске
коМпенсироватЬ потерю от’ начальной Хден-’ ации, к тому же, на испарение тратится значительное количество тепла, которое ота- ихиим.Г' нилиндра и обусловливает значительное охлаждение. сущ^веннл?^ тешюобмена представляет собой э?ото    ,потеРю в машине, и к изучению мГ^ьГьГобраСзЛоТТ МНеСТИСЬ СаМЫМ ВНЙ- ™ 117еПЛООбмеНе пРинимают участие: 1) стенки каналов, подводящих и отводящих пар- порZTZ гЦИЛИНДРа^ 3). тордевью стенки линяпя ’ н ГНКИ ра ей поверхности ци- в ка^япя?3    теплообмен происходит скается h r63 кот°Рые попеременно впу- CKOpocThin В™ускается нар, в связи с большой скоростью пара в этих каналах. ГТ1 ^едует °™€тить, что более или менее су- толькоНня°епиЗМеН€Н^е теМ1П'еРатУРы происходит олько на внутренней поверхности стенок Как показано „а фиг. 2-11, на внутренней пове-рх ности стенок температура их колеблется между' точками k и /; по мере углубления в стенку амплитуда колебаний температуры падает; начиная от точки пг, на толщине стенки b температура каждого из слоев стенки не меняется, понижаясь постепенно к наружной стороне стенки (точке п). На фиг. 2-12 показано, как фактически изменялась температура на внутренней поверхности стенки и в самой стенке на расстояниях 1 и 2 мм от внутренней поверхности. При разности температур свежего и отработавшего пара, равной 108° С, на внутренней поверхности стенки наблюдалось колебание температуры до 70° С, а на глубине х — 2 мм — лишь до 32° С. Опыты относятся к машине, работавшей на насыщенном паре при 26,9 об/мин. С повышением числа оборотов амплитуда колебаний температуры снижается. Так, результаты других опытов показали, что при падении температуры пара на 55° С колебания температуры стенки на глубине 1 мм составляли при 46 об/мин 3,3° С, а при 73,4 об/мин— 2,2° С. *
= 2мм ---^7Л Угол поворота кривошипа, градусы Фиг. 2-12. Изменение температуры стенки цилиндра. Таким образом, установлено, что колебание температуры стенки значительно ниже разности температур пара, и поэтому в первом приближении (в особенности в быстроходных машинах) можно считать среднюю температуру стенки постоянной. Следует отметить, что не вся масса пара участвует в теплообмене, а лишь слой, прилегающий к стенке. Опыты показывают, что в период отдачи тепла стенками (после испарения осевшего на них конденсата) этот слой пара перегревается, затрудняя переход тепла (коэффициент теплопередачи от сухих стенок, как известно, значительно ниже, чем от смоченных). Поэтому средняя температура стенок обычно выше средней температуры пара. На фиг. 2-13 показаны изменение температуры насыщенного пара в цилиндре в течение оборота вала, а также средние температуры пара и стенки. Передача тепла от пара к стенкам происходит на пути ab. Заштрихованная площадка называется полем начальной конденсации.    ' Пренебрегая количеством тепла, которое возвращается стенками пару, В. И. Гриневецкий [Л. 11] считает потерю от теплообмена равной количеству тепла, отнятому от пара при впуске и начале расширения. Это количество тепла Q = $ kF(1n — tcm) dr, где k — коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам; F—поверхность стенок, с которыми соприкасается пар; tn—температура пара; tcm — температура стенок; х — время, в течение которого происходит отдача тепла стенкам. Все величины под знаком интеграла являются переменными, но для упрощения можно %БЗ=
Средняя температура стенки Средняя температура / _ 180 Угол поворота кривошипа, градусы ~    -(002сек- Фиг. 2-13. Изменение температуры пара в цилиндре и поле начальной конденсации. принять k постоянным, а под F — понимать среднюю величину поверхности стенок за время отдачи тепла паром. Тогда Q — kF J (tn tcm) di, где J (tn — tcm) dx измеряется заштрихованной площадкой на фиг. 2-13. Математическая теория обмена тепла в цилиндре паровой машины разработана А. А. Рад-цигом. Однако приложение ее к практическим расчетам затрудняется из-за отсутствия надежных данных о коэффициенте теплоотдачи от пара к стенке и обратно. Величина этого коэффициента существенно различна для следующих случаев: 1)    когда температура стенки ниже температуры насыщения пара (независимо от того, является ли пар перегретым или насыщенным), причем конденсат осаждается на стенке в виде сплошной пленки («пленочная» конденсация) ; 2)    когда температура стенки ниже температуры насыщения пара, но конденсат осаждается в виде отдельных капель («капельная» конденсация); 3)    когда пар перегрет, а температура стенки выше температуры насыщения пара, так что конденсации пара вовсе не происходит. В первом случае величина коэффициента теплоотдачи зависит от физических констант пара и от разности &t температуры насыщения пара и температуры стенки. С увеличением этой разности коэффициент теплоотдачи уменьшается. Обычно величина его составляет несколько тысяч ккал/м2 час град. Коэффициент теплоотдачи от перегретого пара к стенке почти такой же, как от насыщенного пара, если температура стенки ниже температуры насыщения, и разность в обоих случаях одинакова. При капельной конденсации коэффициент теплоотдачи' от пара к стенке в 10—20 раз больше, чем при пленочной конденсации. При наличии масла в паре возникновение капельной конденсации на обработанных поверхностях цилиндра более чем вероятно. Однако установить, какая форма конденсации превалирует в цилиндре паровой машины, пока не удалось. Для перегретого неконденсирующегося пара коэффициент теплоотдачи, определяемый по формулам теплообмена газа со стенками, составляет обычно несколько десятков ккал/м2 час град, т. е. он во много раз меньше, чем при насыщенном паре.    ■ Аналитически определить количество тепла, передаваемого стенкам, едва ли возможно, гак как трудно установить точную картину теплоотдачи на различных поверхностях цилиндра и поршня. Величина потери от теплообмена более всего зависит: 1)    от состояния пара в цилиндре, влияющего на коэффициент теплоотдачи; 2)    от разности температур пара и' стенок (последняя сравнительно в небольшой степени зависит от давления выпуска: чем выше средняя температура стенок по сравнению со средней температурой пара, тем меньше потеря от теплообмена); 3)    от времени, в течение которого происходит отдача тепла стенкам, т. е. от величины средней скорости поршня (в быстроходных машинах потеря меньше, чем в тихоходных); 4)    от величины «вредных поверхностей»^ т. е. поверхностей, ограничивающих вредное пространство цилиндра; следует сокращать до минимума размеры пароподводящих и выпускных каналов (например, применять расположение клапанов в крышках), избегать фигурного очертания внутренней поверхности крышек, уменьшать расстояние между кромкой поршня и первым поршневым кольцом и т. п.; 5)    от степени наполнения, с увеличением которого возрастает средняя температура стенок. Что касается отдачи тепла стенками цилиндра излучением в окружающую среду, то с этой потерей успешно борются тем, что обшивают цилиндр материалами с малым коэффициентом теплопроводности. К таким материалам, например, относятся асбест, войлок, инфузорная земля (кизельгур) и др. Плохо’проводят тепло также воздушные прослойки. Обычно цилиндр обмазывают асбестовой массой, обертывают войлоком и на некотором расстоянии от последнего обшивают глянцевой оксидированной сталью. При высоких температурах в качестве изоляционного материала применяют иногда ньювел (85% магнезии и 15% асбеста). 2-6. МЕРЫ БОРЬБЫ С ПОТЕРЕЙ ОТ ТЕПЛООБМЕНА Для борьбы с потерей от теплообмена существует ряд мероприятий. Рассмотрим основные из них. Паровая рубашка. Для поддержания постоянно высокой температуры стенок цилиндра последний окружают паровой рубашкой, 200
С паровой рибашной ^\без рубашки ***» _ X*.    -Л# Ход поршня Фиг. 2-15. Изменение температуры пара и стенки по длине цилиндра.
ЮОЪ
-э»-
о обстоятельство, что потеря тепла обогревающего пара в рубашке меньше выигрыша от понижения начальной конденсации, объясняется низким коэффициентом теплоотдачи от стенок к пару в период выпуска, когда, отдаваемое рубашкой рабочему пару тепло теряется бесполезно. Низкий коэффициент теплоотдачи обусловливается наличием в рассматриваемый период слоя перегретого пара у стенок. еНН° ВЬГГОДен обогРев рубашки не па ром, а отработавшими газами (например В локомобилях). Здесь ори значительном уменьшении, начальной конденсации нет никакой затраты тепла на обогрев стенок. К сожалению, обогрев рубашки горячими газами даже в локомобильных машинах встречает серьезные конструктивные и эксплоатационные затрда ния и в настоящее время почти не приме-нястся.    • в современных быстроходных машинах и машинах многократного расширения, в которых начальная конденсация уменьшается по причинам, указываемым ниже, выигрыш от применения паровой рубашки незначителен, ь машинах, работающих перегретым паром в которых потеря от теплообмена сведена до минимума, применение паровой рубашки совершенно нецелесообразно. „Поэтому современные паровые машины выполняются обычно без рубашек. Увеличение числа оборотов. Чем nrnzuf ВреМЯ’ В течение которого происходит тепла от пара к стенкам, тем больше ремя, предоставляемое для обратного теплового потока, и тем на большую толщину стенки распространяется изменение температуры Опытами установлено, что толщина эта обратно пропорциональна корню квадратному из
т. е. кольцевой полостью, в которую впускают свежий пар. Для этого к рубашке проводят специальное ответвление от главного паропровода или пропускают через нее весь пар до поступления его в машину. При интенсивном обогреве можно добиться того, что поле начальной конденсации сводится к минимуму или даже к нулю. Наглядно это иллюстрирует фиг. 2-14, где показаны кривые температур на внутренней поверхности стенок при работе без паровой рубашки, с рубашкой о ычного типа и с обогревом паром повышенного давления. Еще более наглядна фиг. 2-15 где кривые изменения температур стенок сов- «НЫ С КРИВ?Й температур насыщенного р , построенной в форме индикаторной диаграммы. При работе без рубашки вторичное испарение начинается лишь в конце расширения, при наличии же обогрева—еще в период ■ впуска.    г При надлежащем прогреве стенок кривая расширения приближается к адиабате; начальная конденсация пара почти исчезает. Так как во время расширения пара температура обо-греваемьк стенок всегда выше температуры пара, слои последнего, прилегающий к стенкам, перегревается. Это обстоятельство еще оолее ухудшает теплообмен между паром и ^™пми’ способствуя сохранению высокой температуры стенок. Хотя на обогрев стенок цилиндра расходуется в паровой рубашке известное количе-во тепла, однако в большинстве случаев оно Г™ТОГО ВЬШгрыша’ который получается и понижения начальной конденсата !LCTapbIX ТИХОХОДНЬГХ машинах, работающих насыщенным паром, сбережение тепла от применения паровой рубашки составляло 4— п’отдельных случаях доходило до 20%. ЛПЙ°^бе-° выг°ден обогрев крышек цилии-кото,рых начальная конденсация чрезвычайно интенсивна.
Обогрев паром повышенного давления \Спа£овой рубашкой обычного типа 0    so    JS0 Угол поворота кривошипа . градусы Фиг. 2-14. Изменение температуры пара и стенок.
числа оборотов. Если при п оборотах в минуту изменение температуры распространяется на глубину х, то при П{ оборотах соответствующая глубина Хг = х */”. Так как этой глубиной измеряется масса металла, принимающая участие в теплообмене, то увеличение х означает увеличение количества тепла, получаемого стенками от пара. Следовательно, с .повышением числа оборотов потеря от теплообмена уменьшается. Однако следует иметь в виду, что с повышением скорости движения поршня увеличивается потеря на торможение пара или при достаточных размерах каналов для прохода пара возрастает величина вредного пространства и связанные с ним потери. Четыре пути для пара. В машинах с золотниковым распределением пар входит в цилиндр и выходит из него по одному и тому же каналу, обычно довольно длинному. В этом канале, к тому же необработанном, происходит особенно значительная отдача тепла. Несколько более удовлетворительные результаты дает конструкция с двумя путями для пара в каждой полости (четыре пути в цилиндре), применяемая в клапанных и крановых распределениях. В этом случае для впуска и выпуска пара имеются отдельные каналы, причем канал для впуска меньше охлаждается за период выпуска, чем в золотниковых машинах. Потеря от теплообмена, однако, здесь меньше в том лишь случае, когда вредные поверхности не больше, чем в золотниковой машине, а этим обстоятельством конструкторы часто пренебрегают. Значительная степень наполнения. С увеличением степени наполнения возрастает средняя температура стенок, так как при этом, во-первых, увеличивается время их соприкосновения со свежим паром, а, во-вторых, уменьшается влажность пара в конце расширения (с уменьшением степени расширения снижается влажность отработавшего пара, что ухудшает отдачу тепла от стенок пару, и таким образом, способствует повышению температуры стенок). С другой стороны, с увеличением степени наполнения уменьшается необходимый объем цилиндра, а следовательно, и его вредные поверхности, что, как известно, снижает потери от теплообмена. Выбор соответствующей степени наполнения диктуется и другими соображениями, о ко- 3 г. С. Жирццкий. торых будет сказано ниже. Во всяком случае, можно утверждать, что слишком малые степени наполнения, в особенности для машин, работающих на насыщенном паре, нецелесообразны. Многократное расширение пар а. Машины с многократным расширением пара имеют меньшие потери' от теплообмена по сравнению с машинами одноцилиндровыми. Объясняется это следующим: а)    вредные поверхности ц. в. д. меньше, чем в одноцилиндровой машине равной мощности, примерно в таком же отношении, как объемы цилиндров; б)    степень наполнения ц. в. д. больше степени наполнения одноцилиндровой машины в таком же отношении; значительную степень наполнения имеет ц. н. д.; в)    средние температуры стенок в обоих цилиндрах достаточно высоки и приближаются к температурам впускаемого пара; г)    в ц. в. д. тепло, отданное пару стенками, может быть частично использовано для совершения работы в следующих цилиндрах. " Перегрев пара. Применение перегретого пара — наиболее действительное средство борьбы с потерей от теплообмена. Теоретические выгоды перегретого пара были освещены в §2-1. Для употребительных давлений пара и для высокого перегрева (350° С) теоретический выигрыш в расходе пара составляет 6—10%. При работе на атмосферу выигрыш получается более значительным. В действительности, выгоды от перегрева пара получаются большими, так как не только увеличивается к. п. д. идеального процесса, но уменьшаются потери, связанные с осуществлением этого процесса. ■ В предыдущем параграфе было указано, что коэффициент теплоотдачи от пара1 к стенкам, температура которых выше температуры насыщения пара, весьма низок (он во много раз меньше, чем в том случае, когда на стенках пар конденсируется). Поэтому, если пар (даже у стенок) остается перегретым в течение всего периода расширения, то потеря от теплообмена сводится к минимуму. Для этого пар приходится перегревать до температуры 300—350° С (и выше), и в результате получается весьма значительная экономйя в расходе тепла машиной. Могут быть также рекомендованы незначительные степени перегрева пара (если по каким-либо причинам высокий перегрев нежелателен). При этом повышается средняя темпе- ратура стенок, и поле начальной конденсации всегда получается меньшим, чем при насыщенном паре. Обычно принято считать, что при перегреве на каждые 50° С получается сбережение тепла:
В одноцилиндровых машинах, работающих на атмосферу •........ g->/u в одноцилиндровых машинах, работающих на конденсацию.......... 7о/0 в машинах двойного расширения, работающих на конденсацию...... 6,5% в машинах тройного расширения, рабо- ’ тающих на конденсацию...... 6% Считается также, что в хороших машинах двойного и тройного расширения при температуре пара 300—360° С расход пара на 1 л. с. ч. уменьшается на 10—11 г с каждым градусом температуры перегрева. В одноцилиндровых машинах и машинах компаунд, работающих на атмосферу, расход пара на 1 л. с. ч. соответственно уменьшается с каждым градусом температуры перегрева на 20 г. хода поршня. В правом мертвом положения левая кромка поршня соприкасается .с правой кромкой окон. При обратном движении поршня открытие окон уменьшается; при том же самом положении поршня, при котором начался выпуск, начинается сжатие пара. Выпуск пара длится, таким образом, на протяжении 20 — % х°Да поршня, из которых 10-- 12% относятся к опережению выпуска. На индикаторных диаграммах обеих полостей цилиндра приведенных на той же фиг. 2-16, точки опережения выпуска и начала сжатия лежат на одних вертикалях с кромками окон. Сжатие пара продолжается в течение 88 — 90% хода поршня, и конечное давление сжатия достигает значительной величины. Длина поршня должна равняться ходу поршня минус длина окон, т. е. должна составлять 0,88 0,90 хода поршня. В связи со значительной длиной поршня получается длинным и паровой цилиндр: он почти вдвое длиннее цилиндра обычной машины той же мощности и того же диаметра. Благодаря отсутствию выпускного клапана и удачному расположению впускного клапана в крышке цилиндра удается достигнуть весьма малых величин вредного пространства (до 1,5% рабочего объема).    v . Расход пара в прямоточных машинах меньше, чем в одноцилиндровых машинах обычной конструкции; он почти равен расходу в хороших машинах-компаунд. По мнен«ю( некоторых авторов, слой пара, находящийся во время расширения у крышки и подвергающийся со стороны ее энергичному обогреву, во время выпуска остается в цилиндре /подвергается затем сжатию. В конце сжатия этот пар оказывается перегретым, а температура крышки и стенок цилиндра — столь
В машинах многократного расширения применение перегретого пара не дает, конечно, того же эффекта, что в одноцилиндровых машинах, вследствие того что потеря от теплообмена в первых машинах понижена самим принципом многократного расширения. Тем не менее раоота перегретым паром в этих машинах представляется вполне целесообразной, и правильно сконструированная машина компаунд, работающая перегретым паром, является наиболее совершенным типом современных машин большой мощности. Принцип прямоточности. В §1-2 ыло уже дано краткое определение прямоточной машины. Остановимся на ней несколько подробнее. Это необходимо еще потому, что некоторые иностранные фирмы и авторы, находящиеся от них в зависимости, указывают в целях рекламы, что главным преимуществом прямоточной машины является отсутствие в ней потери от теплообмена даже пои работе «асыщенным паром.    1 Схема прямоточной машины приведена на фиг. 2-16. Пар поступает в машину снизу, обогревая по пути к впускному клапану внутреннюю поверхность крышки цилиндра. Степень наполнения в прямоточных машинах обычно невелика: 8 -н10%. Расширение пара продол -ается до прихода поршня в положение, когда его левая кромка соприкасается с левой кромкой окон, расположенных по середине цилиндР • ipn дальнейшем движении поршня начинается выпуск пара через эти окна. Длина окон по оси цилиндра составляет обычно Ю-ь 12% высокой, что отдача тепла от пара соврешенно не может иметь места. Температура стенок, таким образом, падает постепенно от крышки к середине цилиндра, возле которой стенки имеют постоянно температуру” близкую к температуре отработавшего пара. Измерения температуры пара и стенок в крышке и цилиндре прямоточной машины отчасти подтверждают эти предположения. При работе насыщенным паром давлением 10 ата температура пара возле крышки в конце сжатия достигала 500° С. Однако те же опыты установили, что во время выпуска температура пара возле крышки снижалась до 100° С, что опровергает теорию постоянного (слоями) выпуска пара. Очевидно, высокая температура конца сжатия обусловливается обогревом крышки и значительной степенью сжатия, а не принципом прямоточности как таковым. Применение обогрева крышки в прямоточных машинах особенно целесообразно ввиду того, что выпуск производится не возле крышки, а посередине цилиндра и, следовательно, с минимальным уносом тепла обогрева наружу. Однако вследствие большого сечения окон выпуск совершается весьма энергично *, что вызывает понижение температуры пара во всем цилиндре, вплоть до крышки. Вследствие интенсивного обогрева’ последней, малого вредного пространства, высокого сжатия температура пара в конце сжатия достигает значительной высоты. Можно предполагать, однако, что поршень благодаря его значительному объему и энергичному охлаждению за- время выпуска к началу впуска прогревается недостаточно, и передача тепла на его поверхности происходит. То обстоятельство, что стенки цилиндра нагреваются во время сжатия и не отнимают в дальнейшем тепла от пара, все же должно рассматриваться как потеря: с точки зрения полного расхода пара безразлично, откуда заимствуется тепло для нагрева стенок — от свежего или от сжатого пара, на повышение температуры которого затрачивается механическая работа. Принцип прямоточности поэтому является средством борьбы с потерей от теплообмена лишь в такой же мере, как четыре пути для пара. Если же в прямоточной машине эта потеря действительно незначительна, то этим она4 обязана, главным образом, обогреву крышки и малым вредным поверхностям. Высказанные положения подтверждаются еще следующими обстоятельствами: 1.    Для прямоточной машины вполне благоприятно применение перегретого пара, и притом в большей степени, чем это следовало бы по теоретическому процессу. • 2.    При работе насыщенным и слабо перегретым паром приносит пользу паровая рубашка, длина которой (по оси цилиндра) должна быть тем большей, чем меньше перегрев пара. При высоко перегретом паре потеря от теплообмена сводится к минимуму, и паровая рубашка оказывается бесполезной. 2-7. ВРЕДНОЕ ПРОСТРАНСТВО И СЖАТИЕ ПАРА Если машина работает с полным расширением и полным (до начального давления) сжатием пара, то величина вредного пространства не влияет на экономичность машины (если Фиг. 2-17. Диаграмма машины с полным сжатием и полным расширением пара. пренебречь влиянием вредных поверхностей). Это ясно из фиг. 2-17, на которой abdf представляет диаграмму такой машины с произвольным объемом V0 вредного пространства. Площадь этой диаграммы, независимо от величины вредного пространства, равна площади abd-Ji диаграммы цикла Ренкина, так как площади affx и bddx равны друг другу. Равенство этих площадей вытекает из следующего. Если в цикле Ренкина работает G кг пара] объем которого при давлении рх измеряется отрезком V, то в цикле с полным сжатием в цилиндре остается в конце выпуска (точка f) G0 кг пара, занимающего объем ^о-!- ® сжимаемого по линии fa. В расширении участвуют, поэтому, G-\-Gq кг пара, вследствие чего’ кривая bd лежит правее кривой bdx (первая относится к началу координат в точке О вторая — в точке Ох). Любые горизонтальные отрезки х и хх площадей а//х и bddx при одном и том же давлении рх равны друг другу, так как каждый из них, сложенный с отрезком ООъ представляет собой объем G0 кг пара. Отсюда следует, что площади affx и bddx равны друг другу. В реальных машинах, независимо от неа-диабатичности процессов, применяются неполное сжатие и неполное расширение. В этих условиях, как мы сейчас покажем, вредное пространство обусловливает потерю, возрастающую с увеличением его объема. Рассмотрим сначала процесс в машине с полным расширением пара. Диаграмма abefc (фиг. 2-18) относится к машине с полным сжатием пара и произвольным вредным пространством VQ, не влияющим на величину площади диаграммы. ным пространством VQ, но • без сжатия пара. При полном сжатии оставшегося в точке /0 пара можно было бы (при уменьшении вредного пространства до V'Q) увеличить площадь диаграммы до величины a:bedf0; таким образом, в машине с диаграммой abedf'0 площадь <z}a/0 представляет собой потерю от вредного пространства (или от неполного сжатия). Отметим, что потеря от неполноты расширения измеряется при этом площадью dek. Положим теперь, что при вредном пространстве V0 машина работает с полным сжатием; она может развивать ту же работу, что и в исходном случае, если ее диаграмма изображается фигурой abxexdfx, равновеликой abedf0. В этой машине нет потери от вредного пространства, но зато потеря от неполноты расширения существенно возросла (площадь de^g). Допустим, что вредное пространство увеличено до V0', причем V0'-f V'h=VQ-\-Vh. Тогда начальная точка диаграммы переходит в аг, а сжатие заканчивается в точке с. Так как оставшийся в конце сжатия во воедном пространстве пар занимает при давлении рх объем V^.to количество впущенного в цилиндр пара попрежне-му измеряется отрезком ab, а площадь диаграммы уменьшается на величину аагс, которую можно назвать или потерей от непол-
р А
aat b
iH Фиг. 2-18. Потеря от неполного сжатия в машине с полным расширением пара.
Наконец, в случае неполного сжатия (диаграмма ab2e2dfc, площадь которой также равна площади abedfо) кризая расширения Ь2е2 располагается между линиями be и Ьхел. По сравнению с предыдущим случаем работа машины характеризуется большей потерей от вредного пространства sac, но меньшей потерей от неполноты расширения de2k. ного сжатия, или потерей от странства.
Из сказанного ясно, что в машине с полным расширением пара неполное сжатие обусловливает потерю тем большую, чем больше вредное пространство. С чисто термодинамической точки зрения в машине с вредным пространством и полным расширением следует применять и полное сжатие.
В машинах с неполным расширением пара высокую степень сжатия применять нецелесообразно, так как с увеличением степени сжатия и уменьшением потери от вредного пространства возрастает потеря от неполноты расширения. В этом можно убедиться из рассмотрения фиг. 2-19. abedfq представляет собой диаграмму машины с вред
В табл. 2-1 приведены значения потерь от вредного пространства и от неполного расширения при различных давлениях сжатия в машине, работающей на атмосферу насыщенным паром 10 ата при вредном пространстве Va= =0,08 Kft.,    V F вредного про
Таблица 2-1 Потери от вредного пространства и от неполного Фиг. 2-19. Потеря от неполного сжатия (вредного пространства) в машине с неполным расширением пара.
Давление сжатия, ата Потеря от вредного пространства, % Потеря от неполного расширения, % Полезная работа, % Без сжатия..... До 6......... До 10 (полное сжатие) Данные табл. 2-1 и кривые фиг. 2-20 показывают, что полное сжатие пара, равно как и его отсутствие, невыгодны. Для уменьшения потери от вредного пространства следует применять сжатие, конечное давление которого для машин, работающих на атмосферу или с противодавлением, следует выбирать (как и в разобранном примере) таким, чтобы оно составляло приблизительно среднеарифметическое между давлениями впуска и выпуска. В конденсационных машинах потеря от не- полного расширения, естественно, играет значительно большую роль, чем в машинах с противодавлением.    . <? — ■|Hj _    4    6    8    10 Давление сжатия, ата иг. 2-20. Выбор наивыгоднейшего давления сжатия (/7j=10 ата\ Pz—\ ата). В табл. 2-2 приведены значения потерь от вредного пространства и от неполного расширения в машине с начальным давлением 2 ата (д. н. д. машины компаунд) и конечным давлением 0,1 ата при вредном пространстве, равном 8%. Таблица 2-2 Потери от вредного пространства и от неполного расширения в машине при рг—2 ата и »а—0,1 ата Давление сжатия, ата Потеря от вредного пространства, % Потеря от неполного расширения, % Полезная работа, % Без сжатия ...... До 1......... До 2 (полное сжатие) Данные табл. 2-2 и кривые фиг. 2-21 показывают, что для конденсационных машин следует выбирать незначительные давления сжатия в связи с большими значениями в этих машинах потери от неполного расширения. Ввиду важности вопроса о влиянии степени сжатия пара на экономичность машины были произведены специальные теоретические и опытные исследования. Исследование аналитическим путем процесса с адиабатическим расширением и сжатием пара показало, что для известной степени наполнения наименьшему расходу пара соответствует определенная степень сжатия. При малых степенях наполнения необходима большая степень сжатия; при больших степенях наполнения — наоборот (как и в разобранных нами примерах, с изменением степени наполнения меняется относительная величина потери от неполного расширения). о
Величины степени сжатия и вредного пространства влияют также на потерю от теплообмена, в значительной степени происходящей на вредных поверхностях цилиндра. Опыты показали, что при возрастающем сжатии пара потеря от теплообмена уменьшается, но расход пара машиной (при больших степенях сжатия) возрастает. Другими опытами установлено, что сжатие пара выгодно только до тех пор, пока температура пара в конце сжатия не сравняется с температурой стенок. При более высоком сжатии теплота сжимаемого пара будет отдаваться для обогрева стенок, что соответствует весьма невыгодному процессу превращения механической работы сжатия в тепло. При испытании одноцилиндровой машины, работающей на конденсацию, при давлении свежего пара 8,2 ата, наполнении 18% и вредном пространстве 8,7% наивыгоднейшая степень сжатия оказалась в пределах 10—25% при конечном давлении сжатия 1—1,5 ата. Как при очень малых, так и при высоких степенях сжатия расход пара получился довольно большим. Следует отметить, что решающей величиной для расхода пара является собственно не степень сжатия, а конечное давление сжатия, а оно может получаться одинаковым при большей степени сжатия и большом вредном пространстве и при малой степени сжатия, но с малым вредным пространством. Из всего изложенного может быть сделан следующий вывод. Сжатие в машинах необходимо для уменьшения потери от вредного пространства. Однако давление сжатия не должно быть слишком высоким. Оно должно быть таким, чтобы при данной площади диаграммы не увеличивалась потеря от неполного расширения и чтобы температура пара в конце сжатия не превышала температуры стенок. Практические указания относительно выбора давления сжатия будут даны ниже. Сумма потеуь —^ ШГГШтггт 'жатие ТПХЗЩддд» Фиг. 2-21. Выбор наивыгоднейшего давления сжатия (р! — 2 ата-, р2 — 0,1 ата). Давление сжатия, ста 2-8. СРАВНЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММ КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МАШИНЫ Работа пара в паровой машине
Ввиду наличия в паровой машине рассмотренных потерь индикаторная диаграмма, сня-ая с машины, показывает значительные отступления от теоретического процесса как по очертанию отдельных кривых диаграммы, так стрп-рнт^НН0СТИ П° РасходУ ‘пара, измеряемому степенью наполнения на диаграмме. ттиягг.3* ^ИГ‘ 2изображена действительная диаграмма машины, вписанная в теоретическую диаграмму. Идеальный процесс по практической диа-рамме может быть вычерчен при условии, что известен действительный расход пара. Обозначим полный расход пара через DH кг/час. Если машина делает п об/мин, то в течение часа совершается 2 п • 60 ходов и столько же раз в час впускается в машину свежий пар. Расход пара за один ход машины разен Объем этого количества пара равен V=Gv=^l, где v удельный объем пара. CTeJa?oKoLpf °ЧИЙ °бъем цилиндРа К изве-noZ’r, объем паРа как степень наполнения х лг « хм— где D диаметр цилиндра; ^ ход поршня. Зная масштаб, в котором отложен объем Vh
*    на диаграмме, нетрудно определить и длину отрезка, который на диаграмме должен изображать V. 4.г. 2-22. Сравнение действительной и теоретической диагра™. С^Г^С^цГаГГне "рТсмТр^
Отрезок V— ab откладывается от точки а тияТ/ч^праХ0ДЯТ пРоведением адиабаты сжа-огоанСчивяРтТг°яЧКУ ДиагРамма Цикла Ренкина через    S °г °ДН0И .СТ0Р°НЫ вертикалью ния чрпргз ’ и ДРУГ0И кривой расшире- бытг, ппг Т0ЧКу ’ пРичем эта кривая должна оыть построена по отношению к началу кооо-динат в точке О Тяипй «^лу коор не лярт ппГ!    метод построения СТИ выявить величины от- Ренкиня пГРЬ; П°ЭТ0МУМЫ вменим диаграмму спГш?, ВеЛИШ ей диаграммой abn/c поостпянгт^аТ>еМ И ТЗКОЙ величиной вредного ространства, какая у рассматриваемой маши- (отрезок ,a“ незм<и1гев"0* ™м паром °^Разом. началом координат для теоретической диаграммы служит та же точ- AnllfiJ1 ДТ действительной диаграммы, диабаты Ьп и af строят по уравнению pvkz= const. также алиайятя (мо”ент отсечки) построена Действителцняа ДЛЯ рабочего количества пара, идет вышр япыя^ИВаЯ Расширения, как видно, от стенок- д баТы вследствие отдачи тепла относится 1В1°РЯЧН0Г0 испаРения (диаграмма Ряо^ К машине насыщенного пара). ной лиягпя ПЛОш.аДей abnfca и действитель-всех    пРедставляет собой сумму являются пптрИХ П0ТерЬ' Наибольшими из ниI KoiooJe “ РИ °Т теплообмена и от утечки, и котопмрРУДН° отделить ДРУГ о/друга площадью мр измеРЯЮТСя незаштрихованной —Г между двумя диаграммами. Площадка atbx изображает потеою от «ЛГ!!"ИЯ ПРВ ВП^ ^ощадка „ад реход линии П?И выпУске- Закругленный пс- няется сильна ШуСКа В ЛИНИЮ сжатия объя<> вьшуска    лросселированием пара в конце ляе/потеп^ ЩЙДКа В°ЗЛ6 ЛИНИИ представ-простпанствя'>°Т неполного сжатия (вредного Dасшипениа площадка end— от неполного ской лиягп ’ ПрИ ЭТ2Ш точка е на теоретиче-с точкой ? выбРанана одной высоте ре Плотя деиствительн°й кривой расширения. ная впепТп П°Д ЛИНИ6Й М. заштрихован-рекрестку, изображает количество работы, выигранное в результате вторичного испарения. По сравнению с количеством работы, потерянной в п связи ,с начальной конденсацией, эта площадка совершенно ничтожна. Потери от неполноты расширения и от дросселирования пара при выпуске МЫ ГТТРТТЫО TT1.U/-V гтл ___________ . J так как сущность этих потерь совершенно ясна, а величины их легко могут быть определены сопоставлением действительной индикаторной диаграммы с диаграммой цикла Ренкина. Еще более наглядно изображаются отдельные тепловые потери на 7'5-диаграмме. Этому вопросу посвящены § 2-19 и 2-20. Обозначая работу 1 кг пара в действительном процессе через Lh а в идеальном процессе— L0 назовем отношение этих величин относительным индикаторным к. п. д.: Так как величины Lt и L0 измеряются площадями соответственных индикаторных диаграмм, то тде —площадь действительной, a Q0 — теоретической диаграммы. Величину коэффициента можно исчислять как по отношению к циклу с неполным расширением пара, так и по отношению к циклу Ренкина. Последнее является более целесообразным и позволяет, в частности, определить -Г1ш при помощи /s-диаграммы (фиг. 2-23). Адиабатический процесс расширения изображается линией АВ, и работа L0 1 кг пара по циклу Ренкина измеряется величиной адиабатического теплоперепада (работой, затрачиваемой на подачу воды в котел, пренебрегаем): Hq = ALq = i2. -Л/
Если известно состояние пара при выпуске из машины (p2f t2 или х2), то на is-диаграмме можно найти точку С, соответствующую этому состоянию. Пренебрегая отдачей тепла от машины в окружающую среду и утечками пара наружу, можно считать теплоперепад А; эквивалентным индикаторной работе машины Lf. h-. — ALt. В таком случае т<ог ■ Отношение работы идеального процесса Z0 к работе L, эквивалентной полной теплоте Фиг. 2-23. Схема теплового процесса паровой машины на гз-диаграмме. пара, приобретенной в котле, (см. § 2-1) термическим к. п. д.: _А)_ АЦ мы назвали Формулы для определения циклов с полным и с неполным расширением пара приведены в § 2-1 и 2-2. Отношение действительной (индикаторной) работы Lt к работе L назовем индикаторным к. п. д.: В то время как относительный к. п. д. показывает степень совершенства действительного процесса в машине, индикаторный к. п. д. указывает, какая часть полной теплоты пара, приобретенной в котле, преобразуется в индикаторную работу поршня (не учитывая потерь на трение в машине). Мощности машины, соответствующие теоретическому и действительному процессам, мы будем обозначать через N0 и Nt, причем 4 = 4*-Но называется индикаторной мощностью машины. Эта мощность может быть вычислена по индикаторной диаграмме. Расход пара машиной на 1 и. л. с. я. обозначим через d.. Так как 1 л. с. ч. эквивалентна 632 ккал, то \ (*! — *'*)<*, =632; 1 Щ (h — I'з)' 1 di (h - i'i) *
(2-5) (2-6) Если через d0 обозначить расход пара на 1 л. с. ч. в теоретическом процессе, то Тогда ALe=\ ih—i't)- Коэффициентом т)е учитываются все потери в машине; он показывает, какая часть полной теплоты пара, приобретенной в котле преобразована в полезную механическую оа-ооту на валу машины. на 1*эфф*Тс. f°PMyJ]e (2_8) РЗСХ0Д “Р* (2-7)
й,
Если считать идеальным циклом процесс Ренкина, то (2-8)
(h — h) ’ где i2 теплосодержание пара в конце адиабатического расширения до давления выпуска. Так как, помимо перечисленных потерь, в машине имеются еще механические потери (трение поршня о стенки цилиндра, штока в сальниках, ползуна в параллелях, вала в подшипниках и т. д.) и часть мощности расходуется, кроме того, на обслуживание конденсационного устройства при машине, то действительная мощность двигателя, которая может быть передана машинам-орудиям, будет: (2-11)
Ne=Nt -NM, где Ne—эффективная мощность; NM мощность, затрачиваемая на прео-_    Д°ление механических сопротивле ний и на обслуживание конденсационного устройства (насосы). % i
Отношение эффективной мощности машины к индикаторной назовем механическим 0,25 (для цикла с неполным расширением пара, с перегревом и конденсацией); (2-9) \* = 0,80-0,90 • 0,80 • 0,25 = 0,144. При очень хорошем выполнении машины и несколько повышенном тепловом перепаде в ней можно положить: %.у = 0,85; ^ог= 0,85; = 0,85 • 0,95 • 0,85.0,30 = 0,206.
к- п. д.: %
откуда Эффективная работа 1 кг пара L“= % Li — Ч» \i Lo = *lM \ L. Назовем эффективным к. п. д. Если производится испытание всей паросиловой установки, включая и котельную, то-необходимо знать экономический к. п. д. установки, т. е. отношение теплового эквивалента полезной работы на валу машины к теплоте затраченного топлива. „Если обозначим через х. у к. п. д. котель- будет^СТаН°ВКИ’ Т° 66 экономический к. п. д. "^эк ^к.у^е "Чк.у 'Чм "*Эог "Ч/ * Экономический к. п. д. котельной установки может быть выражен следующим образом: где Ье расход топлива на 1 эфф. л. с. ч.; Qp теплотворная способность топлива. Средними хорошими величинами (при ~~ 20 ama, tj ^ 350°С, р2 =ь 0,2 ата) следует считать:    J 'Чм ~ 0,90; § 2-8] Коэффициенты полезного действия машины
Система машины
Горизонтальная Горизонтальная Горизонтальная Горизонтальная Горизонтальная
о о. et 93 § в> es 3 cf « с а О
Вертикальная компаунд Горизонтальная компаунд Горизонтальная тандем Горизонтальная компаунд Вертикальная компаунд Горизонтальная ..... Горизонтальная ..... Четырехцилиндровая горизонтальная ..... Одноцилиндровая . . . . Одноцилиндровая . . . .
« 2 и § о. « 5 о Э О* (J Е-И (Я О    I ЙЧ id    сз а О    Ч д Й    л s s    g *ч fQ    ®
Результаты испытаний лучших паровых машин различных типов Таблица 2-3 Горизонтальная четырехкратного расширения Горизонтальная тандем Диаметр цилиндров, мм Состояние пара Относительный индикаторный к. п. д. Род парораспределения Число оборото Индикаторная мощность л. с, : Давление при впуске, ата ; : Температура , при впуске, «С Давление при выпуске, ата Степень напо.ш ния, % к объе; и. н. д. по отношению к циклу Ренкина по отношению к циклу с неполным расширением пара Индикаторный к. п. д. при те! пературе питательной воды, Двойное золотниковое Насыщен Клапанное Насыщен 5 580 5 740 Золотниковое 325 500 : 550 850 Насыщен Клапанное 550 '850 1 300 Насыщен Золотниковое
. г.5 з,о Давление (ре) в конце расширения, ата ■Фиг. 2-24. Относительный индикаторный к. п. д. паровых машин (по отношению к циклу с неполным расширением пара). “ 1 одноцилиндровые машины, работающие на атмосферу; 2— одноцилиндровые машины, работающие на конденсацию; 3 — машины .двойного расширения, работающие на атмосферу; 4 — машины двойного расширения, работающие на конденсацию; 5 - машины тройного расширения, работающие на конденсацию. Наконец, при высоком давлении пара (/7, = 100 ата, ^=500° С, р2 — 0,1 ата) и лаивысших значениях всех к. п. д.: ■t S Oj $ а I
2,0
Vy=o»9°; % —0,35; \к = 0,90 • 0,95 • 0,90 • 0,35 = 0,270. В практике последняя величина не достигнута. В паровозных машинах, в связи с большой потерей от неполноты расширения, значительным вредным пространством и большими потерями от дросселирования при впуске, относительный индикаторный к. п. д. составляет всего 0,5—0,7. Эффективный к. п. д., по данным С. П. Сыромятникова [JI. 10], в большинстве случаев равен: для машин однократного расширения без перегрева—0,068, с перегревом— 0,120, машин компаунд с перегревом—0,125. Так как к. п. д. паровозного котла составляет 0,65—0,75, то общий к. п. д. лучших паровозов ч\дк — 0,08-г- 0,10 (при pi я« 15 ата, t\ ^ «=* 350° С). С. П. Сыромятников считает, что при pi=15 ата, ^=450° С и ряде усовершенствований в конструкции и тепловом процессе паровоза его к. п. д. можно поднять до 0,12. го
Паровозы, работающие на паре высокого давления, пока распространения не получили. В табл. 2-3 приведены результаты испытаний лучших паровых машин различных типов. Эти данные показывают, что машины многократного расширения имеют более высокий относительный к. п. д. чем машины одноцилиндровые. Прямоточные машины имеют примерно такие же к. п. д., как лучшие одноцилиндровые машины (но часто более высокие, чем одноцилиндровые машины среднего качества). В конденсационных машинах потери больше, чем в машинах, работающих на атмосферу. У машин высокого давления относительный к. п. д. больше, чем у машин нормального давления среднего качества. 1 — одноцилиндровые машины, работающие на атмосферу; 2_машины двойного расширения; 3— машины тройного расширения.
Средние данные большого числа испытаний машин сходного типа .показали, что эти машины имеют следующие относительные к. п. д. (по отношению к циклу с неполным расширением пара): одноцилиндровые машины, работающие на атмосферу ........т)0г. =0,65-Ь-0,70 одноцилиндровые машины, работающие на конденсацию ......-r]0t. =0,60-4-0,65 машины двойного расширения, работающие-на атмосферу......% = 0,70-т-0,75 машины двойного расширения, работающие на конденсацию.....t]0/= 0,70-Н),80 машины тройного расширения, работающие на конденсацию.....тЮ(. =:0,80-Ь0,85 Наибольшая величина 7jr.—0,96 достигнута в локомобильной тандем-машине с промежуточным перегревом пара и газовой рубашкой для обоих цилиндров. В стационарных машинах рекордной цифрой является rj0.=:0,91 (машина тройного расширения). Кривые фиг. 2-24 показывают зависимость коэффициента i\0i от давления ре в конце расширения у машин высокого качества разных типов. На фиг. 2-25 показаны наибольшие значения т)0. (на этот раз по отношению к циклу % -160 Its *0 =-?*■-Z3 Температура пара, °С Фиг. 2-25. Относительный индикаторный к. п. д. машин, работающих перегретым паром (по отношению к циклу Ренкина). Ренкина) у машин, работающих на перегретом паре, в зависимости от температуры перегрева. Следует еще раз отметить, что все приведенные цифры являются средними или максимальными величинами. Отступления от них могут быть весьма значительны. Для выбора механического к. п. д. можно рекомендовать формулу + 0,00005 Ne,    (2-12) где коэффициент k, зависящий от рода конструкции и степени совершенства изготовления машины, берется в пределах 0,86 — 0,92. Формула (2-12) относится к одноцилиндровым горизонтальным машинам без конденсации мощностью от 100 до 1 000 л. с. Механический к. п. д. конденсационных машин на 2—3% меньше, вследствие того что в этих машинах затрачивается энергия на привод насосов. Механический к. п. д. машин двукратного расширения также на 2—3% .меньше значения, определяемого по формуле (2-12), так как в этих машинах имеется значительное число трущихся деталей (поршни, ползуны, подшипники). Механический к. :п. д. вертикальных машин на 2—3 % больше, чем горизонтальных, так как •Фиг. 2-26. Изменение относительных потерь в паровой ■машине и ее относительного к. п. д. в зависимости от нагрузки. мятие паРа при впуске; 2 — потери от неполноты И .Но' ~ ЧРтеРи на мятие при выпуске; 4— потери на тепло-^ утечки, 5 потери механические; NaK — экономическая мощность; Ndjt — максимальная длительная мощность; NKp — максимальная кратковременная мощность. Фиг. 2-27. Изменение часового и удельного расходов пара в зависимости от нагрузки машины. d — удельный расход пара; D4 - часовой расход пара. в первых потери на трение возвратно-движу-щихся частей меньше, чем во вторых. Паровозные машины имеют обычно yj ~ ==«0,90, в лучшем случае—0,95. С увеличением скорости хода и уменьшением степени наполнения yiM падает до 0,60 -г- 0,70. Все приведенные данные для стационарных машин относятся к экономическому режиму работы машины, соответствующему минимальному удельному расходу пара. С изменением нагрузки машины в обе стороны от экономического режима к. п. д. падают, а удельный расход пара возрастает. На фиг. 2-26 показан характер изменения отдельных потерь в машине и ее относительных к. п. д. в зависимости от нагрузки. Экономической мощностью ЛГ мы называем ту, при которой к. п. д. ц достигает максимума. Относительный индикатор* ныи к. п. д. имеет оптимальное значение при несколько иной мощности, так как абсолютная величина механических потерь почти не зависит от нагрузки, а относительное их значение падает с увеличением нагрузки. Резко изменяются с нагрузкой относительные величины потерь от неполноты расширения (при вычислении т)0. для цикла Ренкина) и потерь от теплообмена и утечек. Первые из указанных потерь возрастают, так как с повышением нагрузки обычно увеличиваются степень наполнения и давление ре в конце расширения. Потери от теплообмена по абсолютной своей величине увеличиваются с уменьшением нагрузки; потери на утечку, наоборот, возрастают с увеличением нагрузки; относительные же величины этих потерь всегда увеличиваются с уменьшением расхода пара, т. е. мощности машины. Характер изменения часового и удельного расходов пара в зависимости от нагрузки машины показан на фиг. 2-27. Кривая часового расхода пара близка к прямой линии и отклоняется от нее лишь при значительной перегрузке.    , Следует отметить, что паровые машины допускают обычно значительные перегрузки. Максимальная длительная мощность паровой машины составляет обычно 1,25—1,50 от экономической, а максимальная кратковременная мощность (с которой машина может работать непрерывно не более 20—30 мин.) достигает 1,35—1,70 от экономической. 2-9. ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА РЕАЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ПАРОВОЙ МАШИНЕ Вред ное пространство. Начальная точка а индикаторной диаграммы (фиг. 2-28) отстоит от начала координат на величину V0— объема вредного пространства. Если исследуется индикаторная диаграмма работающей машины, то величина V0 определяется непосредственным измерением. Удобнее всего залить вредное пространство водой, поставив поршень в мертвое положение, и измерить объем влитой воды по заполнении ею полости в цилиндре и паровых каналов. При менее точных исследованиях, а также при проектировании машины можно принимать объем вредного пространства в процентах от рабочего объема цилиндра    , а именно: с = 7—18% (в среднем—12%) при цилиндрических золотниках (в паровозных машинах с этими золотниками обычно 0=5=12%, в локомобильных—8—10%);    ’ ° = 6—10% (в среднем—8%) при плоских золотниках; ° = 5 — 10% (в среднем —7%) при клапанах на цилиндре; ° = 3 — 6% (в среднем —4%) при кранах и при клапанах в крышке; Фиг. 2-28. Реальная индикаторная диаграмма. с = 2— 5% (в среднем — 3%) для машин прямоточных с клапаном в крышке. Средние значения лучше всего подходят для машин, в которых ход поршня равен приблизительно двойному диаметру цилиндра и средняя скорость поршня составляет 2—3 м/сек. С уменьшением хода и увеличением средней скорости поршня указанные значения увеличиваются. Если при проектировании машины объем вредного пространства выбран в вышеуказанных пределах, дальнейшая чисто конструктивная задача—осуществить этот объем при проектировании парового цилиндра и его деталей. Линия впуска. Как указывалось в §2-4, точка а начала впуска соответствует давлению ръ которое немного меньше давления пара рх перед машиной. Там же было указано, почему линия впуска ab имеет наклонное очертание. Часто считают, что падение давления за время впуска составляет в среднем 0,1 pt. И. А. Ко млев [JI. 12], обозначая через Ь.р величину отрезка, показанного на фиг. 2-28 (измеренного посередине длины диаграммы),. рекомендует выбирать ~ в зависимости от степени наполнения по фиг. 2-29. С уменьшением степени Наполнения наклон линии впуска увеличивается. Положение и длина линии впуска оказывают существеннейшее влияние на площадь диаграммы и, следовательно, на мощность и экономичность машины. &Р/Р,
О 10 23 30 40 S0 60 70 Vo
Фиг. 2-29. Зависимость наклона линии впуска от степени наполнения.
Теоретически наивыгоднейшей степенью наполнения машины без потерь была бы степень наполнения, соответствующая диаграмме цикла Ренкина, т. е. с полным расширением пара.
В реальной машине наивыгоднейшим наполнением является не то, при котором получается наименьший расход пара, а то, при котором стоимость единицы энергии, вырабатываемой машиной, оказывается минимальной. Так, например, для цикла Ренкина, теоретически дающего наименьший расход пара, требуются цилиндры большого размера, понижающие относительный эффективный к. п. д. и увеличивающие расходы на ремонт, амортизацию и т. п. Экономически наивыгоднейшее наполнение не совпадает поэтому с наполнением, дающим минимальный расход пара. В табл. 2-4 указаны (по Слуцкому) степени наполнения, дающие минимальный^ расход пара еь и экономически наивыгоднейшие е3 для насыщенного пара. Таблица 2-4 Степени наполнения, соответствующие минимальному расходу пара &i и экономически наивыгоднейшие е.2 Давле впуска, Одноцилиндровые машины без конденсации а—0,050 Одноцилиндровые машины с конденсацией а«*0,035 Машины двойного расширения с кон денсацией Наивыгоднейшую степень наполнения одноцилиндровой машины можно выбрать также по фиг. 2-30, построенной по данным табл. 2-4 для насыщенного, а также, для перегретого пара. При работе насыщенным паром ориентировочную величину степени наполнения можно определить по следующим формулам: 0,50 О.Ч5 О,«О 0,35 0,30 0J5 0,20 0,15 0.10 Фиг. 2-30. Наивыгоднейшие степени наполнения одноцилиндровых машин. Сплошные линии — при работе насыщенным паром; пунктирные линии — при работе перегретым паром (перегрев 100° С). для одноцилиндровых машин, работающих на атмосферу: для одноцилиндровых машин, работающих на конденсацию: Так как все приведенные данные не являются универсальными, а зависят от параметров пара и величины вредного пространства, то наиболее целесообразно определять степень наполнения, задаваясь конечным давлением расширения ре и строя кривую расширения на индикаторной диаграмме снизу вверх (из точки е\ на фиг. 2-28).    ^ Для экономически наивыгоднейшего наполнения следует принимать: у одноцилиндровых машин без кон-    _ денсации............ре — 1,8-i-2,5 ата у одноцилиндровых машин с конденсацией.............ре — 1,0-т-1,8 ата у машин двойного расширения без конденсации...........ре — 1,5-т-2,2 ата у машин двойного расширения    _ с конденсацией.........Ре =0,7—1,3 ата у машин тройного расширения    _ с конденсацией.........Ре = 0,5-т-0,9 ата аУ/‘/к Фиг. 2-31. Изменение величины -ту в зависимости от степени наполнения. При меньших значениях ре получается меньшая степень наполнения; поэтому нижние пределы следует выбирать для больших машин при дорогом топливе и непрерывной работе. В этом случае нужно обращать внимание в первую очередь на расход пара; стоимость же машины имеет второстепенное значение. В прямоточных машинах в связи с обычно применяемым высоким вакуумом степень наполнения i-ю нолика и составляет 8-н 10% (высший предел относится к невысоким давлениям впуска и .перегретому пару, низший — к большим давлениям впуска и насыщенному пару). Давление в конце расширения выбирают иногда :kiведомо большим для получения значительной степени наполнения. Это особенно необходимо, как будет показано ниже, при работе с простыми золотниками. Поэгому в паровозных машинах наивыгоднейшая степень наполнения составляет обычно 30—40 % (при/?! -^15 ата). Для любой машины нормальная степень наполнения не должна быть менее 7-f-8%, так как н противном случае затрудняется кон-струироГ'ЛНие парораспределительного механизма. Все указанные величины относятся к теоретической степени наполнения и соответствуют объему Г'**3 Фиг- 2-28. Действительная степень наполнения, по которой проектируется парораспределение, должна быть взята несколько большей в соответствии с указанием в конце § 2-4, Положение точки b можно определить нелачиной &V, которая, по И. А. Комлеву, изменяется в зависимости от степени напольная по графику фиг. 2-31. Для ориентировочных расчетов можно принимать: Ь-2, в которой начинается усиленное мятне пара, может быть намечена при расчете •'•■^ораогл'с'делиргельных органов. В этой точке «л&рость прохода пара через золотник или клапан достигает значительной величины (около 100 м/сек) и при дальнейшем движении поршня резко возрастает. Расширение. В идеальных процессах расширение пара предполагалось адиабатическим по закону pvk = const. В реальном процессе на очертание кривой расширения оказывают влияние теплообмен со стенками цилиндра и величина утечки пара. В начале расширения, когда в большинстве случаев пар еще отдает часть своей теплоты стенкам, кривая расширения идет с большим уклоном (круче), чем адиабата. В конце расширения, во время вторичного испарения и сообщения теплоты от стенок пару температура и давление пара выше, чем при адиабатическом процессе, и кривая расширения идет более полого, чем адиабата. При неплотности впускных распределительных органов, когда свежий пар просачивается во время расширения в цилиндр, кривая расширения идет полого, так как давление в каждой ее точке оказывается выше. Неплотность выпускных органов влияет на очертание кривой расширения в- обратном направлении. Утечка пара между поршнем и стенками цилиндра в соседнюю полость также увеличивает крутизну кривой расширения. При неплотности поршня перетекание пара из исследуемой полости в соседнюю происходит лишь во время выпуска и начала сжатия в этой второй полости. Когда же давление сжатия оказывается выше давления расширения в первой полости, перетекание пара происходит в обратном направлении, и кривая расширения в конце своем поднимается выше нормальной. Таким образом, кривая расширения в действительном процессе существенно отличается от адиабаты. Обычно ее удается подчинить уравнению политропы pvn = const с постоянным показателем п на протяжении всей кривой. При этом п представляет собой среднее значение показателя политропы; отдельные же участки кривой расширения могут иметь различные показатели (они обычно в конце кривой меньше, чем в начале). Вследствие влияния различных факторов на величину показателя п не всегда можно судить по его величине о характере теплового процесса в машине. Так, например, прежде чем по величине показателя кривой расширения делать заключения о теплообмене в цилиндре, необходимо убедиться в отсутствии утечек в машине. Экспериментальными исследованиями установлено, что при работе насыщенным паром средняя величина показателя п обычно равна единице, т. е. расширение происходит по закону pv — const. Уравнение это, по виду совпадающее с изотермой для газов (но отнюдь не с изотермой для пара), представляет собой уравнение равносторонней гиперболы в координатах р, V. Из многочисленных способов построения этой гиперболы чаще всего применяется метод, показанный на фиг. 2-32. Положим, требуется вычертить на протяжении ab гиперболу, проходящую через точку а. Проводим через эту точку горизонталь и вертикаль. Расстояние ab делим на произвольное число частей (равных или неравных). Точки, полученные в результате деления, соединяем с началом координат О. Из точек (с и d) пересечения лучей с горизонталью ab и вертикалью ае проводим линии, параллельные абсциссе и ординате. Геометрическое место точек пересечения / этих линий представит собой гиперболу ag5. Показатель адиабаты для перегретого пара &= 1,3. В реальном процессе средняя величина показателя политропы п лежит в пределах от 1 до 1,25, в зависимости от температуры пара и отчасти от степени наполнения. При этом п больше в начале расширения и меньше в конце его. С увеличением перегрева и с увеличением степени наполнения п увеличивается. Это объясняется тем, что при больших степенях наполнения точка перехода перегретого пара в состояние насыщения лежит ближе к концу расширения, и большая часть расширения происходит по закону для перегретого пара. В табл. 2-5 приведены установленные опытным путем показатели кривой расширения одной из машин. В этой таблице через ti обозначена температура пара, 0 С; г —степень наполнения; щ —показатель кривой расширения между началом расширения и средним положением поршня; п% — показатель кривой расширения между средним и конечным положениями поршня. Давление свежего пара, при котором производились исследования, составляло около Таблица 2-5 Показатели кривой расширения в зависимости от температуры пара и степени заполнения Построение кривой расширения перегретого пара производят обычно по уравнению pvn = const, причем величина показателя п принимается постоянной по длине кривой. Величину этого показателя в зависимости от начальных параметров пара можно выбрать по графику, приведенному на фиг. 2-33. Кривую расширения (или сжатия) перегретого пара можно построить путем вычисления координат отдельных точек или же графическим методом, показанным на фиг. 2-34. Положим, требуется провести политропу через точку е с координатами рь Vv Из начала координат проводим лучи: первый Ok— под произвольным углом а, второй 01—под углом рг зависящим от показателя политропы и от угла а. Из точки е проводим вертикаль ещ и горизонталь епг Через точки тип проводим прямые mq и пг под углом 45° к горизонту. На пересечении вертикали, проведенной через точку q, и горизонтали, проведен- 8 Э 10 11 12 13 14 15 16 ата Фиг. 2-33. График для выбора показателя п. ной через точку г, лежит точка t, принадлежащая политропе. Доказательство этого построения можно . найти в курсах термодинамики. Величину угла р определяют по формуле tg?=(i + tg«r-i- Значения угла ? при а=г30° и различных значениях показателя кривой расширения приведены в табл. 2-6. Таблица 2-6 Значения угла р . Фиг. 2-35. Построение кривой расширения перегретого пара по методу Слуцкого. Простой метод построения кривой расширения перегретого пара предложил инж. Слуцкий (фиг. 2-35). 110 этому методу кривая расширения строится как равнобокая гипербола, но не из начала координат, а из нового полюса, сдвинутого на некоторую вели-чкиу Vn от начала координат О. Обозначив отношение -у через т, Слуцкий для определения этой величины пользуется формулой 0,2 lg г '~Т+е+с (г + е)>    (2-13) где г —перегрев пара (разность между температурой пара и температурой насыщенного пара того же давления); =■ степень наполнения в долях длины диаграммы с — вредное пространство в долях длины диаграммы На фиг. 2-35 линия расширения АВ построена как равнобокая гипербола из полюса 01( причем 00 != Vn — mVh. Способ Слуцкого удобен тем, что он более или менее точно учитывает как степень перегрева, так и наполнение машины и, несмотря на некоторую искусственность метода, дает удовлетворительные результаты. На практике этим способом целесообразно пользоваться лишь тогда, когда задана степень наполнения и кривая расширения строится из начальной точки. Опережение выпуска. Для того чтобы давление пара в конце расширения могло в мертвой точке упасть до давления выпуска, последний начинается не в мертвом положении, а несколько раньше. Опережение выпуска берется тем больше, чем больше разность рг р2; в машинах, работающих на конденсацию, оно берется больше, чем в машинах, работающих на атмосферу. Так как для выравнивания давлений важна абсолютная продолжительность выпуска, величина опережения выпуска должна быть тем больше, чем больше число оборотов машины и скорость движения поршня. В одноцилиндровых машинах обычно опережение выпуска дается в следующих пределах (% хода поршня): 5—10% при работе на атмосферу, 8—15% при работе на конденсацию. В прямоточных машинах, как указывалось, опережение выпуска, совпадающее с длиной окон, составляет 10—12% хода поршня. На индикаторной диаграмме опережение выпуска выражается потерей небольшой площадки (фиг. 2-28). Если бы выпуск начался в мертвой точке, потеря в площади диаграммы была бы еще больше (см. фит. 2-54, на которой показана диаграмма без опережения выпуска). Выпуск пара. Линия выпуска в нормальной диаграмме имеет вид горизонтальной прямой при давлении несколько большем, чем давление в конденсаторе (или выпускном трубопроводе). Разница давлений объясняется сопротивлениями в парораспределительных органах и в выпускной трубе и возрастает с увеличением скорости выходящего пара. Перепадом давления в конденсационных машинах часто можно пренебречь; в машинах же с противодавлением его можно принимать равным 0,1 —0,2 ат.    F Таким образом, для машин, работающих на атмосферу, выбирают р2— 1,1 -г-1,15 ата-, для машин, работающих на конденсацию, чаще всего выбирают    * р2 — 0,1 -г- 0,25 ата (для прямоточных машин —до 0,05 ата). В машинах с противодавлением, пар из которых поступает в какие-либо нагревательные приборы и служит для целей варки, сушки, отопления и т. п., давление выпуска может быть взято значительно выше атмосферного. Часто встречаются машины, у которых р2 = 2 -н 4 ата, а при очень высоких давлениях свежего пара можно отработавший пар выпускать при 4 Г. С. Жирицки*. давлении 10 —12 ата, направляя его из машины высокого давления в машины нормального типа. Машины высокого давления в этом случае называются предвключенными машинами. Их применяют для увеличения мощности существующей установки путем повышения начального давления пара (конечно, с заменой существующих котлов котлами высокого давления). Сжатие пара. В § 2-7 было показано, что сжатие пара до определенного предела уменьшает потери. Сжатие полезно также тем, что сжимаемый пар, действуя подобно упругому буферу, поглощает инерцию движущихся масс и спосооствует плавному ходу машины. Кроме того, сжатие препятствует гидравлическому удару впускаемого в цилиндр свежего пара, так как к моменту начала впуска давление пара в цилиндре в значительной мере повышено сжатием. На индикаторной диаграмме фиг. 2-28 кривая сжатия fc может быть подобно кривой расширения подчинена закону политропы: pvn — const. Как при работе насыщенным, так и при работе перегретым паром в начале сжатия пар обычно является насыщенным. Однако вследствие сжатия и вследствие отдачи тепла от стенок в процессе сжатия пар обычно перегревается. Перегрев пара всегда имеет место при наличии паровой рубашки. Поэтому показатель п кривой сжатия следует выбирать в пределах 1,1 ~~ 1,3. Низшая цифра соответствует конденсационным машинам без паровой рубашки; верхний предел относится к машинам с противодавлением, с рубашкой и особенно к прямоточным машинам, где продолжительное сжатие и крышечный обогрев обусловливают высокий перегрев пара в конце сжатия. При проектировании линии сжатия на индикаторной диаграмме обычно исходят из конечной точки этой кривой (сг на фиг. 2-28). Конечным давлением сжатия рс задаются: Рс — 2 2,5 ата — при работе на конденсацию (иногда и ниже 2 ата, если степень сжатия получается чрезмерной); Pi ~hp2    ^ Рс == —2--ПРИ работе на атмосферу или с противодавлением. В случае золотникового распределения продолжительность сжатия связана с другими моментами парораспределения и может колебаться в довольно широких пределах (см. § 3-3 и 3-5).    • Величина вредного пространства V'Q, необходимого при работе на атмосферу, может быть определена из следующего уравнения: Р2 (Vh-V,+ v^n=p'von. Фиг. 2-36. Индикаторная диаграмма прямоточной машины.
Обозначения здесь соответствуют фиг. 2-36, причем под Vq понимается полная величина необходимого вредного пространства, а под р'с— максимально допустимое давление сжатия. Обозначим: Vh-V3=aVhi v0'=°'vh. В таком случае P2{aVh^,’Vhr-p'cip'Vh У; в' =--•    (2-14) В прямоточных машинах сжатие начинается с момента закрытия поршнем паровыпускных окон в точке f (фиг. 2-36). Поэтому при проектировании этих машин кривую сжатия следует строить, исходя из точки f начала сжатия. -В прямоточных машинах вследствие большой продолжительности сжатия (88-н 90%) конечное давление сжатия рс оказывается довольно высоким и тем большим, чём выше давление выпуска р2. При работе на конденсацию даже с малым вредным пространством удается обычно получать конечное давление сжатия рс более низким, чем давление впуска р\. Однако, если ту же машину пустить на атмосферу, то сплошь и рядом давление рс может превзойти1 давление pi, образовав на диаграмме петлю отрицательной работы и вредно действуя на прочность частей машины.    ■_ Прямоточные машины строят, главным' образом, для работы на конденсацию. Чтобы иметь возможность работать и на атмосферу (в случае, например, поломки конденсационного устройства), цилиндр машины снабжают добавочными вредными пространствами, которые могут быть приключены к каждой из полостей цилиндра при работе на атмосферу. Увеличение вредного пространства понижает давление в конце сжатия рс. Добавочные вредные пространства устраивают обычно в крышках цилиндра и приключают к рабочим полостям цилиндра открыванием специальных клапанов (вручную или автоматически) . Соответственно продолжительности сжатия в прямоточных машинах величина а обычно равна 0,9. Величину р'с приходится выбирать достаточновысокой для уменьшения добавочного вредного пространства. Обычно берут Что ^касается остальных величин, входящих в формулу (2-14), то />а = 1,1 ата; п= 1,24-1,3. Если нормальное вредное пространство в долях рабочего ооъема при работе на конденсацию мы обозначим через о, то величина добавочного вредного пространства при пуске машины на атмосферу будет С0=о' —о. В табл. 7 приведены значения полной величины вредного пространства, необходимого для работы на атмосферу при следующих данных: пар сухой насыщенный, продолжительность сжатия 90%, конечное давление сжатия р на 1 ата меньше давления впуска ри давление выпуска р2 = 1,03 ата. Данные табл. 2-7 .показывают, насколько бесполезно велико вредное пространство, которое приходится выбирать для прямоточных машин, работающих на атмосферу. Одно из существенных преимуществ этих машин малое вредное пространство отпадает при работе на атмосферу. Поэтому стационарные прямоточные машины снабжают всегда конденсационным устройством. Индикаторная диаграмма реального процесса в паровой машине Значения полной величины вредного простоанстпя с' „    Таблица 2-7 ------р странства с при разных давлениях впуска

Давление впуска, ата
ю
12
13
16
Полная величина вредного пространства с
27,9
23,
21,3
19,2
17,6
16,25
15,15
14,2
13,4
В прямоточных машинах, вследствие большой продолжительности сжатия, обычно получается бесполезно высокое конечное давление сжатия. В связи с этим были предложены конструкции машин, в которых выпускные окна снабжены управляемыми клапанами или золотниками, а поршень имеет нормальную длину. Схемы таких машин изображены на фиг. 2-37. В нижней схеме цилиндр имеет в общем такую же конструкцию, как и в нормальной прямоточной машине, но поршень значительно укорочен, и выпуск пара из окон управляется специальным выпускным органом парораспределения. Пока в цилиндре происходит расширение пара, этот орган закрыт; открывается он лишь в конце хода поршня, и выпуск продолжается до закрытия поршнем окон. Сжатие составляет, таким образом, несколько менее oU% хода поршня.
В верхней схеме фиг. 2-37 цилиндр имеет два ряда выпускных управляемых окон. При движении поршня вправо (впуск и -расширение пара) оба ряда окон закрыты. В момент опережения выпуска окна открываются, а при движении поршня влево (выпуск пара) сначала закрывается поршнем ряд окон 1, а затем 2. После этого начинается сжатие пара, которое будет тем меньше, чем дальше от середины цилиндра отстоят ряды окон 1 и 2. . . Открыты Т Iокна 2 хокна 1и.2 Фиг. 2-37. Схемы прямоточных машин с управляемыми окнами для выпуска пара. . 1 и 2— окна.
В обоих случаях начало выпуска регулируется особым парораспределительным механизмом, и лишь начало сжатия устанавливается самим расположением окон. Опережение впуска. Для того чтобы при мертвом положении поршня вредное пространство было уже заполнено свежим паром давлением впуск пара в цилиндр начинается до прихода поршня в мертвое положение. Величина ^опережения впуска должна Оыть тем большей, чем меньше сжат пар, чем больше вредное пространство и чем выше скорость движения поршня. Обычно момент начала впуска кинематически связан с моментом отсечки и при изменении степени наполнения также меняет свое положение. В среднем опережение впуска составляет ’ до /° хо,Да поршня и на нормальной индикаторной диаграмме почти незаметно. Если пренебречь при построении индика-юрнои диаграммы наклоном линии впуска опережениями впуска и выпуска, то площадь диаграммы окажется несколько больше действительной (фиг. 2-28). В этом случае следует при определении мощности машины умножить площадь диаграммы на «коэффициент полноты», который может быть принят равным около 0,98. 2-10. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ ОДНОЦИЛИНДРОВЫХ МАШИН Пример 1. Прямоточная машина с перегревом и конденсацией. Давление пара при впуске р\ = 12 ата, температура пара при впуске f1 = 300°C, давление в конденсаторе рч~ 0,08 ата, парораспределение — клапанами в крышке цилиндра. В соответствии с указаниями, приведенными в § 2-9, выбираем величину вредного пространства Vq = 0,04 Vh . Удобными масштабами для построения диаграммы являются: Vh — 150 мм; 1 am — 10 мм. Отложив рабочий объем цилиндра Vh (фиг. 2-38) в виде отрезка длиной 150 мм и вредное пространство V0, в избранном масштабе измеряемое отрезком 6 мм, найдем начало координат ОНа высоте 12 ата через точку а проводим горизонтальную линию впуска. Задаемся давлением в конце расширения ре. Примем ре — 1 ата. Из точки ех (на высоте ре) строим снизу вверх кривую расширения. Построение выполнено вышеописанным графическим методом. Показатель кривой расширения принят п.— 1,15. Лучи Ох и Оу проведены под углами: а = 20° (произвольно выбран) и р, определяемым из уравнения tg р = (1 + tg а)" — 1 = 1,364b15 _ 1 = 0,43 ; р = 25° 30'. Методика построения кривой * описана в предыдущем параграфе. Фиг. 2-38. Построение индикаторной диаграммы прямоточной машины. Наполнение измеряется отрезком V= Vj—VQ= 17,5 — 6 = 11,5 мм. В долях хода поршня (длины диаграммы) степень наполнения ь — 150 ^ 0,08 ' На диаграмме отмечено опережение выпуска в точке е, причем eei=z0,l Vh~ 15 мм. В соответствии с конструктивными особенностями прямоточных машин (§ 2-6) сжатие начинается в точке /, лежащей на одной вертикали с точкой е (линия df проведена при давлении = 0,08 ата). Кривая сжатия /с построена по точкам по закону pvn = const, причем принято п— 1,2. Конечное давление сжатия рс определено из уравнения 0,08-1411'2=/>с.61*2 (141—абсцисса точки f, мм; 6—абсцисса точки с, мм): рс — 3,5 ата. Определим еще величину вредного пространства, которое нужно иметь для того, чтобы при работе на атмосферу давление сжатия не превосходило давления впуска. По формуле (2-14) имеем: (конечное^давление сжатия р'с принято равным II ата). Неооходимая величина дооавочного вредного пространства при работе на атмосферу (в процентах рабочего объема цилиндра) с0= 15,5 — 4= 11,50/в. Наклоном линии впуска, торможением при выпуске и опережением впуска пренебрегаем. Пример 2. Локомобильная машина с противодавлением и перегревом пара. Давление пара при впуске рj = 13 ата; температура пара при впуске tх = 300° С; противодавление Рч — 2 ата; парораспределение—цилиндрическим золотником; вредное пространство — 8%. При наличии простого золотника (как будет показано в разделе третьем), степень наполнения должна быть значительно больше, чем это требуется для экономически выгодной работы машины. В некоторых случаях расход пара машиной не играет существенного значения, в особенности тогда, когда весь пар из машины используется в нагревательных приборах. В этих случаях давление ре в конце расширения можно брать значительно выше пределов, указанных в § 2-9, Мы зададимся степенью наполнения и примем ее, руководствуясь ’ цифрами, рекомендуемыми для простого золотника: 8^^= 40%. Отложив на диаграмме (фиг. 2-39) рабочий объем цилиндра в виде отрезка Vh = 150 мм Фиг. 2-39. Построение индикаторной диаграммы машины с противодавлением. и вредное пространство V0 = 0,08.150 = 12**, проведем теоретическую линию впуска abx длиной V = 0,4-150 =г £0 мм. Кривую расширения перегретого пара построим по спосооу Слуцкого как равностороннюю гипероолу, но по отношению к новому началу координат. Перенесем начало координат в точку Oj, причем Vh = OOl = mVh=^±^±A yh' _И0о1СШеМ СЛ^Чае пеРегРев паРа ? = 300_190 = & = 0,4; с — 0,08; 0,2-lg 110-0,48 * =-178-= °>132. На диаграмме мы отложим Vn в виде отрезка Vn = mVh = 0,132 • 150 = 19,8 **. Кривая представляет собой построенную по способу Слуцкого равностороннюю гипероолу с полюсом в точке 0\. Так как падение давления в конце расширения довольно значительно (2,ь ата), опережение выпуска сделаем большим, чем обычно практикуется. Примем V2 = 0,12 Vh . Давление выпуска pi примем равным 2,1 ата. Давлением в конце сжатия зададимся, приняв „ - Pi +Рг -Рс ^ 2-^ ' ата' Кривую сжатия построим обратным путем, исходя из точки с1( по закону j5pM = const. На линии сжатия отметим точку с на расстоянии 0,01 Vfr от края диаграммы. Эту точку (опережение впуска) соединим с точкой а. ' Нанесем уклон линии впуска. По вертикали, проведенной через середину длины диаграммы, отложим отрезок Ар, который выбираем по фиг. 2-29: Ар = 0,2 • 13 = 2,6 ата. Точку т соединим с точкой а. От точки отложим отрезок AV, который выбираем по фиг. 2-31: 4^=0,09-150 = 13,5**. Этим определяется на кривой расширения действительный момент отсечки (точка Ь). • Истинная степень наполнения 60+13,5 *=—[so-=0,49. . Приведенные примеры построения индикаторных диаграмм показывают, что цифровые данные, рекомендованные в § 2-9, являются лишь средними нормальными числами. Во многих случаях в зависимости от конструкции машины, ее назначения, режима работы приходится делать более или менее значительные отступления от этих средних величин. 2-11 ВЛИЯНИЕ НАГРУЗКИ МАШИНЫ НА ОЧЕРТАНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ При изменении нагрузки должна соответственным образом изменяться и мощность машины. Так как последняя находится в зависимости от площади индикаторной диаграммы, то регулирование машины должно совершаться воздействием на элементы парораспределения или на те или иные процессы в цилиндре. Применяются два способа регулирования: количественное, или регулирование наполнения, и качественное, или дроссельное. В первом случае регулятор управляет степенью наполнения машины, изменяя момент отсечки; при уменьшении нагрузки продолжительность впуска сокращается, площадь индикаторной диаграммы уменьшается; при увеличении нагрузки степень наполнения увеличивается. На фиг. 2-40 представлены три диаграммы машины: 1 — для холостого хода, 2 — для нор- Фиг. 2-40. Количественное регулирование паровой машины. 1 — индикаторная диаграмма для холостого хода (заштрихована); 2—индикаторная диаграмма для нормальной нагрузки; 3 — индикаторная диаграмма для максимальной нагрузки. 1 — индикаторная диаграмма для холостого хода; 2—индикаторная диаграмма для нормальной нагрузки; 3 — индикаторная диаграмма для максимальной нагрузки. мальной нагрузки и 3—для максимальной нагрузки. На диаграмме 1 (заштрихованной) линия расширения опускается ниже линии выпуска, образуя петлю отрицательной работы. Полезная площадь диаграммы равна разности верхней и нижней петель. Так как с изменением нагрузки тепловой перепад в машине остается постоянным и меняется лишь относительный эффективный к. п. д., который резко падает лишь при значительных отклонениях от экономического режима работы, то расход пара на единицу мощности остается в сравнительно широких пределах приблизительно постоянным. Такой способ регулирования является поэтому достаточно совершенным и в настоящее время почти исключительно применяется. Наименьшая степень наполнения при таком регулировании принимается обычно равной нулю, т. е. отсечка происходит при мертвом положении поршня. Так как, однако, впуск пара начинается до прихода поршня в мертвое положение, то в цилиндр и при нулевом наполнении попадает некоторое количество пара. Очевидно нужно, чтобы минимальная площадь индикаторной диаграммы 1 соответствовала мощность меньшей, чем мощность N , необходимая для преодоления вредных сопротивлений в машине. Если это условие не соблюдено, повышение числа оборотов при холостом ходе не вызовет уменьшения мощности машины, и произойдет разбег машины. Поэтому в машинах с высоким давлением впуска, работающих на конденсацию, и особенно в машинах с большим вредным пространством добиваются абсолютного нулевого наполнения, с тем чтобы совершенно прекратить впуск пара в цилиндр. Максимальную степень наполнения выбирают в связи с наибольшей мощностью, требующейся от машины. При этом необходимо сообразоваться с системами парораспределения, так как некоторые из них с трудом допускают широкие пределы для изменения момента отсечки. В одноцилиндровых машинах без конденсации обычно максимальная степень наполнения составляет 40 60 %, в машинах с конденсацией — 30 ч- 50 %, в паровозных машинах — до 70 ~ 80% • Качественное регулирование машины заключается в том, что изменяется давление пара путем дросселирования; степень же наполнения остается постоянной. Индикаторные диаграммы для этого случая представлены на фиг. 2-41. Объем впускаемого в цилиндр пара остается постоянным для любых мощностей; количество же пара уменьшается с уменьшением мощности, так как при дросселировании возрастает удельный объем пара. В то же время снижается тепловой перепад, срабатываемый в машине, и существенно падает относительный эффективный к. п. д. Удельный расход пара поэтому с уменьшением нагрузки резко возрастает. При значительном торможении давление в конце сжатия легко может превысить давление впуска и образовать петлю отрицательной работы. Существенным недостатком качественного регулирования является то, что для возможности перегрузки машины пар при нормальной нагрузке должен дросселироваться. Это также, понятно, понижает способность машины к перегрузке. Парораспределительный механизм машины обычно при изменении отсечки перестанавливает также и момент начала впуска. При дроссельном регулировании все моменты парораспределения остаются неизменными. 2-12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ МАШИНЫ ПО ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ Из термодинамики известно, что индикаторная диаграмма дает в известном масштабе работу пара в одной из полостей цилиндра за один оборот вала. Обозначим эту работу через Q кем. Так как обычно мы имеем дело с машинами двойного действия, то работа обеих полостей составляет за один оборот вала 2Q, а при п об/мин мощность машины Мощность N. называется индикаторной. Полезная мощность машины меньше ее на величину механических сопротивлений (§2-8). Площадь индикаторной диаграммы заменим равновеликой площадью прямоугольника, в котором основание равно длине диаграммы. Высоту этого прямоугольника обозначим через p-t и назовем средним индикаторным давлением. 30
то
r.D* PjCm 4 75
N. = 0,97
Очевидно, или
Q=PiVh=PfSt k=(p1f'+p';f")^
где F — площадь поперечного сечения парового цилиндра, СЛ12; S — ход поршня, м; pt — KZjCM2. Таким образом, индикаторная мощность машины двухстороннего давления ..    р 2Sn PiFSn —PiF 60-75 2 250 • (2_15) В машине одностороннего давления Под площадью поперечного сечения цилиндра или площадью поршня F разумеется свободная площадь, подверженная давлению пара, т. е. за вычетом площади сечения поршневого штока. Формулы (2-15) и (2-16) выведены в предположении одинаковых полезных площадей поршня F' и F" в обеих полостях и одинаковых средних индикаторных давлений р.. В действительности, F' обычно не равно F", и индикаторные диаграммы полостей несколько ■отличаются друг от друга. Поэтому формула (2-15) в общем виде может быть переписана так: Л',=(л''г'+ДПшГ. (2-17) причем для машины без контрштока тде D — диаметр цилиндра, см; d — диаметр поршневого штока, см. Применение формулы (2-17) уместно при испытании машины. При проектировании же или для предварительных подсчетов можно пользоваться формулой (2-15), полагая в ней т. е. считая (для машин среднего давления), что сечение штока составляет в среднем 3% площади поршня. Так как средняя скорость поршня Эффективная мощность машины (см. § 2-8) равна = (2-21) где Y] —механический к. п. д. Пользуясь приведенными формулами, можно определить мощность машины, зная ее размеры и индикаторную диаграмму, или же по заданной мощности и диаграмме определить размеры цилиндра. Первый случай имеет место при испытании, второй — при проектировании машины. В обоих случаях существенно важной величиной является среднее индикаторное давление Так как Q измеряется площадью индикаторной диаграммы, a Vh—длиной последней, то вопрос сводится к определению площади диаграммы. Проще всего измерить площадь при помощи планиметра. Если его нет под рукой, можно разбить диаграмму на ряд элементарных фигур (прямоугольников, трапеций, треугольников), вычисление площадей которых не представляет труда, и суммировать величины этих площадей. рг получится в тех же единицах длины, в которых измерены ординаты и абсциссы диаграммы. Зная масштаб давлений индикаторной диаграммы, нетрудно определить pt, кг]см2. При проектировании новой машины обычно заданы Ne, пх ри tx и рг. Руководствуясь тремя последними величинами, строят индикаторную диаграмму. Определяют среднее индикаторное давление р.г.    • Если при построении диаграммы пренебрегли наклоном линии впуска и не скруглили очертание диаграммы в переходных точках следует вводить при нахождении среднего индикаторного давления коэффициент полноты диаграммы, который можно принимать равным 0,98. На эту величину следует умножить площадь диаграммы, измеренную по чертежу. Задаются величиной механического к. п д [формула (2-12)]. для машин, работающих на конденсацию,
По формуле (2-21) определяют индикаторную мощность N.. Задаются средней скоростью п ршня ст\ Обычно в машинах старой постройки П' ст = 2~3 м/сек; в современных машинах, по преимуществу быстроходных,    J ст=4-+-5м/сек, а в отдельных исключительных случаях (например, в автомобильных машинах) средняя скорость поршня доходит до 7 м/се к. Ведутся опыты по применению еще более высокой скорости поршня, так как ее повышение способствует уменьшению размеров машины и росту к. п. д. (в авиационных моторах средняя скорость поршня доходит до 15 м/сек). с .
В паровозных машинах максимальное значение ст доводят до 9 м/сек для товарных и до 12 м/сек—для пассажирских паровозов. При конструировании машины величину средней скорости часто приходится подчинять отношению хода поршня к диаметру цилиндра. (2-24)
По формуле (2-19) определяют диаметр цилиндра D, а по формуле (2-18) — ход поршня S. При этом желательно, чтобы отношение S:D составляло: для обыкновенных машин, вращающихся со скоростью до 160 об/мин . 1,5+2,0 для быстроходных машин (л>160) . 0,9 4-1,5 для нормальных прямоточных машин 1,04-1,3 Если отношение S:jD выходит за указанные пределы, в большинстве случаев необходимо изменить ст для получения желаемого результата. При холостом, ходе машина развивает мощность, величина которой в процентах от индикаторной нормальной мощности может быть определена по формулам: для машин, работающих на атмосферу, ; = 10—о,з l/-—-; Парораспределение машины должно быть спроектировано так, чтобы при минимальном наполнении развиваемая мощность была меньше мощности холостого хода. 2-13. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОВОЙ МАШИНЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ НАПОЛНЕНИЯ ПО ЗАДАННОЙ МОЩНОСТИ МАШИНЫ пбпй^0риентировочных быстрых подсчетов можно Запятойгк пв3 постР°енйя индикаторной диаграммы. пппрпрпнт Давлением рь в конце расширения, можно определить степень наполнения машины из уравнения Pi (е + t)n=pe(l + c)n, ^а+сп/Ж- Точно так же, задавшись давлением в конце сжатия „    V рс, можно найти степень сжатия ьс — ~ (фиг, 2-39) из уравнения РссП = РЛа + 1с)" Что касается среднего индикаторного давления, то для случая^ работы насыщенным паром его можно в достаточной степени точно определить по уравнению    • где и, f и /' — числовые коэффициенты; Р\ — давление свежего пара; ' /^■“■Давление отраоотавшего пара. Формула (2-25) основывается на определении площади индикаторной диаграммы по величине раиот расширения и сжатия пара, протекающих по закону pv= const. 1 Значения коэффициентов / и /' зависят от величины вредного пространства, степени наполнения и степени сжатия. Значения коэффициентов / и /' приведены в табл. 2-8. Значения коэффициентов / и f' ппи —---/ и / при разных значениях г и с Таблица 2-8
Ун
0,40
0,506 0,5с. 0,608 0,772
0,522 0,552 0,62 0,778
0,789
0,783
я/32
F=0,97‘-
: 1 360 CM*,
находим: Pi-
2 250-160
0,915^Т360^0,6-128 — 3,77 кг1см\ По табл. 2-8 находим: /'= 1,503. По формуле (2-26), полагая и — 0,98: Т (оЖ + 1,903' °>21 j = о,ео5. = о1о"в,ёлйнГ";-^/,?°'552 “«»«ст»увт .= Интерполяцией «.ход™ ^ ТС”У” ‘ = “Х' н.йдема“^“™наа,г10Та" "W'™ П»Р»М, то При пабптр !!, является окончательной, индикаторное гтячпв ы перегретым паром среднее Р давление может быть таким же, как при
(2-26)

Pi-
. 1 fpi , лГпг + /'л, ствующую2э8тоГуеТкп^ОЖНОСТЬ подыскать соответ-Этот метод мп»?тФГеНТу Степень наполнения, работающей перегте™* ПрИменен и к машине, по методу, указанному/ R ар ’ с ввеДением поправки n„„:;Ly занному в следующем примере. ром 7 ата, темп*эратypofi5320° Г Машина Работает па-= 0 21 атп\ Чиг? ^ 0 С на конденсацию (р„ — нормальная шщносЙ^Гл Гли„130 В -ЙЗ,^^8,™“ при индикаторное д^влени'е? И (2'21) находим cP^Hee
фициентом^олноты инли£МуЛе ^'25^ является коэф-быть принят:    каторнои диаграммы и может и = 0,96 + 0,98. строения ш^щкГтооной°Д ^асчета машины (без по- параграфа” 0Спределяют°с1)елн^ форм>'л предыдущего “ По "”»ь,Гр"“ 5S    » »» ф»р-
0,767
2 250 Ne ^FSnT
т)м = 0,915
Принимая
f-
(несколько больше, чем при . нормальной нагрузке), п — 128
работе насыщенным паром. Поэтому при переходе на работу перегретым паром нужно менять степень наполнения, пользуясь следующим приемом. Чертят кривую расширения насыщенного пара be по закону pv — const (фиг. 2-42), из начала координат проводят диагональ ОА и через точку В — кривую расширения пара Ьхе^ (по закону pvn — const). Отрезок abj даст величину теоретической степени наполнения при раооте перегретым паром (площади диаграмм, ограниченных линиями be и Ь\ приблизительно раЕны). В разбираемом примере кривой bjвр построенной по закону pv1,2 — const, соответствует теоретическая степень наполнения (. — 0,27. Действительная степень наполнения (учитывая дросселирование пара) должна составлять около 0,31. 2-14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА ПО ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ Объем пара, заполняющего цилиндр в момент отсечки (конец впуска), составляет (фиг. 2-39): У0 + V= (о -|- г) Vh. Если мы обозначим удельный вес свежего пара через ^ (соответственно давлению рл и температуре то вес находящегося в цилиндре пара составит: («6 + ■) В точке / (в начале сжатия) в цилиндре оставался объем пара ^+^о = (ес-Н)^ весом (% + о) Къ, где у2—удельный вес отработавшего пара при давлении р2. Приблизительную величину у2 можно найти при помощи «-диаграммы, проведя на ней линию расширения от начального состояния пара до давления р2 и определяя таким образом приблизительное состояние пара при выпуске. Таким образом, за один ход поршня в цилиндр впускается количество пара (кг) G = vh [О + о) у, - (ее + о) Уз]. При п об/мин расход пара машиной (в час) составит: AF=120n[(e + o)Tl_(V+o)T2] Vh. (2-27) Таким образом, определяемый по диаграмме расход пара на 1 и. л. с. ч. будет: Имея в виду, что по формуле (2-15) 120nl/ft__120nF3 _ 60-60-75 27* Ni ~ N] — 10 000# — ~р7~; расход пара можно представить также следующей формулой; di — fr К3 + °) Yi — (ге + о) Та] л. с. ч. Полный расход пара на индикаторную силу в час составит: ^ = < + + где d. —расход пара на потерю от теплообмена; O'i —расход пара на утечки. Определение расхода пара по этим формулам не дает настолько точный результат, чтобы им можно было пользоваться при испытании машины. Неточность обусловливается следующими причинами: ta) трудностью точного определения степеней наполнения и сжатия по индикаторной диаграмме, снятой с машины; б)    неточностью в определении удельного веса у2;    ' в)    отличием удельного веса пара в конце впуска от той величины, которая принята в расчет^ (вследствие теплообмена со стенками удельный вес пара увеличивается к концу впуска, в особенности значительно при перегретом паре); г)    трудностью оценки величин d. и н". X    ^ I Расход пара, вычисленный по изложенному методу, может служить лишь для расчетных целей при проектировании, и то главным образом при работе насыщенным ггуром. В ряде случаев представляется более целесообразным задаться по справочным данным величиной относительного индикаторного к. п. д. ^ и определить удельный расход пара по формуле (2-8), найдя адиабатический перепад тепла в машине при помощи i's-диа-граммы. 2-15. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ПАРА Начальное давление пара. Конструктивно паровая машина может быть осуществлена на любое давление пара. В построенных машинах максимальная зеличина Pi составляет 120 ата, но эта цифра не является предельной. Давление пара при выпуске из И Н Ы‘    ньг малой мощности под машины (сельскохозяйственные локо- ппокатны1РаКТ°РЫ’ паровые катки), а также тузкоГп^ ИНЫ/ резко меняющейся на-РУ работают обычно на атмосферу. лля £ягП1СПОЛЬЗОВании отработавшего пара давление ЭТеЛЬНЫХ целей величина противодавления задается потребителем этого пара. кондансСаТпиюНЬи СЛУ*аЯХ Машина работает на в конденсаторе. РУ ПОДЛежит Давление На фиг. 2-4 была показана зависимость термического к. а д. от давления ГьшТка ISST™ целесоовРаз,га возможно более высокая степень разрежения. Однако для поршневых машин ограничиваются обычно давлением выпуска р2=^0,1-*-0,2 ата так как с понижением этого давления: 1) растут поте НеПОЛН°тЫ расширения (ПРИ данном объеме цилиндра) или возрастают объем цилиндра и связанные с ним потери; 2) увеличиваются потери между паровым цилиндром и конденсатором вследствие повышения скоростей пара; 3) увеличиваются потери от тепло-о мена вследствие понижения температуры тработавшего пара; 4) увеличивается расход ргии на пРивоД насосов, обслуживающих конденсационное устройство. Лишь в прямоточных машинах допускают более низкое давление выпуска — до 0 05 ата машинах незначительны с£ ротивления при выпуске и меньше потери от теплообмена вследствие крышечного обогрева и разделенности органов впуска и выпуска. Конечно, при выборе величины разрежения в конденсаторе необходимо учитывать также температуру охлаждающей воды. Так, например, при температуре воды 30° С температура 4П° г В конд'енсатоРе должна быть не менее * 4U с, что соответствует давлению пара , ата. Более низкого давления при наличии охлаждающей воды с температурой 30° С очевидно, получить нельзя.    ’ Надо учитывать также, что с понижением давления в конденсаторе увеличивается расход охлаждающей воды, что не только вызывает увеличение мощности насосов, подающих воду, но и обусловливает повышение стоимости конденсационного устройства, в том числе и сооружений, обслуживающих подачу охлаждающей воды (трубопроводов, градирен, бассейнов и др.).    -
Термический к. п. д. машины, как известно, возрастает с увеличением начального давления приблизительно до 200 ата (фиг. 2-5); для относительного индикаторного к. п. д. увеличение pi также является благоприятным. Однако эксплоатация паросиловой установки с повышением давления пара усложняется; надежность работы в известной степени снижается, о то же время значительные давления пара целесообразно (применять лишь в установках большой мощности, где повышение к. п. д. дает существенную экономию топлива. Поэтому для паровых машин, которые особенно ценятся за простоту и надежность эксплуатации и которые строятся сейчас лишь на небольшие мощности, применение папа высокого давления целесообразно лишь в отдельных случаях. Большинство же машин работает паром давлением 12—15 ата, и в основном на такое же давление строятся нашими заводами локомобили, паровозы и судовые машины Отметим, что по ГОСТ 3619-47 у нас предусмотрена постройка паровых котлов на 13; оУ и 100 ата. Исходя из этих цифр, следует выбирать давление пара перед машиной. Начальная температура пара. Как указывалось в §§ 2-1 и 2-6, повышение начальной температуры пара чрезвычайно благоприятно влияет как на термический, так и на относительный внутренний к. п. д. машины. Однако применение перегретого пара высокой температуры (свыше 350—400° С) снижает надежность работы паровой машины. Ответственные детали машины приходится изготовлять из высококачественных металлов (преимущественно из легированных сталей); требуется усиленная смазка цилиндра маслом особо высокого качества. Хотя отдельные экземпляры машин были построены для работы с температурой 425, и даже 480 С, однако обычно ограничи-паровых машин температурой 350—400' С. В частности, в локомобильных, паровозных и судовых машинах применяется температура не свыше 350° С. „Для мелких машин, например сельскохозяйственных передвижных локомобилей, целесообразно применение насыщенного пара. ГЛАВА ТРЕТЬЯ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА МАШИНЫ ПРИ ПОМОЩИ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ 2-16. УСТРОЙСТВО ИНДИКАТОРА И ПОЛЬЗОВАНИЕ ИМ Как было указано в § 1-3, индикаторная диаграмма может быть снята с работающей машины при помощи прибора, называемого индикатором. Типичная конструкция индикатора представлена на фит. 2-43.    . Цилиндр 4 при посредстве крана и соединительной гайки 2 сообщается с исследуемой полостью парового цилиндра машины (в стенке последнего всегда делаются два резьбовых отверстия, сообщающиеся с вредными простран- Фиг. 2-43. Индикатор для снятия диаграммы поршневой машины. 1 — соединительный конус; 2 — соединительная гайка; 3 — поршень* — цилиндо; 5 — шток поршня; 6- стрнинэ ин/икатора; 7—соединительный валик; S— качающийся рычажок; 9 — соединительное -коромысло; 10 — пружина индикатора; 11 - пишущий рычаг; 12 — упорная колонка; 13 - барабан индикатора (цилиндр для диаграммной бумаги); 14 — пружина; 15 — бумагодержатель; 16 - направляющий ролик; J7 — шнур; 18 — карандаш; 19 — ручка. ствами цилиндра и служащие специально для индицирования). В цилиндре индикатора может перемещаться поршень 3, связанный с пишущим прибором при помощи механизма 8, 9, 11 таким образом, что при перемещении поршня карандаш 18 чертит вертикальные прямые линии на бумаге, которая обернута вокруг барабана 13 и удерживается планками 15. Под давлением пара в цилиндре машины поршень 3 движется вверх, растягивая при этом пружину 10. При уменьшении давления в цилиндре пружина возвращает поршень 3 вниз. Таким образом, каждому значению давления пара соответствует определенное положение поршня, а вместе с ним и карандаша 18. Барабан 13 индикатора может поворачиваться вокруг своей оси, причем в одну сторону он вращается .под действием шнурка 17, а обратно возвращается пружиной 14, заложенной внутри барабана. При вращении барабана и постоянном давлении в цилиндре карандаш 18 чертит на бумаге горизонтальные прямые линии. Винт, вращаемый ручкой 19 и упирающийся в штифт 12, позволяет отрегулировать степень нажатия карандаша. Для того чтобы согласовать движение барабана с ходом поршня исследуемой машины, шнурок 17 соединяют с ползуном или с другой движущейся согласно с поршнем частью машины. Так как длина окружности барабана невелика (его диаметр обычно равен 30 50 мм), то соединение барабана с ползуном производится при помощи ходоуменыпителя. В качестве последнего на машине может быть пристроена простая рычажная передача, причем длинное плечо рычага соединяется с ползуном, а короткое — со шнуром 17; чаще же приходится применять ходоуменьшители, специально прилагаемые к индикаторам. Конструкция такого ходоуменыпителя показана на фиг. 2-44. Ходоуменыпитель, привинчиваемый к корпусу индикатора 1, состоит из двух шкивов —2 и 3, сидящих на одной оси. Шнур 4, один конец которого соединен с барабаном индикатора, охватывает верхний малый шкив, 2. Шнур 5, один конец которого соединен с ползуном, охватывает большой шкив 3. П,ри движении ползуна шкивы 2 и 3 вращаются в одну сторону натяжением шнура 4, в обратную — пружиной, заложенной в шкиве 3. При этом перемещение шнура 4 во столько раз меньше хода ползуна, во сколько раз диаметр шкива 2 меньше диаметра шкива 3. Таким образом, при постоянном давлении в цилиндре карандаш индикатора проводит на диаграммной бумаге горизонтальные прямые, длина которых пропорциональна ходу поршня машины или объему ее цилиндра. При одновременном изменении давления пара карандаш вычерчивает кривую состояния пара в координатах р, v, т. е. индикаторную диаграмму. Пружина является сменной частью индикатора. К последнему прилагается ряд пружин, рассчитанных на различные максимальные давления. В зависимости от давления пара в машине в индикатор закладывают ту или иную пружину. Каждая пружина калибрована; на ней выбит ее масштаб, т. е. величина прогиба (мм) при изменении давления на 1 кг/см2, увеличенная в отношении плеч пишущего рычага индикатора. Это отношение обычно равно шести. Таким образом, величина прогиба пружины в шесть раз меньше ее масштаба. Зная масштаб пружины, нетрудно определить давление в любой точке диаграммы, а также среднее индикаторное давление. Последнее, определяемое по диаграмме в миллиметрах, нужно для перевода в атмосферы разделить на масштаб пружины. Масштаб пружины зависит от ев температуры. Поэтому индикаторы с наружной пружиной более предпочтительны, чем индикаторы с внутренней пружиной, находящейся в цилиндре между крышкой и поршнем и ■обогреваемой паром. Масштаб такой пружины должен •быть определен в горячем состоянии. Независимо от температуры, масштаб пружины с течением времени меняется, так что перед каждым испытанием полезно масштаб проверить, для чего применяются специальные приборы. Несмотря на простоту конструкции, индикаторы требуют умелого, осторожного обращения и тщательного ухода. Перед употреблением необходимо индикатор разобрать, поставить пружину, соответствующую максимальному давлению пара в машине, тщательно свинтить части индикатора, чтобы карандаш на имел мертвого хода смазать костяным маслом цилиндр индикатора. Пружину при точных исследованиях желательно проверить до и после испытания, выбрав за истинный масштаб среднюю величину обоих испытаний Механизм индикатора обладает инерционностью. Например, в момент впуска пара поршень индикатора, двигаясь вверх, может по инерции подняться выше положения, соответствующего давлению пара, после чего пружина поставит поршень в нужное положение, иногда после нескольких колебаний. Для уменьшения этих колебаний следует поставить в индикатор более сильную пружину. Необходимо убедиться в том, что поршень индикатора плотно прилегает к цилиндру по всей длине без Фиг. 2-44. Индикатор с ходоуменьшителем. J — индикатор; 2 — малый шкив; 3 — большой шкив; 4 и 5 — шну-ы пропуска пара, но и без заедания. Пропуск пара обнаруживается просачиванием воды и пара через отверстия в индикаторе, сообщающиеся с верхней полостью цилиндра индикатора. Заедание поршня легко обнаружи* вается при съемке диаграммы, о чем подробнее будет сказано ниже. Часто устанавливают на машину лишь один индикатор, соединяя его с обеими полостями цилиндра при помощи трехходового крана. При точных исследованиях такой способ индицирования недопустим, так как в длинных трубках, соединяющих индикатор с полостями цилиндра, происходит падение давления; кроме того, в них скопляется конденсационная вода, вызывающая удары о поршень индикатора. Эти удары искажают диаграмму. Во всяком случае перед установкой индикатора индикаторные ^краны должны быть хорошо продуты. Перед съемкой диаграммы продувку полезно повторить, вынув поршень индикатора или применяя специальный трехходовой кран под индикатором. Шнуры к ходоуменыпителю должны быть хорошо натянуты в обоих мертвых положениях машины. Ходо-уменыпитель должен быть установлен так, чтобы длина диаграммы была возможно близка к длине окружности индикаторного барабана. Проведя на барабане индикатора атмосферную линию (при закрытом кране), следует, открыв кран, пропустить несколько ходов и только после этого снять диаграмму. После употребления индикатор должен быть разобран, тщательно вытерт, вычищен и смазач костяным маслом 2-17. ОЦЕНКА РАБОТЫ ПАРОВОЙ МАШИНЫ ПО ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ Снятая индикаторная диаграмма точно отражает процесс, происходящий в паровой машине. В предыдущих параграфах были рассмотрены идеальные диаграммы паровых машин и допустимые от них отступления. Понятие о нормальной индикаторной диаграмме можно считать поэтому установленным. •
Фиг. 2-46. Инднкатор ная диаграмма, искажение которой вызвано применением слишком длинного шнура к ходоуменьшите-лю. Поршень машины проделал часть хода при неподвижном барабане индикатора. Характерен стук последнего.
Фиг. 2-54. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о малом опережении выпуска.
диаграмма, свидетельствующая о малом давлении в котле или сильном дросселировании регули
диаграмма, искажение которой вызвано ударом воды в индикаторе или слишком слабой пружиной, не преодолевающей сил инерции движущихся масс индикатора.
рующим клапаном. Фиг. 2-55. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о чрезмерном опережении выпуска.
Фиг. 2-48. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о малом опережении впуска, а в некоторых случаях — даже о начале впуска после выхода поршня из мертвого положения.
Фиг. 2-47. Индикаторная диаграмма, искажение которой вызвано заеданием поршня индикатора (скачки на линии расширения).

Фиг, 2-56. Индикаторная диаграмма, свидетель-•ствующая о высоком противодавлении вследствие неудовлетворительной работы конденсационного устройства или малого сечения паровыпускных каналов (паропровода).
Фиг. 2-49. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о слишком большом опережении впуска.
Фиг. 2-50. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о значительном торможении пара при впуске вследствие недостаточного сечения каналов для впуска пара в цилиндр.
Фиг. 2-57. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о высоком сжатии вследствие раннего закрытия паровыпускного канала. Такая же диаграмма может получиться при малом давлении впуска.
Фиг. 2-52. Индикатор ная диаграмма, свидетельствующая о слишком малой степени наполнения (при недогрузке машины), если показатель кривой расширения был в нормальных пределах.
Фиг. 2-51. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая о неодинаковых степенях наполнения в обеих полостях цилиндра вследствие неправильной установки парораспределения.!
Фиг. 2-58. Индикаторная диаграмма, свидетельствующая об утечке пара через неплотный поршень.
Рассмотрим наиболее типичные искажения индикаторных диаграмм, указывающие на ту или иную ненормальность процесса. Следует отметить, что иногда искажения диаграмм происходят вследствие неисправности индикатора или из-за неумелого с ним обращения. На фиг. 2-45—2-47 приведены' для примера диаграммы, искажения которых были вызваны указанными причинами. На фиг. 2-48—2-58 приведены индикаторные диаграммы, ненормальность которых обусловливается самим процессом в машине. За-» штрихована площадь, потерянная в результате ненормальности процесса. Для выяснения ненормальности диаграмм, подобных приведенным на фиг. 2-53 и 2-56, достаточно измерить давления впуска и выпуска на диаграмме и сравнить их с соответственными показателями манометров. В этих и остальных рассмотренных случаях неправильность процесса достаточно ясна и часто легко исправима. Однако для окончательного суждения о нормальности рабочего процесса необходимо еще исследовать кривую расширения пара путем определения ее показателя п. Составляя уравнение Pi<=P2v I для двух любых точек кривой расширения легко определить показатель п, так как рл v ’ р» и v2 для выбранных точек известны. Обычно п определяется в начале, середине и в конце кривои расширения (по б точкам). Сравнивая найденную величину показателя л с нормальными цифрами (см. & 2-9) можно сделать некоторые заключения о работе машины. Крутое очертание кривой расширения (оолыпое п) в большинстве случаев ооъясняется неплотностью выпускного органа или поршня: пар во время расширения вытекает из цилиндра или перетекает в соседнюю полость. При неплотности поршня наблюдаются большие п только в начале расширения; в конце же его перетекание пара в соседнюю полость прекращается, так как в последней начинается сжатие пара. «n.nF0'™    (кРивая расширения положе нормальной), то причина обычно кроется в неплотности впускного органа: во время расширения пар еще поступает в цилиндр Оригинальный характер диаграммы машины с неплотным поршнем показан на фиг 2-58 Вследствие перетекания пара из правой полости в левую (в период наполнеШй йрайШ4!^ лости) на диаграмме левой полости получилась петля отрицательной работы, обусловленная повышением давления в период выпуска (при недостаточном еще открытии выпускного канала). На показатель кривой расширения влияет и величина теплообмена в цилиндре. Как уже указывалось в § 2-9, показатель п в начале расширения больше, а в конце — меньше своей нормальной величины. По разности этих цифр можно судить о значительности потери от теплообмена. Таким ооразом, положение основных точек индикаторной диаграммы и определение показателя кривой расширения выясняют в полной мере правильность рабочего процесса машины-при испытании машины такое исследование диаграммы представляется необходимым. 2-18. ПЕРЕНОС ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ В КООРДИНАТЫ Т, S При исследовании теплового процесса машины и составлении ее теплового баланса удобнее пользоваться не индикаторной, а тепловой диаграммой. Поэтому целесообразно снятую с машины индикаторную диаграмму перенести в координаты Г S. Построение Т5-диаграммы теплового процесса происходящего в цилиндре машины, принципиально невозможно, потому что количество пара, находящееся в цилиндре, различно в отдельные моменты теплового процесса. Если машина расходует на один ход порш-я и кг пара, то сжатию подвергается лишь Gn кг пара, оставшихся в цилиндре после выпуска; расширению же — (G0-f G) кг. Во время впуска и выпуска количество пара в цилиндре непрерывно меняется. Между тем, в 7\9-диаграмме строится замкнутый процесс для 1 кг или вообще для постоянного в течение всего процесса количества рабочего пара. ото затруднение можно обойти, предположив, как "°9счтр0ении идеальных циклов в Г^-даграмме Г, ’ , ч™ в Цилиндре постоянно находится Ю-t-Go) кг рабочего вещества, к которому в период впуска тело подводится и во время выпуска от него отводится.    -
Таким образом, в цилиндр машины условно переносится та часть рабочего вещества, которая в некоторые моменты находится в котле или в конденсаторе. В соответствии с этим предполагается: 1) расширению подвергается (G-j-G0) кг пара, как это имеет место и в действительности; 2) в пеоиод выпуска в цилиндре находится (G -j- G0) кг пара, от которого отводится тепло, в результате чего G кг. пара обращаются в воду; 3) во время сжатия в цилиндре находится смесь G кг воды и Gq кг пара; в каждый данный момент эти количества имеют одинаковые температуру и давление, хотя количество G в этом процессе остается в виде воды, a Gn—в виде пара-4) на линии впуска к (G + G0) кг смеси воды и пара’ подводится тепло, вследствие чего в момент отсечки цилиндр заполнен паром в количестве (G + G0) кг.
Изображение этого фиктивного процесса в координатах р, v дает исходную индикаторную даграмму, так как объемы воды, участвующей в процессе, пренебрежимо малы и не влияют на очертание диаграммы.
Фиг. 2-59. Индикаторная диаграмма машины с адиабатическим сжатием и адиабатическим расширением.
Поэтому работа пара в фиктивном процессе остается та же, что и в действительности, а площадь диаграммы процесса, перенесенной в координаты 7, 5, измеряет количество тепла, превращенное в механическую работу.
(2-30)
e
(2-31)
Точно так же величины отдельных потерь, измеряемые разностью площадей теоретического цикла и действительного процесса, будут изображаться в 75-диаграмме в полном соответствии с действительностью. Это позволяет при помощи 75-дйаграммы составить тепловой оаланс машины. Что касается состояния рабочего вещества в от’ дельных точках 75-диаграммы, то они являются фиктивными и не соответствуют истинным состояниям пара в цилиндре (за исключением точек на линии расширения). Так, например, в период сжатия на 75-диаграмме мы прочтем величину паросодержания смеси (фиктивной) пара G0 и воды G. На самом же деле, в цилиндре будет находиться лишь пар в количестве G0 кг со значительно оольшей (чем на 75-диаграмме) степенью сухости. Для переноса индикаторной диаграммы в координаты 7, 5 необходимо знать величины G и Go- (2-32)
Расход пара G определяется испытанием машины, Величину G0 можно определить по индикаторной диаграмме (фиг. 2-59): предполагается (для машины насыщенного пара), что в точке / пар является сухим насыщенным (х^—\), и по давлению определяется (по таблицам для пара) его удельный объем vj1. В таком случае G0= -3^Ь-Г°-,    (2-29) где V3 и V0 — показанные на фиг. 2-59 фактические объемы парового цилиндра ■С 4 '
— z a S’> V3—е. Рассмотрим сначала методику переноса в координаты Т, 5 идеализированной индикаторной даграммы abedfc с адиабатическим расширением и адиабатическим сжатием при условии работы сухим насыщенным паром. Положим, что верхняя и нижняя пограничные кривые на 75-диаграмме (фиг. 2-60) — АВ и CD — относятся к количеству (G 4- Gq) кг пара [абсциссы кривых умножены на (G-f G0)]. Так как в точке b индикаторной диаграммы пар— сухой насыщенный, то в координатах 7, S точка b лежит на верхней пограничной кривой. Адиаоатический процесс расширения (G + G0) кг пара изображается на 75-диаграмме вертикалью Ье; положение точки е определяется температурой, которую находят по таблицам насыщенного пара для давления в точке е индикаторной диаграммы. Если бы линия be не была адиабатои, положение точки е можно было бы определить указанной температурой и степенью сухости: (G -j- G0) v П    „ где ve —удельный объем сухого насыщенного пара при давлении в точке е. Положение уточки d на 75-диаграмме определяется: 1) температурой t2, соответствующей (по таблицам для насыщенного пара) давлению р$, 2) степенью сухости где va —удельный объем сухого насыщенного пара при давлении р2. Аналогично может быть перенесена любая промежуточная точка линии ed. Отметим, чт^ состояния пара на линии ed в 75-диаграмме являются фиктивными, так как относятся к смеси пара — находящегося в цилиндре] и выпущенного из машины. В действительности пар, остающийся в цилиндре, лишь незначительно меняет свою степень сухости в период выпуска. Линия выпуска df и на 75-диаграмме является горизонтальной прямой const). Положение точки/ определяется степенью сухости Ур~Ь Уз (G0 + G) vf где vf =vd. Это состояние пара также является фиктивным, потому что в действительности в цилиндре машины находится лишь G0 кг пара, который мы приняли сухим насыщенным. С другой стороны, G кг пара находится в конденсаторе в виде воды, а мы это количество условно перенесли в цилиндр, образовав смесь Go кг пара и G кг воды. Сжатие G0 кг пара в цилиндре по линии /с происходит, как мы условились, адиабатически. Однако количество G кг воды, находящееся в этот момент в котле, условно переносится в цилиндр машины,и во время сжатия пара ооа эти количества — G и Gq_ имеют в каждый данный момент одинаковые давления и температуры. Поэтому в период сжатия G0 кг пара к G кг воды должна быть подведена теплота жидкости, повышающая температуру воды до температуры пара. Линия /с в 75-диаграмме должна указывать поэтому на подвод тепла в количестве, определяемом нижней пограничной кривой, построенной для G кг. Таким образом, линию /с можно способами. 1) Положение любой точки g этой линии можно •определить температурой tg, соответствующей давлению ps на индикаторной диаграмме, и степенью сухости: построить двумя v*+vo (G + Gu)t/ (2-33)
2) ha 75-диаграмме нетрудно построить нижнюю предельную кривую АВ' для G кг воды; абсциссы этой кривом (энтропия воды) меньше абсцисс кривой АВ ^...отношении количеств жидкости, т. е. например: -TL -Г, О В точке / энтропия смеси складызается из энтропии G кг воды и G0 кг пара. Энтропия G кг воды измеряется отрезком та; следовательно, энтропия G0 кг пара эквивалентна отрезку nf. Так как пар сжимается адиабатически, энтропия его остается постоянной, а потому совместный процесс GGo кг смеси изображается линией /с, эквидистантной АВ: в каждой точке линии /с энтропия складывается из возрастающей вследствие подвода тепла энтропии воды и постоянной при адиабатическом сжатии энтропии пара. Кривую Афь можно рассматривать как нижнюю пограничную кривую для G кг пара, если начало координат диаграммы перенести из точки О в Оъ т. е. на величину энтропии G0 кг пара в конце выпуска. огда линия fc одновременно изображает: 1) процесс нагрева G кг воды в котле (начало координат в точке C'i); 2) процесс сжатия G0 кг пара, причем изменение энтропии характеризуется горизонтальными отрезками между кривыми АВ' и АХВХ, в данном случае—эквидистантными; 3) общее изменение состояния (О -4- Gq) кг смеси, отнесенное к началу координат в точке О. В точке с начинается впуск свежего пара, вслед-чего давление в цилиндре поднимается до рlt а * о-диаграмме изохора са может быть построена по точкам. Например, в точке а (2-34)
(G + G0) v'a’ ’ где va —удельный объем сухого насыщенного пара при давлении рх. Состояния пара, читаемые на линии са TS-диаграммы, являются, конечно, фиктивными: по линии са происходит подвод тепла при постоянном объеме, и точка а характеризует состояние смеси G0 кг пара, оставшегося в цилиндре, и G кг воды, испаряемой в котле. Линия аЪ для насыщенного пара представляет собой изотерму. На 75-диаграмме точка b характеризуется заданным состоянием пара (в нашем случае ХЬ — V- Количество подведенного к G + G0 кг пара тепла ФИ0КТИВНОМ процессе измеряется площадью aotrjc. а действительности, тепло подводится к G кг воды в котле и составляет 5 Г. С. ЖнрицкнЭ. где il —теплота жидкости при температуре впуска *2—то же, при температуре впуска t2; гх—скрытая теплота парообразования при температуре tx. Величина G (г/ — i'2 ) измеряется на фиг. 2-60 площадью под кривой kti или равной ей площадью rfaxu. Нетрудно доказать, что площадь прямоугольника axbta эквивалентна величине Gr{. В самом деле, отрезок Ы представляет собой разность энтропий пара и воды, отнесенную к (G 4- G0) кг; отрезок kax = nf, как указывалось выше, — энтропию G0 кг пара; отрезок kl между пограничными кривыми для (G -j- G0) и G кг — энтропию G0 кг воды. Следовательно, разность энтропий пара и воды, отнесенная к Gq кг, измеряется отрезком 1ах. Значит, bax^zbi— la j определяет разность энтропии пара и воды для G кг и площадь прямоугольника a-fitti равна G/> Таким образом, тепло, подведенное в котле к G кг свежего пара, измеряется площадью axbtrf, которая больше площади abtrfc диаграммы фиктивного процесса на величину площадки ахас. Эго объясняется потерей энергии свежего пара при втекании его во вредное пространство: часть энергии свежего пара тратится на создание его скорости, которая затем теряется, повышая теплосодержание пара при пониженном его давлении (линия са).    * Количество отведенного из машины тепла изображается площадью fdetr; количество тепла, превращенного в работу, — площадью abedfc. Эта работа на /;»-диаграмме (фиг. 2-59) измеряется одноименной площадью. Все эти площади, как и площадь axbtrf, относятся к G кг рабочего пара. Поэтому и диаграмма цикла Ренкина для G кг пара на фиг. 2-60 изображается площадью axbexf. Она боль- и адиабатическим расширением. ше рассмотренной площади abedfc на сумму площадок алас и beei. Первая из них, как указано, представляет собой часть потери от вредного пространства, вторая — потерю от неполноты расширения. Если машина работает перегретым паром, то для любой точки индикаторной диаграммы могут быть найдены давление и удельный оиъем пара. По этим параметрам можно определить (по характеристическому уравнению для пара, по таблицам или по/s-диаграмме) температуру пара. Зная температуру и давление пара, нетрудно нанести искомую точку на TS-диаграмме. 15
Ю
Если, например, в точке b (фиг. 2-59) пар перегрет, то г - У±Ъ vb-G + G0- По давлению р\ и удельному объему vb находится температура пара Т[. На 7\5-диаграмме точка Ъ’ лежит на пересечении изобары р\ и изотермы Т{ (фиг.2-60). Линия Ь'е' адиабатического расширения машины, работающей перегретым паром, показана на фиг. 2-60 пунктиром. Перенос в координаты Т,S действительных индикаторных диаграмм производится таким же вычислением удельного объема пара или его степени сухости, как это описано .выше. На фиг. 2-Ы показана тепловая диаграмма прямоточной машины, построенная по индикаторной диаграмме фиг. 2-62 (одноименные точки одинаково занумерованы). Машина работает слегка перегретым паром (212° С при 12,9 ата) при давлении в конденсаторе 0,1 ата. Диаграмма цикла Ренкина для этих параметров заштрихована. Из рассмотрения диаграммы видно, что в процессе-впуска происходит значительное падение давления и температуры пара и что в момент отсечки (точка 6} пар обладает большой влажностью; это свидетельствует о значительной величине отдачи тепл» от пара к стенкам цилиндра. Кривая расширения 6—10 характеризуется повышением степени сухости, т. е. вторичным испарением. Точка 2 оказалась левее Фиг, 2-62. Индикаторная диаграмма прямоточной машины. нижнеи пограничной кривой, что свидетельствует о6> уменьшении энтропии сжимаемого в количестве G0 кт пара вследствие отвода тепла в стенки. Наконец, машина отличается значительными сопротивлениями при выпуске пара, вследствие чего линия 12—13 лежит на тепловой диаграмме заметно выше изотермы отвода тепла цикла Ренкина. Последняя проведена при температуре, соответствующей давлению насыщенного» пара в конденсаторе. 2-19. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПАРОВОЙ МАШИНЫ t & | \ Фиг. 2-61. Тепловая диаграмма прямоточной машины, построенная по индикаторной диаграмме фиг. 2-62. При^помощи тепловой диаграммы можно составить тепловой баланс паровой машины, дающий наглядное представление о Ееличине отдельных потерь в машине-и позволяющий наметить мероприятия по улучшению! экономичности машины. Метод составления полного теплового баланса был впервые (1902 г.) разработан В. И. Гриневецким [Л. 11]-В дальнейшем эта методика была развита и дополнена в трудах советских ученых С. П. Сыромятникова ГЛ. 10], и И. С. Кустова [Л. 13].    ’ При составлении теплового баланса работу исследуемой машины сравнивают с работой по циклу Ренкина и относительным индикаторным коэффициентом) считают отношение    . где— показанная на фиг. 2-63 площадь тепловой диаграммы abedfc, построенной по индикаторной диаграмме; /о — площадь диаграммы цикла Ренкина AXBDC- Обозначения точек действительной диаграммы соответствуют обозначениям на фиг. 2-59. Начнем исследование потерь с точки с — начала впуска. В машике без вредного пространства и без-дросселирования пара при впуске линия впуска при. температуре перед машиной имела бы вид сА^В. В машине с вредным пространством, но также без дросселирования линия впуска, как показано в Предыдущем параграфе, имеет очертание сАВ. Отсюда зывает сумму /6+/i ~ видимой потерей от вред-
= /о-
fx j’ +/е
+/з
ясно, что площадь cAjA— /j определяет величину потери, связанной с заполнением вредного пространства (см. § 2-18).    *■ v Вследствие дросселирования при впуске точка b конца впуска не лежит на линии АШ* Потеря, вызван* ная падением давления при впуске, измеряется площадью /2 = аАВВф. В. И. Гриневецкий называет ее потерей от необратимости впуска. Тепло, измеряемое площадями fx ~\~ частично идет на повышение внутренней энергии пара, частично—на повышение кинетической энергии пара (создание скорости при входе в цилиндр). Так как последняя в цилиндре вновь пореходит в тепло, то к концу впуска к пару дооавляется количество тепла, измеряемое площадью B^HiHqDq —/j Однако из этого тепла в идеальных условиях можно использовать для преобразования в механическую работу лишь f- — ^B^iHD, где
Фиг. 2-63. Тепловая диаграмма паровой машины.
Линия eFi от момента начала выпуска до давления р_j представляет собой изохору. В идеальном процессе, как мы уже отметили, расширение от точки е чт™?,В^еНИЯ л д°лжно оыло пойти по адиабате, по-от н1пп!!11!!ДКа    представляет собой потерю как известной Р^сшиРения — потерю, свойственную, FrnH и Циклу с неполным расширением пара. площадка FfaF    f ПР°ВеСТИ ^ату //•', то пйлг,-™ ь 1—fb определяет величину потери обусловленной сопротивлениями при выпуске или потерю от необратимости выпуска. вьшУске* или пой±Д"абаТИЧ?СКИЙ пР°Цесс сжатия следует линии Сс — /™тельныи—линии /с. Поэтому площадка CcfF~ сжатия. Я6Т величинУ потери от неадиабатичности Все потери можно разделить на группы в зависи мости от причин, их обусловливающих Так, образование площадок /. и f, вызвано няли чием вредного пространства и В. И. Гриневецкий на- h т[
“°™ПР°СТраНСТВа- Так как независимо от нее наличие вредного пространства влияет на потерю от теплообмена со стенками.    ^    ло Плшцади /а и /5 обусловливаются потерями давления при впуске и выпуске пара. Поэтому сумма /а + fs измеряет потерю от необратимости впуска и выпуска. Площадка —потеря от неполноты расширения. Сумма /в+/7 = /8 + (/1+/1)^1 -Щ представляет собой потерю от теплообмена пара со стенками цилиндра.    ' Таким образом, количество тепла, преобразованное в индикаторную работу, fi =/о—СЛ +/„ +/з+/4+/„+/6) -
МЛ^
/т = (/х+Л)(1- (2-35)
т;
Таким образом, чистая потеря от необратимости    Относительный индикаторный к. п. впуска равна (/i-(-/г) “зт , в то время как/7измеряет 11 (2-36)
количество возвращенного тепла, которое могло бы превратиться в механическую работу. Адиабатический процесс расширения в идеальной машине после сообщения тепла /7 должен был пойти по линии НХН. В действительности, он идет по линии be. пели бы машина работала с полным расширением пара, то__от точки е теоретически процесс должен был бы поити по адиабате еЕ. Площадь ЬНХЩВ^ измеряет количество тепла, переданное от пара к стенкам, площадь ЬеЕЕ0В0 — количество тепла, возращенное —1Н« пр Пару; слеД°вательно, сумма площадей /3 = —и /7 представляет собой потерю от начальной конденсации. /] ~h f i 4- /3 + /4 4- f Гу + /в В этом анализе мы пренебрегли утечкой пара через неплотности поршня и парораспределительных органов. К сожалению, ни в индикаторной, ни в тепловой диаграммах не удается выделить влияние утечек и количественно их определить. На очертание обеих диаграмм утечки, конечно, влияют; в тепловой диаграмме, в частности, в зависимости от утечек меняется положение, главным образом, кривых be и /с, а следовательно, величины площадей fs и /8. Влияние утечек остается, однако, скрытым в потерях от теплообмена и от неадиабатичности сжатия. ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ МАШИНЫ МНОГОКРАТНОГО РАСШИРЕНИЯ V,
h 1
V:
kDt
V,
■S;
hi'
Л2 ■
D
V,
2-20. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Если теоретическую диаграмму одноцилиндровой машины (фиг. 2-64) разделить горизонтальной прямой на две части, мы получим так называемую совокупную теоретическую диаграмму машины двойного расширения. Площадь abef представляет собой индикаторную диаграмму цилиндра высокого давления; площадь fegkh — диаграмму цилиндра низкого давления. Если малый цилиндр (высокого давления) работает с неполным расширением пара, то его диаграмма имеет вид <xbe2df. Рабочий объем малого цилиндра измеряется отрезком VhX (или 1/^',); большого цилиндра— отрезком Vhr Давление пара в ресивере обозначено через рг. С этим давлением пар выпускается из ц. в. д. и впускается в ц. н. д. От величины давления в ресивере зависит распределение работы между обоими цилиндрами машины. Объем пара, впускаемого в малый цилиндр, измеряется отрезком V, то же количество пара при впуске в большой цилиндр занимает объем Vhl (при давлении рг). Степень наполнения машины, отнесенная к объему ц. н. д., равна £ — у • vh2
Фиг. 2-64. Теоретическая совокупная диаграмма машины двойного расширения.
Так как площадь abgkh представляет собой индикаторную диаграмму одноцилиндровой машины с рабочим объемом Vh2 то мощность машины двойного расширения теоретически должна быть равна мощности одноцилиндровой машины, в которой при равенстве степеней наполнения рабочий объем цилиндра равен объему большого цилиндра машины двойного расширения. Ходы поршней обоих цилиндров машины делаются одинаковыми. В таком случае, обозначая через Dx или D2 диаметры цилиндров высокого и низкого давлений, найдем:
Если ту же диаграмму abgkh разделить на три части, то мы будем иметь совокупную диаграмму машины тройного расширения, состоящую из диаграмм цилиндров высокого, среднего и низкого давлений. Сказанное относительно машины двойного расширения в полной мере относится к машинам многократного расширения вообще, независимо от числа цилиндров. , Если принять во внимание наличие вредного пространства и сжатия в машине, то совокупная диаграмма принимает вид, изображенный на фиг. 2-65-
Таким образом, если степень наполнения относить к ц. н. д., то она равна степени наполнения одноцилиндровой машины той же мощности, имеющей цилиндр такого же объема, как ц. н. д. машины двойного расширения. При исследовании малого цилиндра как самостоятельной единицы его степень наполнения больше степени наполнения одноцилиндровой машины в отношении объемов цилин
■Si К
(2-37)
дров
к Di
'hi
V,
h2
V
Л2
hi
а отнесенная к объему ц. в. д.
'hi
Цилиндр высокого давления работает обычно с неполным расширением пара. Это поззо- Фиг. 2-65. Совокупная диаграмма машины двойного расширения. ширения в ц. в. д.), а объем пара, впущенного в большой цилиндр, — отрезком а\Ь\. Сжатие в ц. н. д., как будет пояснено ниже, редко доводится до давления в ресивере. Линия ab, разделяющая обе диаграммы, может быть прямой линией лишь в случае бесконечно большого объема ресивера. В действительных машинах вследствие небольшого объема ресивера линия эта, как будет показано, имеет иной вид. Кроме того, линия ab лежит несколько выше линии аф\ — ка величину потери давления при переходе из ц. в. д. в ц. н. д. 2-21. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МАШИН МНОГОКРАТНОГО РАСШИРЕНИЯ В § 2-3 и 2-6 указывалось на целесообразность применения машин многократного расширения, так как в них достигается уменьшение потерь от утечки и от теплообмена. Эти качества многоступенчатых шъшш являются основными, завоевавшими им широкое распространение. Машины многократного расширения имеют еще два больших преимущества. 1. Возможность применения пара высокого давления. В одноцилиндровой машине эта возможность ограничена, во-первых, из-за большой разности давлений между полостями цилиндра, обусловливающей значительную утечку пара; во-вторых, из-за малой степени наполнения, получающейся при высоком давлении впуска и низком давлении в конце расширения. Малые степени наполнения вообще неудобны, так как вызывают неспокойную работу машины; небольшие колебания продолжительности впуска обусловливают значительные изменения мощности машины; независимо от этого при некоторых системах распределений (простых золотниковых, например) малые наполнения вообще неосуществимы. Все эти затруднения отпадают в машине многократного расширения. Перепад давления распределяется на несколько цилиндров, вследствие чего уменьшаются потери от утечки. Малая степень наполнения на совокупной диаграмме оказывается довольно значительной по отношению к объему ц. в. д. и не вызывает каких-либо конструктивных затруднений. 2. Возможность осуществления низких давлений пара в конце расширения. При малом давлении ре в конце расширения увеличиваются, конечно, размеры машины, а следовательно, и ее первоначальная стоимость; однако, расход пара с уменьшением ре понижается, и поэтому рекомендуется выбирать те небольшие значения ре , которые были указаны в § 2-9. С понижением давления ре уменьшается степень наполнения; это нежелательно для одноцилиндровой машины, но вполне допустимо для машины многоступенчатой. В машинах тройного расширения, например, давление ре в конце расширения составляет обычно 0,5— 0,9 ата (при работе на конденсацию) и доходит даже до 0,4 ата. Недостатки машин многократного расширения сравнительно невелики и во многих случаях не имеют существенного значения. Недостатки эти сводятся к следующим: 1.    Высокая (по сравнению с одноцилиндровой) стоимость машины. 2.    Повышенная стоимость эксплоатации вследствие увеличения расходов на ремонт, обслуживание и смазку машины. 3.    Незначительное понижение механического к. п. д., что обусловливается наличием нескольких цилиндров и увеличением числа движущихся частей. 4.    Медленность регулирования. Обычно под воздействием регулятора находится лишь ц. в. д. Большой цилиндр имеет постоянную степень наполнения, которая иногда может изменяться лишь от руки. Поэтому при колебании нагрузки, как это видно из фиг. 2-64, должно изменяться давление в ресивере. При увеличении нагрузки, . например, диаграмма ц. в. д. принимает вид abie{fu а ц. н. д.— f\£igikh. Давление в ресивере повышается с Рг до рг . Независимо от того, что изменяется распределение работы между цилиндрами (увеличилась лишь диаграмма ц. н. д.), самый переход к новому режиму работы происходит постепенно. Лишь после нескольких оборотов машины индикаторные диаграммы получают необходимое очертание для новой нагрузки. При уменьшении последней происходит обратное явление. Степень наполнения Ц- в>. д. падает; уменьшается, следовательно, и количество пара, переходящего в ресивер. Это сказывается прежде всего на падении давления в последнем, и лишь по достижении нового давления в ресивере устанавливается другой режим работы. Чем больше число цилиндров и чем значительнее объем ресивера,-тем медленнее происходит регулирование. Недостатки описанного способа регулирования устранимы путем распространения действия регулятора и на ц. н. д. (в машинах тройного расширения — на средний цилиндр). В этом случае давление в ресивере остается постоянным, а степень наполнения большого цилиндра увеличивается или уменьшается в соответствии с изменением наполнения малого цилиндра. При этом распределение работы между цилиндрами остается приблизительно постоянным. 2-22. ОТНОШЕНИЕ ОБЪЕМОВ ЦИЛИНДРОВ При проектировании машины отношение объемов цилиндров определяют в зависимости от давления в ресивере рг . При выборе этой величины руководствуются выполнением следующих условий: 1.    Распределение мощности машины поровну между обоими цилиндрами. Площадь совокупной диаграммы должна быть разделена при этом линией,об (фиг. 2-65)' на две равные части. 2.    Равенство наибольших усилий на поршень в каждом цилиндре; при этом в частях движения, имеющих одинаковые размеры для обоих цилиндров, возникают одинаковые напряжения.    , В этом случае J^Ai_^1_Рг Рг .    ~ D\~~P\-P Г ' Так как в последнем уравнении имеется два неизвестных — рт и —, которые зависят друг от друга, то решение этого уравнения возможно лишь методом последовательных приближений. Каждое из приведенных правил может дать для проектируемой машины различные величины отношения объемов. Для машин тандем, в которых оба цилиндра работают на один кривошип, последнее условие не имеет существенного значения, и по отношению к этим машинам можно руководствоваться первым правилом. При проектировании машин компаунд целесообразно руководствоваться вторым правилом, соблюдая приблизительно и первое условие. Проведя на теоретической совокупной диаграмме (фиг. 2-64) линию fe на высоте /?,, мы определяем с первым приближением отношение объемов Это отношение можно положить в основу последующих построений. Для того, однако, чтобы впоследствии не пришлось их переделывать из-за неправильного выбора отношения объемов, лучше построить еще совокупную диаграмму по типу фиг. 2-65, приняв во внимание вредные^ пространства обоих цилиндров и сжатие пара. При построении можно исходить из той же степени наполнения, что и на теоретической диаграмме: конечное давление сжатия в ц. в. д. выбрать равным приблизи-Р\ 4- рг тельно £ ; для уменьшения объема ц. в. д. применить неполное расширение пара. В ц. к. д. иногда доводят давление сжатия до величины Р,, но лучше и здесь применить неполное сжатие, выбрав давление в точке с, равным (0,5 -ь 0,8) рг.    - Кривую расширения из точки Ъх следует вести до точки е, в которой давление ре выбирается в соответствии с указаниями § 2-9. При этом длина диаграммы низкого давления может быть изменена для достижения указанной величины. В случае надобности могут быть изменены также и давление в ресивере, и степень наполнения малого цилиндра с целью получения равенства площадей диаграмм (в случае необходимости) и надлежащего отношения объемов. Обычно в машинах двойного расширения тг— =2,2-^3. В машинах тройного расширения 'iVk2~ °бъем цилиндра среднего давления). Объем ресивера в значительной мере влияет на очертание линии ab (фиг. 2-65). Большее или меньшее отклонение этой линии от горизонтали сказывается как. на распределении работы между цилиндрами, так и на полноте индикаторной диаграммы. С другой стороны, размеры ресивера вли-■яют на быстроту регулирования машины; с этой точки зрения желателен ресивер с наименьшим объемом. Поэтому, хотя при ресивере большого объема линии выпуска из ц. в. д. и впуска в ц. н. д. приближаются к их теоретическому горизонтальному направлению, все же следует при конструировании машины по возможности сокращать объем ресивера во избежание потерь тепла в нем и для увеличения чувствительности регулирования. Обычно 2-23. ВЫБОР ТИПА МАШИНЫ Хотя с машинами двойного расширения успешно конкурируют одноцилиндровые прямоточные машины, область применения первых машин все еще значительна (в особенности для судовых установок). Из горизонтальных машин наибольшее распространение получили тандем-машины, занимающие меньшую площадь пола и более дешевые, чем машины компаунд. Последнее обстоятельство объясняется наличием лишь одного комплекта основных частей движения в системе тандем, меньшей длиной вала и меньшим числом подшипников, чем в машине компаунд. Для вертикальных машин подходящей системой расположения цилиндров является тип компаунд. Система тандем применяется реже, так как машина получается слишком высокой. Машины тройного расширения сейчас применяются только в судовых установках. Чаще •всего они выполняются вертикальными по типу компаунд с углом 120° между кривошипами. Прямоточная система имеет ограниченное распространение в машинах многократного расширения. Для применения этой системы в в. д. необходимо снабжать цилиндр добавочным клапаном для выпуска (что, конечно, противоречит принципу прямоточности и усложняет конструкцию). В противном случае давление в конце сжатия в ц. в. д. вследствие значительного давления в ресивере будет превышать давление впуска. Для работы в качестве ц. н. д. прямоточные цилиндры могут применяться с большим успехом. Однако и здесь имеется опасность образования петли отрицательной работы в конце сжатия. Во изоежание этого необходимо работать с высоким разрежением и значительным давлением в ресивере, что связано с большим отношением объемов цилиндров ( Прямоточный цилиндр низкого давления нередко применяется в локомобильных машинах. 2-24. ОБЪЕМНЫЕ ДИАГРАММЫ Для вычерчивания индикаторных диаграмм машин многократного расширения необходим» знать в каждый данный момент величины объемов цилиндров, участвующих в процессе. Удобнее всего пользоваться графиком, представляющим изменение объема полости цилиндра в зависимости от времени (фиг. 2-66).. Описываем из центра О окружность, которую принимаем за окружность вращения кривошипа. Диаметр окружности должен быть взят равным рабочей длине индикаторной диаграммы. Делим окружность на несколько равных частей (12-f-16). На вертикали через нулевое деление откладываем в произвольном масштабе отрезок MN, представляющий собой время одного оборота (или двух ходов поршня). Разделив отрезок MN на столько же равных частей, как и окружность, мы получим отрезки Ml', 1'2', 2'3'..представляющие собой отрезки времени, в течение которых палец кривошипа проходит пути 01, 12, 13.. * Проведя вертикали через точки 0, 1, 2, 3... до пересечения с горизонталями через точки М, 1', 2', 3'..., получим ряд точек I, II,..., принадлежащих кривой пути поршня в функции времени. Так как освобождаемый поршнем объем цилиндра пропорционален пути поршня, то отрезки 1' I, 2’ //,... представляют собой в известном масштабе объемы одной из полостей цилиндра при том или ином положении кривошипа7. Кривая МА соответствует нижней полуокружности (при вращении кривошипа по часовой стрелке), кривая AN— верхней полуокружности вращения кривошипа. Для произвольного положения кривошипа ОБ отрезки ED и DC представляют собой объемы правой и левой полостей цилиндра. 2-25. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ТАНДЕМ-МАШИНЫ ИЛИ МАШИНЫ КОМПАУНД С КРИВОШИПАМИ, ЗАКЛИНЕННЫМИ ПОД УГЛОМ 180° Построив совокупную диаграмму (в соответствии с указаниями, приведенными в § 2-20 и 2-22) определяем отношение объемов vhi ' цилиндров у—, сообразуясь, конечно, с нормально применяемыми величинами. Задаемся в зависимости от рода парораспределения объемами вредных пространств каждого из цилиндров. Объем ресивера Vf, если размер его не задан, принимаем: ^ Угловая скорость вращения принимается постоянной, хотя в действительности она несколько меняется на протяжении одного оборота. 1 При построении диаграммы принято, что шатун имеет бесконечно большую длину. Для точных построений следует принимать во внимание конечную длину шатуна. Откладываем по оси абсцисс диаграммы фиг. 2-67 последовательно в избранном мас-штабе1 отрезки: Vhl; v01 = eiVkl; V/t V02 = По методу, изложенному в предыдущем параграфе, строим кривые объемов ABC и DEF. В соответствии со схемой тандем-машины (фиг. 1-4) вершины Е и В обеих кривых лежат на одной горизонтали. Откладываем от оси абсцисс давление впуска рг в ц. в. д. и отмечаем точку а. Момент отсечки определяется из совокупной диаграммы. Если из последней определена степень наполнения е по отношению к объему ц. н. д. то при нанесении точки b необходимо эту степень наполнения увеличить в отно-Vh2 шении . От точки b строим известным методом кривую расширения be в ц. в. д. (полюсом построения служит точка О). Если пренебречь опережением выпуска (что для практических целей вполне допустимо), то в точке е ц. в. д. сообщается с ресивером. Так как в этот же момент начинается впуск пара в ц. н. д. (опережением впуска пренебрегаем), то от точки е (а! на диаграмме низкого давления) начинается совместный процесс в обоих цилиндрах, соединенных ^ресивером. Так как скорости обоих, поршней одинаковы и в ц. н. д. освобождается объем больший того, который имеет пар, выталкиваемый из ц. в. д., то происходит расширение пара. Кривая расширения ed подчиняется закону pv — const. Построение кривой ed производится следующим образом. Для точки е нам известны общий объем* занимаемый паром, (на объемной диаграмме сумма эта измеряется отрезком ЕВ) и давление пара рг (предполагается, что в ресивере, в момент его сообщения с цилиндрами, давление также составляло рг). Любую точку х искомой кривой на расстоянии Vxl от вертикали, ограничивающей ц. в. д., мы можем наметить, определив давление рх из уравнения -РесиВер Фиг. 2-67. Индикаторные диаграммы тандем-машины.
Рг (Уи+Ут+К+ К») = Р, (К, + К, + + К+К,+ Кг). где VxZ — объем полости ц. н. д., соответствующий положению поршня высокого давления в точке х. Сумма объемов для точки х определяется при помощи объемных кривых отрезком zy. Таким образом, Таким способом может быть найдено любое число точек на кривой расширения ed. Все эти точки следует перенести и на диаграмму ц. н. д. Перенос производится при помощи кривых объемов: точке х соответствует точка х', лежащая на том же давлении рх под точкой у диаграммы объемов. Процесс совместного расширения пара закончится в момент отсечки в большом цилиндре. Для определения точки Ь' (конец впуска) задаемся давлением ре в конце расширения в ц. н. д. (§ 2-9) и от точки ет строим кривую расширения е'Ь’. Полюсом построения служит точка О'. Точку Ь' переносим на диаграмму высокого давления (точка d). Начиная с этого момента, пар из ц. в. д. выпускается в ресивер, и так как последний имеет конечный объем, пар сжимается. Линия сжатия df строится как равнобокая гипербола из полюса О', та к как процесс этот распространяется на малый цилиндр и ресивер. Сжатие продолжаем до достижения давления рт. Так как в точке f выпуск пара из ц. в. д. прекращается, то в ресивере остается пар с давлением рг, т. е. с тем же давлением, которое имеет пар, выходящий (при новом ходе поршня) из ц. в.’д. (в точке е). От точки / строим известным способом (из полюса О) кривую fc сжатия пара в малом цилиндре. Переходя к диаграмме низкого давления, намечаем линию выпуска d'f и определяем положение точки /' построением кривой сжатия a'f. При этом исходим из точки а', т. е. объем Ve, смещается с паром давлением рт, находящимся в объеме Vr. В результате установится давление ре, подчиняющееся закону Дальтона: Ре Уе ~|- Рг У г К ~h К * При дальнейшем движении поршня малого цилиндра влево давление смеси будет падать и в точке k, соответствующей точке с', т. е. началу впуска в ц. н. д., будет составлять P'e(Ve+V'r) РеУеЛ- РГУ* : *
Фиг. 2-68. Индикаторные диаграммы тандем-машины с из ц. в. д. и опережения впуска
учетом опережения выпуска в ц. н. д.
доводим сжатие до давления рг при впуске в большой цилиндр. Полюсом построения служит точка О'. Направление всех кривых при их построении указано стрелками. Штриховкой кривых объемов отмечены отдельные фазы парораспре-* деления. Перекрестной штриховкой обозначена область совместной работы всех трех объемов. Описанный случай представляет собой простейшее очертание индикаторных диаграмм. Обычно, однако, в ц. в. д. не достигают полного расширения пара: при выпуске пара из малого цилиндра допускают перепад давления, т. е. конструируют машину так, чтобы давление в ресивере в момент сообщения обоих цилиндров было меньше давления в конце расширения ц. в. Д- (точка е). Достигнуть этого можно уменьшением степени сжатия в ц. н. д. Это полезно и с иной точки зрения. Часто при построении из точки а' кривой сжатия (фиг. 2-67) последняя не пересекается с линией выпуска на протяжении индикаторной диаграммы; в других случаях получается чрезмерная продолжительность сжатия. Понижение конечного давления сжатия в этих случаях неизбежно. Конечное давление сжатия в ц. н. д. следует выбрать Рс=(0,5 + 0,8)рг я провести кривую сжатие c'g' (фиг. 2-68) через точку с'. При построении диаграммы учтем также опережение выпуска из ц. в. д. (точка е) и опережение .впуска в ц. н. д. (точка с')- Если давление ре^>рп то в момент начала выпуска из ц. в. д. произойдет выравнивание давлений в ц. в. д. и в ресивере. Пар давлением ре, занимающий В этот момент произойдет смешение пара, занимающего объем Vk, с паром давлением рс, находящимся во вредном пространстве ц. н. д. и объеме V'e этого цилиндра. В результате в мертвой точке уста новится давление PkУь “f" Рс (^02 4- Ус) /hi + ^01 + У г + Ум От точки g(a') кривая расширения пара в обоих цилиндрах строится так же, как и на индикаторной диаграмме фиг. 2-17. Линия сжатия df доводится до величины давления в ресивере рг. Давление это может быть выбрано равным ре. Тогда перепада давления в момент начала выпуска из ц. в. д. не будет, и линия ек изобразит процесс расширения в ц. в. д. и в ресивере. В точке k произойдет перепад давления, вызванный началом впуска в ц.н. д. Выбором давления рг(рг^ре) можно регулировать величину перепада давления ре — pg. Фиг. 2-69. Совмещенные индикаторные диаграммы тандем-машины. При построении можно учесть потери давления при перепуске из ц. в. д. в ц. н. д. и линию а'Ь' вычертить ниже на величину этой потери. Такое построение выполнено на фиг. 2-69, где диаграмма большого цилиндра помещена под диаграммой ц. в. д., причем абсциссы первой из них уменьши шены в -г? раз. Связь между отдельными точками hi обеих диаграмм ясно видна на фиг. 2-69. 2-26. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ МАШИНЫ ДВОЙНОГО РАСШИРЕНИЯ С КРИВОШИПАМИ, ЗАКЛИНЕННЫМИ ПОД УГЛОМ 90° (МАШИНА КОМПАУНД) На фиг. 2-70 выполнено построение индикаторных диаграмм машины компаунд для часто встречающегося случая, когда кривошип ц. н. д. опережает по ходу вращения кривошип ц. в. д. По оси абсцисс фиг. 2-70 откладываем последовательно в произвольном масштабе объемы: ц. в. д. VhX, его вредного пространства Vou ресивера Vr> вредного пространства ц. н. д. V02, большого цилиндра Vh2 и еще раз объем его вредного пространства У02. Строим кривые объемов AFAlB1 и ZI4"X\, причем вершине А первой кривой (т. е. мертвому положению поршня) соответствует точка Z на кривой большого цилиндра, в которой кривошип находится под углом 90° к кривошипу ц. в. д., а поршень и. н. д. — в среднем положении (конечной длиной шатуна пренебрегаем). Положение поршней и кривошипов в этот момент изображено на схеме 1 фиг. 2-70. Рассмотрим сначала последовательность процессов в цилиндрах, а затем порядок построения диаграмм. В ц. в. д. после впуска ab и расширения -be начинается в точке с выпуск в ресивер (точка с соответствует моменту опережения выпуска). В этот момент, как видно из схемы 2, в крышечной полости ц. н. д. происходит впуск пара из ресивера, и состояние пара на индикаторной диаграмме ц. н. д. определяется точкой s'. Освободившийся объем в крышечной полости ц. н. д. в точке s' находят по диаграмме объемов путем проектирования точки с в С, проведения линии CS' и проектирования точки S' на диаграмму большого цилиндра. В результате смешения пара давлением _рс, занимавшего объем VM -j- V01 — V2, и пара -Давлением ps в объеме Vr -}- К02 -j- Vs (индексы с и s соответствуют течкам с й s' диаграмм) установится давление смеси р — Vhi + Vn ~ Уг) + РАУг + Ур» + Vs) d i'fti + Voi —Va-f-V,+ V02 + Vs _pfic2 psc-iS’ От точки d(d') начинается совместный процесс обоих цилиндров через ресивер л е. кривошипной полости ц. в. д. й крышечной полости ц. н. д. Этот процесс выражается в расширении пара, и в конце этого процесса достигается давление п — е аШ ■ Процесс заканчивается в точке <? на диаграмме ц. в. д., потому что в точке ё происходит отсечка в большом цилиндре. Этот момент отражен на схеме 3. Малый цилиндр после отсечки в ц. н. д. остается сообщенным с ресивером: на пути в/ продолжается расширение в малом цилиндре и в ресивере, причем От точки / совместный процесс ц. в. д. и ресивера продолжается, но теперь в связи с обратным ходом поршня и уменьшением суммарного объема, в котором заключается пар, начинается сжатие пара в малом цилиндре и в ресивере. Процесс может быть построен по закону равносторонней гиперболы fe из полюса О'. Положение кривошипов и поршней в точке g изображено на схеме 4. В этот момент приходит в сообщение с ресивером кривошипная полость ц. н. д., в которой начинается впуск пара. Состояние пара в большом цилиндре определяется точкой х" (конец сжатия). Поэтому в момент, изображенный на схеме 4, происходит смешение паров: давлением рх в объеме К1,+К02= = Х"Х2 и давлением pg в объеме, измеряемом отрезком GG2. Давление смеси р __ _Рх^'Хъ ~Ь PgGGi h iTXz + GGl определяет положение точек h,h". От этих точек вновь начинается совместный процесс трех объемов: кривошипной по- КриНошипная полость ц I д.- Крышечная пдлоста цнд.    Кривошипная полость ц.нд. Схема 3 ШШШ Впуск В ц в д Расширение I цВ д. K\\VSS1 Расширение В ц В д .ресиВере и к» д MllililH Статие S ц.В д и В ресиВере Сжатие I ц н д. V/.V//A Расширение В ресиВере и и н 3 Статие и расширение S ц 5 д., ресиВере и ин-3. CZHD Расширение В и н 9. Фрг. 2-/0. Ирдикаторные диаграммы машины компаунд,
Работа пара в паровой машине [разд.
лости ц. в. д., ресивера и кривошипной полости ц. н. д. В первой части этого процесса hk(h!'i"k") пар сжимается, так как большой поршень имеет здесь малую скорость, и в единицу времени объем ц. в. д. уменьшается на величину, большую, чем та, которая освобождается в ц. н. д. Во второй части процесса (km) скорость малого поршня уменьшается, а большого — возрастает, вследствие чего процесс становится процессом расширения. Кривые hin(h"i''m") строятся по точкам, переносимым через кривые объемов. Например, в точке i    ' р — PhtGGi + X"X,) 1 щ+тч; • Соответствующее положение поршней и кривошипов изображено на схеме 5 (правое мертвое положение большого поршня). Совместный процесс заканчивается в точке т, в которой прекращается выпуск из ц. в. д. (схема 6'). От точки т в ц. в. д. идет линия сжатия тп, которая строится как равносторонняя гипербола из полюса О. В точке п начинается впуск в кривошипную полость ц. в. д. На индикаторной диаграмме ц. н. д. после отключения в точке т"(т') малого цилиндра происходит расширение m"s" {m's') в ресивере и в ц. н. д. Кривая представляет собою гиперболу из полюса О. В точке s', как мы видели, вновь открывается сообщение между ц. в. д. и ресивером и происходит так называемый вторичный впуск в ц. н. д. (его может и не быть, если отсечка в большом цилиндре—в точке е'— наступит до прихода поршня ц. в. д. в точку с). В точке ё начинается расширение в ц. н. д. (гипербола e’t' построена из полюса О'), в точке tl—начало выпуска, в точке у'— начало сжатия в крышечной полости ц. н. д. (кривая у'х1 построена из полюса О'). Можно рекомендовать следующий порядок построения диаграммы. Из совокупной диаграммы находят степень наполнения и давление в конце расширения большого ^цилиндра (точка v' на диаграмме крышечной полости ц. н. д.). Строят линию v'e' на диаграмме большого цилиндра, и точку ё через кривые объемов переносят на диаграмму малого цилиндра (в точку ё). Давление ре выбирают при этом так, чтобы точка Е на кривой объема ц. в. д. почти совпадала с точкой F. Строят линии выпуска и'у’ и сжатия у'х' в ц. н. д. (давлением в конце сжатия и величиной Vx задаются). Одновременно наносят линию и"у"х”. На диаграмме малого цилиндра через точку е проводят кривую сжатия feg. Точка g на кривых объемов соответствует точкам h", х на диаграмме кривошипной полости ц. н. д. Определяют давление рк и строят кривые hm, h'i'm’ и h!'i"m". Положение точки т находят построением кривой сжатия пт из точки п (давлением в этой точке и величиной К, задаются). Исходя из точек ё, е строят по точкам кривые e'd' и ed. Определяют давление __ pdCS'-p,C,S' с    СС2 " Из точки с строят кривую расширения cb и определяют положение момента отсечки в ц. в. д. На диаграмме ц. н. д. строят кривую m's' на пути 1/^, который определяется положением точки d'. Достраивают диаграмму крышечной полости ц. н. д.    ’ При построении индикаторных диаграмм можно пользоваться разными исходными величинами: давлением в конце расширения и степенью наполнения большого цилиндра, давлениями в конце сжатия как малого, так и большого цилиндров. Можно добиться, в частности, ликвидации перепадов давления cd, gh, d’s’, хотя более целесообразны диаграммы с этими перепадами. В действительных, снятых с машин индикаторных диаграммах перепадов давления cd, gh, d's' не наблюдается, так как они обычно сглаживаются вследствие постепенности открытия и закрытия органов парораспределения. 2-27. КОМБИНИРОВАНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ДИАГРАММ МАШИН МНОГОКРАТНОГО РАСШИРЕНИЯ И ПЕРЕНОС ИХ В КООРДИНАТЫ TS Снятые с машины индикаторные диаграммы имеют обычно произвольную длину (зависящую от диаметра барабана индикатора и масштаба ходоуменыпителя) и различные масштабы давлений. Для анализа этих диаграмм целесообразно привести их к виду совокупной диаграммы, т. е. построить в одном масштабе в общих осях координат. На фиг. 2-71 показаны диаграммы отдельных цилиндров машины компаунд и построенная по ним комбинированная диаграмма. U. В. Д. Масштаб пружины Фиг. 2-71. Комбинирование индикаторных диаграмм машины двойного расширения. Фиг. J2-72. Индикаторные диаграммы машины двойного расширения в координатах Т, S.
Длиьу диаграммы высокого давления несколько уменьшаем и делаем ее равной отрезку Vhl. Длина диаграммы ц. н. д. Vh2 должна быть больше длины диаграммы малого цилиндра в отношении объемов цилиндров, т. е. в отношении _JL. Таким образом, при переносе на комбинированную диаграмму меняем абсциссы обеих диаграмм так, чтобы отношение длин их равнялось отноше- Масштаб давлений (т2 —10) диаграммы ц. н. д. оставляем без изменения; поэтому масштаб давлений диаграмм ц. в. д. должен быть т.    • увеличен в ^ ра3) в нашем случае—в 2,5 раза. Таким образом, диаграммы приведены к одному масштабу по оси абсцисс и одному масштабу по оси ординат (1 кг/см2 = 10 мм). В общих осях координат диаграммы располагают так, чтобы линия сжатия ц. н. д., продолженная вверх (по отношению к началу координат в точке 0:), совпала с продолженной вниз линией сжатия ц. в. д. _Далее стРоят диаграмму цикла с неполным Р ширением пара. Точку а выбирают на продолжении кривой сжатия в ц. в. д.; длину аЬ линии впуска вычисляют по фактическому (опытному) расходу пара. Линию расширения продолжают до давления р при выпуске из Ц. н. д.    r    J .заштрихованные на фиг. 2-71 площадки представляют собою сумму потерь по отношению к циклу с неполным расширением пара.    г Индикаторные диаграммы машины многократного расширения переносят в систему координат TS по тем же правилам, которые] были указаны для одноцилиндровой машины (§2-18). Полагая, что как в ц, в. д., так и в ц. я. д. впускается за один ход G кг пара, обозначим количество пара, сжимаемого в малом цилиндре, чеоез Got а в большом цилиндре — через G02.    ' ’ Диаграмму ц. в. д. строим между пограничными кривыми для (G + Goi) кг пара (фиг. 2-72). Для ц. н. д. начало координат смещаем в точку Or так, чтобы отрезок ai измерял энтропию G02 кг пара, остающуюся постоянной в процессе адиабатического сжатия Тогда точка f' начала сжатия (как и точка / в ц. в. д.) лежит на кривой ad эквидистантной нижней пограничной кривой для G кг пара. abca представляет собой диаграмму цикла Ренкина, заштрихованные площади — тепловые потери машины относительно этого цикла. 2-28. МОЩНОСТЬ МАШИН МНОГОКРАТНОГО , РАСШИРЕНИЯ Зная размеры цилиндров машины и имея индикаторные диаграммы обоих цилиндров, легко определить мощность машины по формулам, приведенным в § 2-12. Обозначив среднее индикаторное давление в каждом из цилиндров машины двойного расширения через рп и р.2 (давления эти можно определить из диаграммы так же, как и в случае одноцилиндровой машины), найдем суммарную площадь обеих диаграмм: Q = Ру 1У hi Р^Укг- Среднее индикаторное давление обоих цилиндров, отнесенное к объему ц. н. д. (2-38)
■Pm
Во многих случаях можно обойтись и без определения рп и pi2 в отдельности. Измеряют площади обеих диаграмм (приведенных к одному масштабу, как на фиг. 2-71) и сумму их делят на длину диаграммы низкого давления Vh2. Полученная величина среднего индикаторного давления подставляется в фоо-мулу:    м h ■    е    75 » где F2 площадь поршня ц. н. д. При заданной мощности можно из этой же формулы определить значение F„, а диаметр ц. н. д. находят из соотношения Диаметр ц. в. д. у hi
Если учитывать точно полезные площади оооих поршней и индикаторные давления в каждой из полостей цилиндров, то мощность шшины следует определять по более точной формуле: ~ ТтЪ Рп + Fi Рп + К Рп + К р"2)> где Fx полезная площадь поршня одной п ПОЛОСТИ Ц. В. Д.; Fx полезная площадь поршня другой полости ц. в. д : г    „    —»    . /-S.) Рц и Рц — соответствующие им средние индикаторные давления. Аналогичные величины для ц. н. д. снабжены индексом 2. . Ход поршня машины определяют при поо-ектировании из формулы    * Среднюю скорость поршня выбирают на тех же основаниях, что и в случае одноцилиндровой машины. Отношение должно находиться в следующих пределах: У горизонтальных тихоходных машин . .0,9-^-1,8 у вертикальных тихоходных машин . . .0,54-0,9 у горизонтальных быстроходных машинО,7-М,0 У вертикальных быстроходных машин. . 0,Е-Ю,7 Механический к. п. д. берется на 2-т-3% меньше значений, указанных для'одноцилиндровых машин. Вышеприведенные формулы распространяются и на машины тройного расширения, причем под D2, F2 и здесь надо понимать диаметр и площадь поршня ц. н. д. 2-29. ИНДИКАТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ МАШИН ДВОЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ ^ На очертание индикаторных диаграмм машин двойного расширения, помимо изменения нагрузки, существенное влияние оказывает изменение параметров пара начального и конечного давления, давления в пе-сивере.    у г,о, я ^3 IV! 11 ^ нагРУ3ки. Этот вопрос был разобран в § 2-21. При неизменных моментах парораспределения в ц. н. д. увеличение нагрузки и степени наполнения малого цилиндра вызывает повышение давления в ресивере, уменьшение нагрузки — снижение-давления в ресивере. Следует отметить, что повышение давления в реси-веРе_ может вызвать образование петли отрицательной paooibi в конце сжатия ц. в д.; снижение этого давления — образование петель в конце сжатия и в конце расширения ц. н. д Соответствующие примеры показаны на фиг. 2-73, 2-74. Первая относится к случаю-повышения нагрузки при значительной степени сжатия' в ц. в. д., вторая — к случаю падения нагрузки пол полном сжатии в ц. н. д. и низком давлении р . Диа- Фиг. 2-73. Индикаторные диаграммы, показывающие влияние повышенной нагрузки машины на давление в ресивере. Фиг. 2-74. Индикаторные диаграммы, показывающие влияние пониженной нагрузки машины на давление в ресивере. Фиг. 2-76. Индикаторные диаграммы, показывающие влияние увеличения степени наполнения ц. н. д. на давление в ресивере. •граммы при изменившейся нагрузке начерчены тткти Фиг. 2-75. Индикаторные диаграммы при переводе конденсационной машины на работу с противодавлением.
Фиг. 2-77. Индикаторные диаграммы, показывающие влияние уменьшения степени наполнения ц. н. д. на давление в ресивере.
Кль»»"    заштриховшш^ При построении диаграмм следует учитывать меГсГбещ^яЛТ "в "Г с™ д(ФИЙЛ4) В М°- (Ьиг- 2-74 и 9 7/1 „^7,    ц' д- Диаграмм „ 6 и 2'74 ясно> что изменение мощности машины происходит главным образов за счет ц н д машины то ллвлИРнирГпЛп1°Р управляет моментом отсечки в ц. н. д., няется и ня Ресивере при изменении нагрузки яе мелется, и на индикаторных диаграммах обоих цилиндров смещаются лишь линии расширения.    Д г. Изменение начального давления па- .счита^сяВсеТичМЛИШЬ Н3 диагРамме Ц- в- Д- (если не изменением мощности машины). Характер ГГоИ4=Гя.ДОСТаТОЧНО ПРОСТ И “ 3. Изменение конечного давления нр- однакоСТ^ДМ отражается лиЩь на диаграмме ц. н д ■однако вызванное этим изменение мощности машичы’ S°BR“ Изменение степени наполнения ц. в д со гг дающими отсюда последствиями. •шения nZlTK™ ИНТерес пРеДСтавляет случай повышенной м1щ^ь1ВнГоаб^ЧаСТНОСТИ П8ре8°Д конденса-Этот г?™» , раооту с противодавлением. -шадикатоонь^ яИЯгЛпЛЮСТрИр0Ва/ фиг‘ 2'75‘ Нормальные ниями. Пр№м пГ™Ы изображены сплошными лиР    пунктиром (abaiefa) показана диаграмма (ц. н. д. при повышении давления выпуска с Рг до р'2. Диаграмма характеризуется чрезвычайно высоким сжатием и петлей в конце расширения. Конечно, повышенное давление сжатия вызвало бы и повышение давления в ресивере, так что площадь петли в конце сжатия (а также в конце расширения) сократилась бы но сравнению с показанной на фиг. 2_75. Так как, однако, одновременно с повышением противодавления обычно ставится требование о сохранении номинальной мощности машины, то диаграммы принимают вид, начерченный штрих-пунктиром. Помимо момента отсечки ц. в. д., управляемого регулятором, из прочих моментов парораспределения изменено только положение начала сжатия в ц. н. д., для того, чтобы избежать петли отрицательной работы в конце сжатия. Иногда, впрочем, приходится перестанавливать и другие моменты парораспределения, которые легко установить конструированием детальных индикаторных диаграмм для нового режима.    ' ;ри и,м™    ,™е чении степени наполнения ц н д лавле-mL к L , падает ГсЬиг 9 т™,™ ' Давление в ресивере (фиг2-771 н/ ,’ ПрИ уменьш0нии оно возрастает V    мощность машины эти отклонения ущественного влияния не оказывают хотя в первом случае возрастает потеря от неполного расширении а в. д. и может появиться петля в конце сжатия ц и д • тия и°РЛГУЧае М°ГУТ ПОЯВ™ петли * конце'сжа: тия и В конце расширения ц. в. д. (фиг 2-77V шеянымиС81 описанных случаях мы, пользуясь упрощенными индикаторными диаграммами, рассмотрели “ качественную сторону явлений, происходящих при -Р-еННОМ. режиме- Для количественной оценки про--плодимо построение детальных диаграмм по методу, изложенному в § 2-25 и 2-26. параметппГЛТ^*6 HMSTb В ВИДУ’ что всякое изменение J оказывает существенное влияние на проч- nnrart деталеи- Поэтому расчеты на прочность следует УсилиямиИТТяДЛЯ' Нагрузок> связанных с максимальными ню п н тт о например> силу, приложенную к порш- ной    ■ четы наДпрочность?РаМеТРаМИ делать поверочные pSd раздел третий    ..... ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПАРОВЫХ МАШИНАХ ГЛАВА ПЕРВАЯ ЗОЛОТНИКОВЫЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ 3-1. ПЛОСКИЙ КОРОБЧАТЫЙ золотник Одной из простейших систем парораспределения в паровых машинах является схематически показанная на фиг. 1-1 система золотникового парораспределения. В золотниковой кофобке 15, постоянно заполненной свежим паром, по плоскому золотниковому зеркалу может перемещаться плоский коробчатый золотник, приводимый от вала машины эксцентриком 28. Конструкция эксцентрика показана на фиг. 3-1. На вал насажен и закреплен при помощи шпонки эксцентриковый диск 1, центр которого находится в точке Оi, не совпадающей с центром вала О. Расстояние 00\ = г называется эксцентриситетом. Диск 1 охвачен хомутом 2, который состоит из двух половин, стянутых болтами. К одной из половин хомута присоединена на шпильках эксцентриковая тяга 3 (23 на фиг. 1-1) Фиг. 3-1. Эксцентрик. 1 — диск; 2 — хомут; 3 — эксцентриковая тяга, б Г. С. Жирицкпй. Эксцентриковая тяга шарнирно связана с золотниковым штоком 21 (фиг. 1-1) соединенным с золотником 19.    ’ При вращении вала точка Ох (фиг. 3-1) описывает дугу круга вокруг точки О, и эксцентриковый диск 1, вращаясь в хомуте 2, заставляет хомут совершать колебательные движения, под действием которых конец эксцентриковой тяги (точка 22 на фиг. 1-1), а вместе с ней и золотник совершают поступательновозвратные движения с размахом г в обе стороны от среднего положения. Ход золотника таким образом, равен 2г. Золотниковый шток направляется в своем движении втулкой в специальном кронштейне, показанном на фиг. 1-1. В золотниковом зеркале прорезано три окна с каналами. — 16 и 20 по бокам, 18 — по середине. Окна имеют прямоугольную форму с длинной стороной, расположенной поперек цилиндра. Канал 18 соединяется с выпускной трубой. Через каналы 16 и 20 производится: ) впуск пара в цилиндр из золотниковой коробки как показано в средней проекции фиг. 1-1 для левой полости и в нижней проекции для правой; 2) выпуск пара из цилиндра в канал 18 ив паровыпускную трубу как показано на средней проекции справа и на нижней проекции слева. В среднем положении (относительно двух краиних мертвых положений) золотник показан на схеме 1 фиг. 3-2. Он перекрывает боковые окна (■Шириной- а) с внешней стороны на величину е, с внутренней — на величину i. в представляет собою внешнюю п е р е-крышу, a i — внутреннюю пере-крышу золотника. В среднем положении золотника направление эксцентриситета г эксцентрика (если считать длину экцентриковой тяги бесконечно большой) должно быть вертикальным (для горизонтальной машины). Выясним, каково Схема 1 Схема 2 Схема 3 Схема 4- Схема 5 Схема 6 ё,=гз1п(а+ф--,_ Фиг. 3-2. Характерные положения золотникг, кривошипа R и эксцентрика г. должно быть при этом положение кривошипа на валу маш1ины. Для этого обратимся сначала к фиг. 3-3, на которой показана связь между положениями кривошипа и положениями поршня в основные моменты парораспределения. Фиг. 3-3. Индикаторные и кривошипные диаграммы обеих полостей цилиндра.
По оси абсцисс индикаторной диаграммы здесь отложены не объемы цилиндра, а поо-порциональные им ходы поршня 5.    * Из диаграммы ясно, что при начале впуска пара в цилиндр (точка с) поршень ке доходит на величину. .Sj до мертвого положения, и кривошип занимает положение ОС (длину шатуна пока считаем бесконечно большой). За время впуска кривошип поворачивается в положение ОВ, за время расширения в положение ОЕ. При начале выпуска поршень не доходит на величину S2 до мертвого положения; сжатие начинается при положении кривошипа OF. На фиг. 3-3 пунктиром изображены аналогичные диаграммы для правой полости цилиндра.- Впуск и расширение здесь происходят в основном при прохождении нижней полуокружности вращения кривошипа, выпуск и сжатие —при прохождении верхней полуокружности. Возвращаясь к схемам золотника, отметим, что впуск пара в левую полость цилиндра может произойти только тогда, когда золотник сдвинется вправо на величину внеш'ней пере-крыши е. При мертвом положении поршня окно должно быть уже открыто на некоторую неоольшую величину, для того чтобы осуществить опережение впуска (схема 2 фиг. 3-2). Величина эта Si называется линейным опережением впуска. Таким образом, при мертвом положении поршня золотник должен быть сдвинут из своего среднего положения на величину за его кромку на величину х, которая впрочем, в частном случае может равняться нулю Этот момент сдвиг золотника из среднего положения является максимальным: акс ^ — & “I- О, -f- X. Далее, золотник будет двигаться влево 2 В о положении, показанном на схеме 4 фиг. - , закроет левый канал. Кривошип при этом будет находиться в положении ob соответствующем моменту отсечки (ОВ на Фиг. 3-3). ^тот момент характеризуется уравнением * Z = e, .    . так как золотник, двигаясь влево, при этом не доходит до среднего положения на величину е. Аналогично с вышеизложенным происходит выпуск пара, управляемый внутренними кромками золотника.
Отрезок ? отмечен также на схеме эксцентрика, из которой ясно, что направление эксцентриситета должно опережать направление кривошипа на угол 90° + 8, так чтобы проекция эксцентриситета на направление движения золотника равнялась Угол 8 называется углом опереже-НИ я. Дальнейшая работа механизма показана на остальных схемах фиг. 3-2. Когда эксцентриситет займет правое мертвое положение, золотник станет так как показано на схеме Я ibur Q о а Фиг- з-2. Он не только полностью откроет канал, но и перебежит Фиг. 3-4. Золотник с отрицательной внутренней перекрышей. Выпуск из правой полости начинается тогда, когда золотник сдвинется из среднего положения вправо на величину i. При левом мертвом положении поршня (схема 2 фиг. 3-2) сдвиг золотника равен где s2 называется линейным опережением выпуска (оно может быть и меньше ширины окна а). При мертвом положении эксцентрика (схема 3 фиг. 3-2) внутренний перебег золотника составляет у, причем ■ i-f-а-\-у ~е-\-а х = г. Момент начала сжатия в правой полости показан на схеме 5 фиг. 3-2. Золотник движется влево и отстоит на величину i от среднего положения. Кривошип занимает положение of, соответствующее OF' на фиг. 3-3. Из рассмотрения фиг. 3-2 ясно, что с увеличением внешней перекрыши (при данном угле опережения) степень наполнения уменьшается; при увеличении внутренней перекрыши возрастает продолжительность сжатия. Внутреннюю перекрышу i иногда делают ■отрицательной (фиг. 3-4). Здесь i отложено в обратном от кромки канала направлении, так что при среднем положении золотника оба канала сообщены с выпускным отверстием; выпуск из одной полости начинается тогда, когда из другой полости еще продолжается выпуск пара. Отрицательная перекрыша получается поэтому при большом опережении выпуска и малой степени сжатия. Связь между положениями поршня и золотника легко установить аналитически при помощи уравнения движения золотника. Это уравнение вытекает из рассмотрения схемы 6 фиг. 3-2, где кривошип показан в произвольном положении под углом а к мертвому. Центр эксцентрика находится в точке с. Из схемы ясно, что угол осс' равен а+ 8. Поэтому сдвиг золотника из среднего положения, измеряемый отрезком ос', равен S = rsin(a-(-8). (3-1)
Из этого уравнения для любого положения кривошипа, характеризуемого углом а, можно найти сдвиг золотника из среднего положения, так как г и 8 представляют собой известные для данной машины величины. Рассмотрим несколько частных видов уравнения движения золотника. При мертвом положении кривошипа (а = 0) золотник должен быть сдвинут на величину е-\-sj из среднего положения. Следовательно, <? + .?! = г sin 8, что ясно также из схемы 2 фиг. 3-2. Уравнение г sin (3 -\-а) = е служит для моментов начала впуска и отсечки. Последний из них показан на схеме 4 фиг. 3-2. В момент начала впуска золотник будет находиться в том же положении, но двигаться будет влево, открывая канал; центр эксцентрика будет находиться при этом в точке сЛ. Уравнение г sin (8 -{- а) = i относится к моментам опережения выпуска и начала сжатия. Уравнение т=е —f- cl —(- х =: i —(~ а —[— у указывает на мертвое положение золотника. Кривошип при этом находится под углом а —90°—8 (схема 3 фиг. 3-2); sin (a-f-S) — 1. Общее уравнение S = г sin (a -f- 8) легко решать графическими методами. 3-2. ЗОЛОТНИКОВЫЕ ДИАГРАММЫ Уравнение движения золотника представляет собой уравнение хорды круга в полярных координатах. Если диаметр OG меньшей окружности на фиг. 3-5 обозначим через г и предположим, что он составляет с вертикальной осью угол 8,’ то длина ' любой хорды этой окружности’ например, хорды Оу, наклоненной к горизонтали под углом а, как раз определяется формулой Оу = S = г sin (а -f- 8). Таким^ образом, если отложить угол опережения о от вертикальной оси в направлении, обратном направлению вращения, и затем привести окружность диаметром, равным эксцентриситету эксцентрика г, то мы получим исходное построение дяя определения сдвига золотника. Окружность диаметром г мы будем именовать в дальнейшем золотниковой окружностью. Длина любой хорды этой окружности, наклоненной под углом а к горизонтали, равна сдвигу золотника при угле поворота кривошипа на угол а от его мертвого положения. Окружность радиуса OG представляет собой окружность вращения кривошипа1. ^ Когда кривошип повернется на угол а и займет положение Ох, то сдвиг золотника будет измеряться хордой Оу. Когда кривошип станет в положение OG, то и сдвиг золотника измерится всей длиной OG. Этот сдвиг золотника максимален: золотник находится в мертвом положении. В положении кривошипа ОМ, касательном к золотниковой окружности, сдвиг золотника равен нулю; другими словами, золотник находится в среднем положении. Если линия OG являлась линией мертвого положения золотника, то линия ОМ, перпендикулярная OG, соответствует среднему положению золотника. При дальнейшем вращении кривошипа по часовой стрелке для определения сдвига золотника необходимо на продолжении OG, т. е. на линии ОН, как на диаметре, очертить’ вторую золотниковую окружность. Тогда в положении OD кривошипа сдвиг золотника равен Od; в положении ОН кривошипа золотник достигнет мертвого положения и, наконец, в положении ОК кривошипа золотник снова возвратится в среднее положение. Раньше мы установили, что в момент начала впуска (опережения впуска) и в момент отсечки сдвиг золотника \=е. Из начала координат О (фиг. 3-6) проводим дугу радиусом е. Эта дуга пересечет золотниковую окружность в точках k я тп. Радиус этой окружности может быть выбран совершенно произвольно, так как окружность необходима для фиксирования лишь направления кривошипа, для удобства построения обычно принимают радиус окружности кривошипа равным диаметру золотниковой окружности. Проведем из начала координат лучи через эти точки. Отрезок Ok представляет собой сдвиг золотника из среднего положения при положении кривошипа ОС, причем отрезок Ok— = г = е. Поэтому можно считать, что ОС есть положение кривошипа в момент качала впуска. Точно так же отрезок От представляет собой сдвиг золотника в момент отсечки, так как От = £ = е. Так как кривошип движется по часовой стрелке, то легко сообразить, что ОС является положением кривошипа при начале впуска, а О В—в момент отсечки, а не наоборот. ’ Отметим мертвое положение кривошипа О А; при этом сдвиг золотника, измеряемый хордой окружности, равен Oh. Так как при мертвом положении поршня Фиг. 3-7. Различные положения золотника.
то линейное опережение впуска Sj на диаграмме измеряется отрезком hw. Положение золотника на зеркале при мертвом положении поршня указано на фиг. 3-7 жирными линиями. Пунктиром намечено среднее положение золотника. При положении кривошипа OL (фиг. 3-6) сдвиг золотника от среднего положения измеряется отрезком 01. Откладывая этот отрезок на фиг. 3-7, мы получаем новое положение золотника (отмечено тонкими линиями). Окно при этом будет открыто на величину которую обозначим через а'~01—е. На диаграмме п открытие выразится отрезком vl — ~ 01 который заключается между дугой km и золотниковой окружностью. Когда кривошип займет положение OG, открытие будет наибольшее, равное разности между диаметром золотниковой окружности и внешней пе-рекрышей (золотник работает без перебега). Когда кривошип займет положение О В, открытие равно нулю. Таким образом, часть золотниковой окружности, заштрихованная на фиг. 3-6 в направлении радиусов, представляет собой как бы кривую открытия окна. Окно открывается в точке k; при мертвом положении поршня открытие достигает величины линейного опережения впуска, затем открытие продолжает увеличиваться; полностью окно открыто при мертвом положении золотника. Затем золотник начинает двигаться в обратном направлении постепенно закрывая канал.    ’ Аналогичное явление имеет место и при выпуске. Выпуск пара начнется, когда золотник сдвинется из среднего положения на величину I влево. В момент начала выпуска таким образом, уравнение сдвига золотника 5 i. С другой стороны, когда золотник полностью открыв канал и дойдя до мертвого положения, пойдет обратно, то он будет постепенно закрывать канал. Когда золотник пройдет путь i, начнется сжатие пара. Таким образом, начало сжатия _ характеризуется также уравнением ? — i. Здесь имеется полная аналогия с впуском, поэтому мы можем на диаграмме фиг. 3-6 провести дугу радиусом i в нижней окружности. В таком случае положения кривошипов, проходящих через точки ли g, относятся: Ot.—к моменту начала выпуска (в этом положении сдвиг золотника On — i); OF—к моменту начала сжатия (так как и здесь сдвиг Og—i). Что касается величины открытия окна, то оно не будет измеряться радиальным отрезком между дугой gn и золотниковой окружностью, так как ширина окна а определена уже по верхней окружности. Очевидно, что и для выпуска канал может быть открыт не более, чем на величину а. Поэтому, чтобы определить ширину открытия, нужно от точки р отложить величину а до точки s и из центра О ировести дугу через точку 5 радиусом i-j-a; тогда радиально заштрихованная площадь представит характер открытия окна со стороны выпуска. Окно начинает открываться для выпуска в точке п. При положении кривошипа OjD канал будет открыт на величину zf линейного опережения выпуска. Полностью окно откроется в точке и и дальше будет оставаться открытым до прихода кривошипа в положение ОТ; золотник же будет перебегать окно, и в мертвом положении перебег золотника изобразится отрезком sH= =е— Проведем линию К.М, перпендикулярную диаметрам золотниковых окружностей. Теперь повторим весь ход работы парораспределения Впуск начинается в положении ОС, когда кривошип не дошел еще до мертвого положения; золотник сдвинут на величину е. Кривошип, вращаясь по часовой стрелке, приходит в мертвое положение; золотник же сдвинут вправо из среднего положения на величину Oh; открытие окна ^ равно линейному опережению впуска; при дальнейшем вращении канал открывается все больше — открытие пропорционально длине радиальных отрезков. При положении кривошипа OG золотник приходит в мертвое положение, и окно открыто полностью на величину а. Золотник меняет направление своего движения, и канал начинает закрываться. При положении ОВ канал закрыт полностью, а золотник сдвинут на величину внешней перекрыши е. Когда кривошип приходит в положение ОМ, зологник становится в среднее положение. При положении кривошипа ОЕ золотник сдвинут влево на величину внутренней перекрыши i, и в дальнейшем канал может сообщаться с выпускным пространством. При положении кривошипа OD окно открыто с внутренней стороны на величину s2. В точке и канал открывается полностью и остается открытым на всю ширину а до точки t. От точки t канал начинает закрываться, и при положении кривошипа OF начинается сжатие пара. Углом СОВ измеряется продолжительность впуска, углом EOF— продолжительность выпуска, углом FOC—продолжительность сжатия, углом ВОЕ— продолжительность расширения. При наличии перебега х, как на схеме 3 •фиг. 3-2, окружность в секторе впуска золотниковой диаграммы принимает вид, изображенный на фиг. 3-8. Максимальное смещение золотника из среднего положения, измеряемое отрезком OG, составляет здесь е-\-а-\-х. Проведя из центра О дугу us радиусом е-\-а, найдем, что уже в точке и окно открыто на всю ширину а и остается открытым полностью во время прохождения кривошипом дуги us. За это время перебег возрастает от нуля до величины х, а затем (на дуге ts) падает опять до нуля {точка s), после чего начинается закрытие канала. Очевидно, что в этой конструкции канал большее время открыт полностью, чем при золотнике без перебега. На фиг. 3-8 внутренняя перекрыта принята отрицательной. Поэтому она отложена по диаметру GH не вниз, а вверх от точки О: дуга gti пересекает верхнюю золотниковую окружность. Продолжительность выпуска, измеряемая углом EOF, очевидно, больше, чем при положительной перекрыше (фиг. 3-6). В частном случае i может равняться нулю. Тогда выпуск начнется при положении кривошипа ОМ, а сжатие—при положении кривошипа ОК, каждое из которых касательно к золотниковой окружности. Другой способ графической интерпретации уравнения движения золотника поясняется при помощи фиг. 3-9. Окружность на фиг. 3-9 будем считать' одновременно и окружностью вращения кривошипа, и окружностью вращения эксцентри ситета, конечно, в разных масштабах. Так же как и в предыдущей диаграмме, проводим наклонный диаметр GH под углом 8 к вертикали и перпендикулярный к нему диаметр КМ. Тогда можно показать, что при произвольном положении кривошипа ОХ сдвиг золотника из среднего положения равен перпендикуляру XY из точки X на диаметр КМ. В самом деле, положим, что ОХ находится под углом а к горизонтали; тогда угол XOK=CL-\-b и, таким образом, ■    ~XY —'OX sin (a -j- 8). Так как ОХ представляет собой г—эксцентриситет эксцентрика, то XY = г sin (а -}- 8) = что совпадает с уравнением движения золот- Фиг. 3-9. Основы построения золотниковой диаграммы. ,,, Проводим линию СВ, параллельную КМ (•фиг. Иа расстоянии е от нее; ока будет заменять дугу радиуса е на диаграмме фиг. d-У. С противоположной стороны проведем линию EF, параллельную КМ на оас-внУДренней перекрыши i. Положение кривошипа ОМ соответствует среднему положению золотника. Положение ОС соответствует моменту начала впуска, так как сдвиг золотника, равный перпендикуляру из точки С а диаметр КМ, в этом положении равен е_ Фиг. 3-10. Золотниковая диаграмма.
.внешней перекрыше. При мертвом положении а
Фиг. 3-11. Золотниковая диаграмма для правой полости цилиндра. п™ШиНЛСДЗИГ ,измеРяется перпендикуляром из точки А на диаметр КМ; часть !,п?°ДерПеНДИКуляРа> отсекаемая пря-» представляет собой величину ткрытия окна, называемую линейным опережением впуска При дальнейшем вращении кривошипа открытие окна по-ZZ7H° увеличивается и измеряется лиямДа.^И^«)гтШХ линий> параллельных диаметру GH. При положении кривошипа ксимГГЛИе золотника достигает максимума. Перебег золотника измеряется отрезком х На протяжении угла поворота кривошипа Юи канал открыт полсечки10’ В Т0ЧК6 В настУпает момент от- Таким же образом можно установить что положение кривошипа ОЕ соответствует началу выпуска, так как сдвиг золотника измеряется отрезком /. Если от точки k отложим отрезок kq = a и через точку q проведем линию, параллельную диаметру КМ, то, начиная от точки Е, получим кривую открытия окна для выпуска. При мертвом положении кривошипа OD окно открыто на величину s„ линейного опережения выпуска; в точке л и на протяжении пт окно открыто полностью от точки т начинается закрытие, и в точке F канал со стороны выпуска закрывается. OF представляет положение кривошипа в начале сжатия. Перебег золотника с внутренней стороны измеряется отрезком у. Диаграммы, приведенные на фиг. 3-6, 3-8 и 3-10, относятся к левой полости цилиндра при направлении вращения кривошипа указанном на диаграммах.    ’ В правой полости цилиндра в соответствии с фиг. 3-3 впуск и расширение происходят в основном при прохождении кривошипом нижнеи полуокружности вращения. Поэтому внешняя перекрыта е на золотниковой диаграмме правой полости цилиндра откладывается не вверх, а вниз от диаметра КМ (фиг. 3-11) а внутренняя перекрыша i—вверх от этого* диаметра. Таким образом, впуск начинается при положении кривошипа ОС, отсечке соответствует положение О В, началу выпуска — Ut, началу сжатия—OF. Аналогично строится золотниковая диаграмма для правой полости цилиндра и по первому из рассмотренных методов. Если считать длину шатуна бесконечно оолыпои (как мы и делали до сих пор), то при одинаковых в обеих полостях величинах е. окажутся равными в этих полостях и величины степени наполнения, степени сжатия, опережения впуска, опережения выпуска. В действительности, при учете конечной длины шатуна и симметричном золотнике мо. менты парораспределения в соседних полостях цилиндра окажутся разными (см. § 3-4). 3-3. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ПО ЗОЛОТНИКОВОЙ Решим задачу, как связать между собой индикаторную и золотниковую диаграммы. Для построения золотниковой диаграммы необходимы следующие величины: эксцентриситет эксцентрика г, угол опережения 8, внешняя перекрыта е, внутренняя перекрыша i. Если эти величины известны, то золотниковая диаграмма может быть построена по одному из вышеописанных методов. Описываем окружность радиусом г — О А в определенном, но произвольном масштабе (фиг. 3-12). Проводим диаметр GH под углом 8 к вертикальной оси и диаметр КМ, ему перпендикулярный. Откладываем по диаметру GH величины е и / и проводим линии ВС и EF, параллельные КМ. Пересечение этих линий с окружностью указывает основные моменты парораспределения: ОС—начало впуска, ОВ— отсечку, ОЕ—начало выпуска, OF — начало сжатия. Окружность радиуса г является в то же время окружностью вращения кривошипа. Поэтому отрезок AD равен ходу поршня, и длина индикаторной диаграммы должна равняться диаметру окружности. Отметим на диаметре AD положения поршня в основные моменты парораспределения. Для учета конечной длины шатуна обратимся к схеме фиг. 3-13. На этой схеме поршень показан в положении // на расстоянии х от мертвого положения. Такой же путь АВ прошел и ползун В. На диаметре кривошипной окружности мертвому положению / поршня соответствует точка С, положению II поршня — точка D, которая найдется, если из точки В провести дугу круга радиусом L, равным длине шатуна. Аналитически связь между перемещением поршня х от левой мертвой точки и углом поворота кривошипа а находится так: X-OQ + GD-, CG = ОС — OG=R (1 — cos а); GD=BD — BG = L—Vl^ — R2 sin2~a = =L{l~Vr 1“^sin2a} Произведя приближенное извлечение корня, мы можем положить 1 —^sin2a 1—y§-sin2a, GD=~ sin2 а. Таким образом, X — R(l—cos a) -f- — sin za. (3-2) i?2 • Величина sin2 a представляет собой поправку на конечную длину шатуна. При /. = оо эта поправка обращается в нуль, и формула (3-2) принимает вид x = R(l — cos a). Возвращаясь к фиг. 3-12, мы можем перенести теперь точки С, В, Е и F на диаметр окружности в точки си Ьъ е1 и /и характеризующие положения поршня в основные моменты парораспределения левой полости цигсиндра. Перенос производится дугами круга, радиус которых равен длйне шатуна L (обычно L ^ 5R). При учете конечной длины шатуна сдвигаются вправо все моменты парораспределения: отсечка происходит позже, чем при шатуне бесконечной длины; сжатие начинается раньше. Теперь не представляет затруднений построение индикаторной диаграммы, длина которой S =z2R=AD. При давлении рх отмечаем точку а диаграммы. Проводим линию впуска и проектируем на нее точку Ьг; этим определяется момент отсечки—точка Ь. Строим кривую расширения относительно начала координат в точке О,; последнюю находим, отложив величину где VQ — объем вредного пространства; г=—--площадь поршня. В точку е на кривую расширения проектируем точку еЛ— начало выпуска. На линию выпуска ^/проектируем точку fx начала сжатия и строим кривую сжатия fc. Точка с начала впуска определяется проектированием на линию сжатия точки с{. Внизу на фиг. 3-12 построена золотниковая диаграмма для правой полости цилиндра 510 тем же размерам е, a, i. Найдены положения кривошипа: при начале впуска — ОС' в момент отсечки—OB’, при начале выпускаем и' при начале сжатия —OF'. Соответствующие положения поршня обозначены: с\ > > е\ , fi и по ним построена индикаторная диаграмма a'b’e'd'f'c' правой полости. Из сопоставления обеих диаграмм видно, что вследствие конечной длины шатуна степень наполнения, степень сжатия и опережение впуска в правой полости меньше, чем в левой а опережение выпуска в правой полости оолыие, чем в левой. Фиг. 3-12. Индикаторная диаграмма, построенная по золотниковой.
Для получения одинаковых степеней наполнения и степеней сжатия в обеих полостях цилиндра золотник выполняется с разными П Ось симметрии золотника \ j Ось симметрии зеркала Флг. 3-13. Схема кривошипного механизма. Фиг. 3-15. Золотник с неравными перекрышами.
—>1 ' П
11
для обеих полостей перекрышами е и i. Соотношение в размерах этих величин ясно из ■фиг. 3-14, где верхняя диаграмма относится ■Фиг. 3-14. Золотниковые диаграммы обеих полостей цилиндра при одинаковых степенях наполнения и степенях сжатия. к левой, а нижняя — к правой полости цилиндра. Эксцентриситет и угол опережения в обеих диаграммах, конечно, одинаковы. Одинаковой принята также ширина окон а. Перекрыши в левой полости составляют е, i. Чтобы в правой полости получить ту же степень наполнения, что и в левой (АЬ —Аф^), необходимо в правой полости сделать перекрышу ех < е. Для достижения одинаковых степеней сжатия (Af=Alf1) необходимо в правой полости сделать внутреннюю перекрышу > i. При этом, однако, окажутся неодинаковыми опережение впуска и опережение выпуска. В правой полости впуск начинается раньше, а выпуск позже, чем в левой полости. Слишком раннее начало впуска может отрицательно сказаться на площади индикаторной диаграммы (фиг. 2-49), и при выравнивании степеней наполнения на величину опережения впуска надо обращать особое внимание. Золотник с неравными перекрышами изображен (в среднем положении) на фиг. 3-15. Отметим, что перебеги золотника как с внешней, так и с внутренней стороны в обеих полостях различны (фиг. 3-14). Неравные перекрыши можно получить несимметричной установкой золотника относительно зеркала—сдвигом его в сторону от кривошипа машины на величину 2 так, чтобы в среднем положении золотник перекрывал окно с левой стороны на величину е, с правой— на величину ev Для этого смещение золотника от оси симметрии (фиг. 3-15) должно составлять z = 0,5(e — ej, и золотник при его симметричной установке следует выполнить с перекрышами е2 = е — z = e1-j-z = 0,5(е -j- е{). При несимметричной установке золотника изменяются в нужном направлении и внутренние перекрыши. Необходимо все же проверить построением золотниковых диаграмм как величины степеней сжатия, так и другие моменты парораспределения. Конечная длина эксцентриковой тяги также влияет на правильность парораспределения. Влиянием этим, однако, можно пренебречь, ввиду значительного отношения длины тяги к эксцентриситету эксцентрика. 3-4. УЧЕТ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ ШАТУНА ПО Ф. А. БРИКСУ Проф. Ф. А. Брике (Ленинград) предложил учитывать конечную длину шатуна следующим образом. От центра кривошипной диаграммы (фиг. о-16) следует отложить в сторону от цилиндра машины отрезок 001=^) где R — радиус кривошипа, L, — длина шатуна (при обычном Т~Твеличина ^;=0Л/?). Если через точку О j провести линию АХВХ под тем углом а поворота кривошипа, для которого мы хотим найти сдвиги поршня, то достаточно из точек Аг’-и Вх ^опустить перпендикуляры на горизонтальный диаметр, чтобы найти сдвиги поршня для положений кривошипа ОА и ОВ. Эти сдвиги с большой степенью точности измеряются отрезками КС и КХСХ. Для доказательства правильности этого построения достаточно установить в соответствии со схемой фиг. 3-13, что отрезок FC =AE — ~^s\xi2a [см. формулу (3-2)]. Фиг. 3-17. Золотниковая диаграмма с поправкой Брикса. Из треугольника 00XD следует, что D0X ~ yl sin а. Считая AAj отрезком прямой линии перпендикулярным к AjOj и равным DO„ находим из треугольника ААХЕ\ Применение метода Брикса к золотниковой диаграмме показано на фиг. 3-17. Центр кривошипной окружности находится в точке О; центром золотниковой диаграммы служит точка Ох. Через эту точку проводят линии, характеризующие положение криво- . шипа. Точки В, Е и др. сносят на индикаторную диаграмму вертикальными прямыми линиями.    _ Радиус кривошипной окружности при пользовании методом Брикса следует выбирать больше диаметра золотниковой окружности. Построенная по другому методу золотниковая диаграмма с поправкой Брикса показана на фиг. 3-18. Кривошипная окружность с центром О построена пунктиром. На ней от- Фиг. 3-18. Золотниковая диаграмма с поправкой Брикса. мечаются характерные положения кривошипа: С — на продолжении радиуса 0Лс\ Е—на радиусе Охе и т. д. Точка С, В и др. на кривошипной окружности переносятся ортогональным проектированием на индикаторную диаграмму. 3-5. ПОСТРОЕНИЕ ЗОЛОТНИКОВОЙ ДИАГРАММЫ ПО^ИНДИКАТОРНОЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗОЛОТНИКА По заданной индикаторной диаграмме abedfc (фиг. 3-19) требуется построить золотниковую диаграмму и определить размеры золотника. Эту задачу приходится решать при проектировании машины. Под индикаторной диаграммой на диаметре AD, равном длине диаграммы, описываем окружность вращения кривошипа. Применяя метод Брикса, откладываем от " окружности отрезок центра этой /?3 = 2£, где R=OA, a L—длина шатуна в масштабе кривошипной окружности. Точки отсечки, начала сжатия и начала впуска (b, /, с) сносим на кривошипную окружность и проводим лучи ОгВ, OxF, ОхС. Диаметр золотниковых окружностей делит пополам угол ВОгС; поэтому, проводя биссектрису GH угла ВОхС, находим угол опережения S — одну из искомых величин. Описываем золотниковые окружности — верхнюю и нижнюю. Диаметр их выбираем Фиг. 3-19. Золотниковая диаграмма, построенная по индикаторной. произвольно. Эти окружности пересекут лучи Ofi и ОгВ в точках с1 и ЬЛ, которые должны лежать на одной дуге радиуса е; таким образом, определяется внешняя перекрыта е. Масштаб диаграммы нам, впрочем, пока неизвестен. Таким же образом отмечаем точку /ь определяющую величину внутренней перекрыши. Проводя дугу радиусом, равным внутренней перекрыше, находим направление луча 0ЛЕ, который определяет начало выпуска; оно может не совпадать с тем положением, которое соответствовало бы индикаторной диаграмме. Размеры золотниковой диаграммы полностью определяются любыми тремя моментами парораспределения; положение четвертого момента (в данном случае начала выпуска) зависит от первых трех и не может быть выбрано произвольно. Можно было бы таким же образом, задавшись опережением выпуска, получить качало сжатия. Однгко удобнее всего :огтреде-лять при помощи золотниковой диаграммы „гт    именно момент начала шуска, так как его можно изменять в довольно широких пределах. Фиг. 3-20. Поперечный разрез по цилиндру и паровому каналу.
„ап тделиз от отрезка Gg примерно одну п™УЮ VP® отРезка Gk> проведем дугу р д усом Огк. Отрезок kg представляет собой ширину канала а, отрезок Gk — перебег х. радиусом i-j-а проводим дугу в нижней золотниковои окружности. Нам остается выяснить масштаб, в котором начерчена золотниковая диаграмма. Для этого определяется аналитическим утем площадь поперечного сечения парового канала.    г Канал, ведущий в цилиндр, имеет ширину и высоту h (в направлении, перпендикулярном к оси цилиндра,—фиг. 3-20). 'dt •
j_д^°Щадь сечения паровпускного канала (угловая скорость вращения вала), а Rm~u (окружная скорость вращения кривошипа), то c = Ksina^l-j-^-cos а ^ . (3-4) ^читая> что шатун имеет бесконечно большую длину, можно положить c = usina.    (3-5). Из фиг. 3-21, где показаны векторы окружной скорости и скорости поршня, ясно что при бесконечно длинном шатуне последняя может измеряться отрезками kl, если Ok=u. В этсм случае изменение скорости поршня в зависимости от величины а—угла поворота кривошипа —может быть определено окружностью bef. Опустив перпендикуляр kl из в?™04,™:,"3 ЭТ°Й окРУ*"°сти, МЬ1 найдем еличину с. Этому же закону должно подчиняться изменение проходного сечения канала jx. В первой части периода наполнения цилиндра открытие окна возрастает по мере
Если скорость поршня в определенный момент наполнения цилиндра обозначить через с (м/сек), площадь поршня через F (см2) скорость пара при проходе через окно в золотниковом зеркале в тот же момент через wx (м/сек) и площадь открытия окна через /х (см2), то между этими четырьмя величии скорости поршня. мость:ЛеГК° уСТановить бедующую зависи-fxwx = F-c. ста!ляртЭЯ И| ^асте® этого уравнения пред- в ceKVH/rv CR    ем паРа> проходящий втопеРв°м случае через окно, во (с дпгтя еРез„ поперечное сечение цилиндра ста-ятт. а « степенью точности можно i. ть этот объем неизменным) Отсюда х wx '    (3_3) задаться какой-либо постоянной скоростью выбрав ее так, чтобы дросселирование пара было пренебрежимо мало то 1Х должно меняться по тому же закону что и с.    J Скорость поршня ГД6 rf М6Щение П0Ршня, t— время. Дифференцируя формулу (3-2), находим: с~ ~= (R sin а+ ^ sinacosa Wa Так как увеличения скорости поршня. Однако и в этот период не удается сохранить wx постоянной, так как законы изменения с и fx различны. По достижении наибольшего открытия окна золотник сравнительно медленно его закрывает, причем fx уменьшается при обычно возрастающей скорости поршня. Это возможно лишь пря резком увеличении скорости Wx (фиг. 2-10). В связи с невозможностью сохранить wx постоянной для определения размеров канала обычно пользуются формулой /= ^,    (3-6) - 2,56 м/сек.
J    W ' где Ст — средняя скорость поршня; w — эмпирический коэффициент, который не имеет ничего общего с фактической скоростью пара, кроме своей размерности (м/сек). ■Р= 0,97 Принимая
: 0,97 •
Иногда w называют фиктивной скоростью пара в полностью открытом окне. /=
Можно рекомендовать следующие значения w: 30
то
для насыщенного пара......25-j-40 м/сек для перегретого пара.......30-1-50 м/сек Подставляя значение w в формулу (3-6), мы находим необходимую площадь парового’ канала /. Высотой канала h задаются из чисто конструктивных соображений. Желательно, чтобы она- была несколько меньше диаметра цилиндра D. Обычно принимают (фиг. 3-20) Ширина канала а:
Таким образом, аналитическим путем, совершенно независимо от золотниковой или индикаторной диаграммы, мы определили необходимую ширину канала а. Но ту же самую ширину а мы получили на золотниковой диаграмме (фиг. 3-19). Сравнением обеих величин определяется масштаб диаграммы. Положим: из расчета я = 30 мм, на диаграмме а = 60 мм. Это значит, что диаграмма вычерчена в масштабе 2:1. Этим же масштабом измеряются внешняя перекрыша е, внутренняя перекрыта i и эксцентриситет эксцентрика г. Отметим, что сечение выпускных каналов рекомендуется делать в 1,2 —f- 1,5 раза больше, чем впускных, что осуществимо, конечно, лишь в системах с раздельными впускными и выпускными каналами. отно^гитгя6^ £|Ривгденное на фиг. 3-19 построение относится к машине мощностью N, = 120 л с при п- 110 об/мин, D = 400 ММ, S= 7С0 мм.    ' средняя скорость поршня _Sn _0,7.П0 :30 — 30 : Полезная площадь поршня •402= 1 220 сл& w = 30 м/сек, найдем по формуле (3-3): 1 220-2,56 103 см?. h — 0,8D — 32 см, 103 ^ — 22 — 3,2 см. На золотниковой диаграмме    " я = 9,5 мм; следовательно, диаграмма вычерчена в масштабе 1 I 0,07.    ;    f Прочие величины на диаграмме составляют: е— 17 мм; i ~ 11,5 мм; г=26,5 мм. В' действительности, следовательно, — 57 мм; г = 39 мм; г =89 мм. Так как величиной эксцентриситета определяются диаметры эксцентрикового диска и хомута, то для каждой машины можно установить максимально допустимую по конструктивным соображениям величину г, тем более, что с увеличением последней возрастает работа трения хомута о диск. Для рассчитываемой машины г = 89 мм является, пожалуй, такой предельной величиной. Вычисляя для различных машин и систем парораспределения скорость пара по уравнению (3-3) и нанося кривую ее изменения под линией впуска индикаторном диаграммы (фиг. 2-10), Гутермут [Л. 14] нашел, что всех случаях резкое падение давления впуска происходило при скорости wx — 200 м/сек. В связи с этим он предложил следующий метод расчета паровых каналов. Под индикаторной диаграммой строят взятую из-золотниковой диаграммы кривую открытия и закрытия канала (метод этого построения описан в следующем параграфе). Кривую строят в произвольном, неизвестном пока масштабе. Намечая на линии впуска точку 3-6. ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА Процесс Дросселирования паоя R распределительных органах может быть наглядно изучен при помощи эллиптической диаграммы. Эта диаграмма дает прямую графичес^ “pSl    лИчгаы стимоИр-зкое3п ФИГ' 2‘10'1’ °Т К0Т°Р°Й Д°пу- Диаграмме фиг з е2Гг/аВЛеНИЯ’ И НЗХ0ДЯ по точке мп™    скорость поршня в этой чину > R * опРеделить необходимую величину Д в этот момент, считая, чт0 скорость пара wx составляет 200 м/сек: Fc / — — — 200 • то, .,Го7с™1?ОДаГуТер^та является очертаний пн, г    размеры золотника с жениой г,! впуска. Что касается поло- 200 м/сек тоРоМнУяТ°п МВ ОСНОВУ Расчета цифры но г ’    известной степени услод НИЯ этойУскппМеТЬ В ВИДУ- ЧТ0 для образова- над оГлоС1Ткал1кТбХ°ЛШ ТеЮЮВ°Й пеРе‘ Фиг. 3-22. Эллиптическая диаграмма.
ствуюшрйИпп? найд.?Ш1Ую величину с соответ-нанегенной няИ^ГИ КрИВ0Й закРЬ1ТИЯ окна, масштаб этой комой”*6’ М0ЖН0 определить выше, размеры золотника?31™ ТШ< Ж6’ КаК и ме11ением положения точки a fdmr 9 1П\ ",““кД™ТбЬыСЯ"“еНе"” »г^гетствов““
котоД1еСпопшТньСппТКЛаДЫВаЮТ 0тРезки пути, вого положим а мХОоДсиТ,ппаВДНаЯ 0Т МерТ‘ ствующие им слтгм ^ °РДИнат—соответ-положения. Пои этом г Л0Тника из среднего от среднего ппп м, сДвиги золотника вправо абсцисс (знак 4°) д™;4 откладь1йа1от над осью а его сдвиги влево от среднего положения—под осью абсцисс (знак _1 по Ре3/пЛЬТЗТе шлУчается замкнутаякривая "фиг. |°2р2"? пРиближающаяся Ук 5Г„су «ро?рахмму nt— с"„0™°дЧр"'ГГрмУжр„а0с: сти вращения эксцентриситета и кришщиш (мгсштао произволен). В первой окружности проводят радиус 01 под углом опережения о. Делят окружность эксцентриситета на произвольное число равных частей (например, на 12), начиная от намеченной точки /. Отрезок lz равен rsinS и представляет собой, следовательно, сдвиг золотника при мертвом положении кривошипа. Так как последнему соответствует вектор ОгГ, то искомая точка / эллиптической диаграммы будет находиться на пересечении горизонтали через точку 1 и вертикали через точку Г. Окружное ib кривошипа делят на такое же число равных частей, как и первую окружность, и для каждой точки деления отмечают положение поршня и сдвиг золотника. Учитывая конечную длину шатуна, проводят через точку 4, например, дугу радиусом, равным длине шатуна, и тем самым определяют положение поршня в точке 4". На перпендикуляр из последней точки сносят точку 4 эксцентриковой окружности и находят точку IV эллиптическои диаграммы. Обозначим
--* rzz CL hwv макс
(3-7)
(необходимо открытке окна а = 90°) 1огда    ’
ама<с S1'n й-
а.
П°Д СК0Р0СТЬ1° пара wx мы будем подра- илтппп'"Ь Т/ максимальную скорость, выше ПЯ„Р 2L ПР°ИС*°ДИТ заметное торможение лрянрй Ann !еличины а*> определенные по пос-ynSSl-t е’ укажУт открытия окна, необ-того- чтобы дросселирование пара не имело места при любом положении поршня Скорость пара wx = 200 .м/сек, принимав велЯикаРяляеТя П° М6Т°ДУ    Слишком велика для данного построения. Можно счи- тппмп-Г0 заметное (хотя и очень небольшое) -0P-m™ck НаЧЯНае1ся ”Р” “°Р°сти формуле %-1) Цдёл    “ГК° ” ТЛ    у-i    макс* Из точки 02 радиусом амакс (в масштабе эллиптической диаграммы) опишем полуокружность. Для произвольного положения кривошипа в точке К необходимое открытие канала ах будет находиться на пересечении горизонтали через точку G и дуги радиуса L через точку а, так как из построения следует: ах = амакс sinC£- Описанным методом и построена кривая Апи, указывающая, на сколько должно быть открыто Сйно при том или ином положении поршня, для того чтобы не происходило заметного дросселирования пара. Для сравнения кривой торможения AHD с фактической кривой открытия и закрытия окна перенесем с эллиптической диаграммы кривую C-1-11-M-1V-B. Построенная от оси AD эта кривая обозначена AYBX. Построение показывает, что, начиная с точки Y, происходит заметног дросселирование пара, достигающее максимума в момент отсечки (точка Bx). Вследствие дросселирования в точке у индикаторной диаграммы замечается перелом линии впуска и более резкое ее падение. В момент отсечки (точки b) линия впуска плавно переходит в линию расширения. Из изложенного ясно, что эллиптическая диаграмма может быть построена лишь для готового парораспределения; она служит для проверки спроектированного распределения и исследования работы построенной машины.
Повторяя это построение, находят ряд точек эллиптической диаграммы и соединяют их плавной кривой. Отложив над осью абсцисс величины перекрыши е и ширины канала а, под этой осью— величины i и а, получают ясную картину открытия и закрытия парового канала. Окно открывается для впуска в точке С быстро достигает полного открытия и закрывается в точке В. Закрытие происходит медленно по линии MB. В точке Е начинается выпуск пара в точке F—сжатие. Для выяснения величины и продолжительности дросселирования пара под эллиптической диаграммой нанесена так называемая кривая торможения AHD, к методу построения которой мы и переходим. Как известно [формула (3-3)], X x’ та где с скорость поршня в произвольном его положении; fx—соответствующая этому положению площадь открытия окна. Так как c\=us\na, a fx~axh (ах—ширина откооттия окна, h — высота последнего), то Fusma = ajm , откуда
/7    F'a ' — sin а. / Г. С. Жирнцкий.
При помощи несложного прибора, получаю-    Ширину перегородки b на зеркале выби- щего перемещения от ползуна и золотникового    рают обычно в пределах ■ штока, эллиптическая диаграмма может быть снята с работающей машины.    Ь — 0,5а + (!-=-1,5) см. 3-7. КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЗОЛОТНИКА Золотники изготовляются обычно из чугуна. Соединение золотника со штоком должно допускать перемещение золотника в направлении, перпендикулярном его движению. Такое перемещение может происходить как при износе золотника, так и при отжимании его от зеркала повышенным давлением пара (или воды при ее скоплении) в цилиндре. Этому условию удовлетворяет, например, показанная на фиг. 3-23 конструкция, в которой плоская пружина, заложенная сверху, допускает вертикальное смещение золотника, а в нормальной работе прижимает его к зеркалу. Гайки золотникового штока притянуты . не к золотнику, а к гильзе, вставленной в отверстие золотника» Этим допускается возможность свободного расширения золотника при нагреве его паром. Это же устройство позволяет передвигать золотник вдоль штока при установке парораспределения. При своем движении золотник направляется с обоих боков стенками золотниковой коробки, образующими строганые, параллельные ходу золотника поверхности. Иногда для этой цели служат специальные привинченные к зеркалу планки. Для того чтобы по найденным на золотниковой диаграмме величинам вычертить золотник, необходимо наметить расположение окон на зеркале (фиг. 3-24). Ширину выпускного канала обычно делают ао = (1>25 ~~ 2) а, причем минимальную величину а0 определяют из тех соображений, чтобы при мертвом положении золотника выпускное окно было открыто на величину т^а. Фиг. 3-23. Конструкция плоского золотника.
Длина лапы золотника, как показано на фиг. 3-24, равна в —|— а —J— i. Поэтому    ’ е + я + i + т — b + а0. Так как т^а, сумма же е\-а —г, то-уравнение можно переписать так:    ’ а^г —|— i —j— а — Ъ. " Это уравнение служит для проверки вы-оранных величин b и а0. Длина золотникового зеркала выбирается так, чтобы золотник в своих крайних положениях несколько свисал с зеркала (на 5 н-10 мм). Этим предотвращается возможность образования уступов на краях зеркала. При установке в среднем положении золотник, показанный на фиг. 3-23, сдвинут на величину z в сторону от вала, в связи с чем перекрыши в полостях цилиндра различны. Описанный плоский коробчатый золотник (Сличается значительной простотой, но имеет следующие крупные недостатки: 1. Золотник неуравновешен, так как на него сверху давит заполняющий золотниковую коробку свежий пар и прижимает его к зеркалу. Сила трения пропорциональна давлению между трущимися поверхностями, поэтому для передвижения такого золотника приходится затрачивать значительные усилия ’. 1 Существуют конструкции плоских уравновешенных золотников; однако эти конструкции не проще нижеописываемых поршневых золотников, обладая в то же время прочими недостатками плоских золотников. Широкого распространения, поэтому, плоские уравновешенные золотники не получили. Фиг. 3-24. Мертвое положение золотника. 2.    Приводной механизм золотника должен быть рассчитан на усилие, потребное для сдвига золотника, и может получиться довольно тяжелым. 3.    Золотник быстро изнашивается. . При срабатывании наступает утечка пара; пар из пространства золотниковой коробки может поступать в паровой цилиндр или прямо в выпускной канал. 4.    Золотник не приспособлен для работы перегретым паром: при высокой температуре пара он коробится, причем усиливается его склонность к заеданию и увеличиваются утечки пара.    J 5.    Золотник не может работать с малыми (экономическими) степенями наполнения. Из ■рассмотрения фиг. 3-19, например, легко заключить, что при малых степенях наполнения получается большая перекрыша е, а вместе с^ней и эксцентриситет г. Последний, однако, как указано выше, ограничен по величине и чаще всего не превосходит 60—100 мм. В связи с указанными недостатками плоские золотники применяются лишь для тех машин, где расход пара не играет существенной роли и где главным образом ценится простота конструкции, как, например, в сельскохозяйственных локомобилях малой мощности. В более совершенных машинах применяют золотники, построенные по такому же самому принципу, но не плоские, а цилиндрические. 3-8. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ЗОЛОТНИКИ Если представить себе плоский золотник свернутым в цилиндр вокруг горизонтальной оси, мы получим золотник цилиндрический, распределяющий пар точно так же, как плоский золотник. Е^"%ЧЧЧ\У]
Конструкция цилиндрического золотника показана на фиг. 3-25. -Золотниковая коробка имеет цилиндрическую форму. Пар входит в эту коробку с одной из сторон и проходит на другую сторону между телом золотника и его втулкой. Выпуск производится через средний канал. Цилиндри- ПаП Фиг. 3-25. Конструкция цилиндрического золотника. 1 — втулка; 2—поршневые кольца. ческий золотник имеет такую же длину как и плоский. Уплотнение достигается поршневыми кольцами, прижимающимися к втулке. В ней прорезаны окна для прохода пара. Высоту канала к обычно можно считать равной -^0,65^! (принимая ширину перегородок ^TtDj). При подходе к цилиндру площадь поперечного сечения канала должна остаться беа изменения: axhx — ah (А, меньше h и вследствие этого ах больше а). Диаметр золотника принимают обычно равным Dt = (0,4-f-0,7) D, где D—диаметр парового цилиндра. Очертание окон на поверхности втулки золотника делают обычно по одному из способов, показанных на фиг. 3-26 и обеспечивающих равномерный износ золотника. Цилиндрический золотник выгодно отличается от плоского тем, что он уравновешен. Давление пара, действующее на золотник со всех сторон, взаимно уравновешивается, благодаря чему требуется сравнительно небольшое усилие для передвижения золотника, и износ его происходит в значительно* меньшей степени, чем при плоской конструкции. Фиг. 3-26. Очертание окон во втулке цилиндрического золотника. кой, то конструкция типа 2 является оолее предпочтительной. Необходимо лишь, чтобы диаметр золотника на концах был настолько меньше диаметра втулки, чтобы не происходило дросселирования пара в зазоре х. Несколько узких колец работает лучше, чем одно широкое, так как последнее склонно к короблению. На фиг. 3-28 показана конструкция поршневого золотника для ц. в. д. локомобильной тандем-машины. Тип .
Тип 3
£ !«■- ■
В этой конструкции парораспределительный орган состоит в сущности из двух золотников, соединенных золотниковым штоком. Каждый из золотников снабжен четырьмя поршневыми кольцами и работает во втулке с прорезанными в ней окнами. Золотник выполнен с внутренним впуском пара, т. е. впуск производится не с внешней стороны золотника, а через среднюю трубу 1 в о внутреннюю полость. Выпуск же производится по концам золотниковой коробки в соединительный канал 3 и трубу 2. Фиг. 3-27. Конструкции колец для поршневых золотников.
При внешнем впуске пара приходится устраивать в золотниковой коробке надежно уплотняющие сальники (при перегретом паре с металлической набивкой). Если же впуск пара производить через внутренний канал, то внешние полости будут заполнены отработавшим паром низкого давления, и при работе на атмосферу можно обойтись совершенно без 'сальников (при работе на конденсацию или в золотниковой коробке ц. в. д. машины многократного расширения, как на фиг. 3-28, сальники, конечно, нужны)-. Фиг. 3-28. Конструкция поршневого золотника с внутренним впуском пара локомобиля СК-125 Людйновского завода. 1 — впускная труба; 2 — выпускная труба; 3 — соединительный
В описанной конструкции внешняя и внутренняя перекрыши как бы меняются своими местами: внешней перекрышей будет служить та, что раныЦе была внутренней, и наоборот, В рассматриваемом случае (фиг. 3-29) е — перекрыта со стороны впуска пара, i — перекрыта со стороны выпуска. В соответствии с этим эксцентрик золотника должен быть заклинен не по направлению Or (ф,иг. 3-30), а по направлению Огь и в золотниковой диаграмме верхняя окружность Различные конструкции колец для поршневых золотников показаны на фиг. 3-27. Фиг. 3-29. Расположение перекрыш в золотнике с внутренним впуском пара.
Кольцо типа 1 (шириной е + а + 0 имеет канавки для распределения омазки и отверстия, через которые пар может проникать под кольцо и разгружать его от давления пара снаружи. Конструкции типов 2 и 3 отличаются друг от друга лишь тем, что в первой отсечной кромкой служит кромка кольца, а во второй— кромка золотника. Так как пар может просачиваться между телом золотника и втул Фиг. 3-30. Заклинение эксцентрика для золотника с внутренним впуском пара. будет указывать положения золотника не вправо, а влево от среднего. Советским изобретателем Трофимовым предложен поршневой золотник оригинальной конструкции, предназначенный для паровозов. Золотник Трофимова, показанный на фиг. 3-31, облегчает холостой ход паровоза (без подачи пара в машину). Золотниковые диски 1 с поршневыми кольцами могут перемещаться вдоль штока, но при работе с паром (впуск внутренний) прижимаются давлением пара к упорным шайбам 2. Если впуск пара в машину прекращается, то движущийся шток отодвигает золотниковые диски к середине, что дает возможность перепуска оставшегося в цилиндре пара (и воздуха) из одной полости в другую через паро-вые каналы 3, зазоры между золотниковыми втулками и штоком и окна 4. Этим избегается отрицательная работа машины, в которой без этого приспособления в период впуска и расширения создается разрежение в цилиндре, а в начале выпуска из дымовой коробки (куда, как известно, выходит выхлопная труба) засасываются горячие газы, которые затехМ подвергаются сжатию. ■ Фиг. 3-31. Золотник Трофимова для паровоза „СУ“. / -•золотниковый диск; 2—упорная шайба; 3— паровой канал; 4 — окно.
Материалом для изготовления поршневых золотников служит обычно чугун. Из чугуна выполняются также втулки и поршневые кольца.    ' Несмотря на простоту конструкции, поршневой золотник является одним из совершенных органов парораспределения. Он, как указывалось, отличается уравновешенностью. Он не коробится и допускает применение перегретого пара. Благодаря поршневым кольцам золотник, обладает достаточной плотностью. Единственный недостаток поршневого золотника заключается в том, что он не может без значительного дросселирования .при впуске осуществить малые степени наполнения. Этот недостаток, как уже указано, свойственен вообще простым золотниковым механизмам. В паровозных и локомобильных машинах поршневые золотники являются наиболее распространенным органом парораспределения. 3-9. ЗОЛОТНИК с ДВОЙНЫМ ВПУСКОМ ПАРА Простые золотники не могут работать с малыми степенями наполнения, потому что при этом получается или очень большой эксцентриситет, или при нормальном эксцентриситете — малое открытие окна и в связи с этим — дросселирование пара. Золотник, показанный на фиг. 3-32, дает возможность получить двойной впуск пара по1 сравнению^ простым золотником с таким же эксцентриситетом, т. е. при том же сдвиге золотника достигается вдвое большее открытие канала. При одинаковой величине открытия окна этот золотник имеет вдвое меньший эксцентриситет, чем простой. „В спинке золотника имеется вопомогатель-ныи канал шириной а, (фиг. 3-32, положение А). Ширину канала в зеркале обозначим через а2. Внутренняя перекрыта i и внешняя е имеют те же значения, что и в простом золотнике. Фиг. 3-32. Золотник с двойным впуском пара. I — среднее положение; £-начало впуска; В -мертвое положение.
Золотниковое зеркало имеет вполне определенную длину, рассчитанную таким образом, чтобы золотник в крайних положениях мог свисать над зеркалом. Величина т на золотниковом зеркале должна быть такой, чтобы при совпадении края 1 золотника с кромкой / канала (начало впуска) край 2 внутреннего канала другой стороны золотника совпадал с наружной кромкой II золотникового зеркала (фиг. 3-32, положение Б). Для этого необходимо расстояние от края 2 внутреннего канала до кромки II сделать равным е. Когда золотник, двигаясь вправо, откроет канал на некоторую величину ах, то на ту же самую величину откроется с противоположной стороны и внутренний канал; таким образом, впуск пара в цилиндр будет происходить по ширине 2ах. Максимальное открытие канала (на величину 2а{ — а) достигается при мертвом положении золотника (фиг. 3-32, положение В). Золотник открывает канал в зеркале на величину а, своей внешней кромкой; с другой стороны, золотник свисает с зеркала, открывая полностью вспомогательный канал. Ширина канала а2 в зеркале должна очевидно, составлять    5 #2 = 2ах -(- s, где s — толщина простенка. Если аналитическим расчетом найдена необходимая ширина канала а в зеркале, то ширину вспомогательного канала следует сделать    у Из фиг. 3-32 (положение А) видно, что m = e-{-e — s = 2e — s. Высоту зеркала с следует делать больше чем аь для того чтобы под свисающим золотником не происходило дросселирования пара (фиг. 3-32, положение В справа). Теперь обратимся к диаграмме этого золотника (фиг. 3-33). 0€ и ОВ представляют собой положения кривошипа в начале впуска и в момент отсечки. Фиг. 3-33. Золотниковая диаграмма для золотника с двойным впуском пара. Фиг. 3-34. Конструкция поршневого золотника с двойным впуском пара. Вслед за началом впуска окно откроется на величину ах с внешней стороны и на величину ах через вспомогательный канал, т. е. при сдвиге золотника на е + cix окно откроется на 2ах. ‘ Поэтому на золотниковой диаграмме нужно отложить по соответственному вектору отрезок ах еще раз за золотниковой окружностью. При мертвом положении золотника открытие канала достигает 2а\. Радиальные отрезки между дугой внешней перекрыши и кривой cgb измеряют открытие окна при любом положении кривошипа. При одинаковых диаметрах золотниковых окружностей простого золотника и золотника с двойным впуском масштаб второй диаграммы, определяемый сравнением отрезка 2а 1 с расчетной величиной а, оказывается вдвое меньшим, т. е. уменьшаются вдвое и величины пе-рекрыи? и эксцентриситет эксцентрика. /■
Необходимо, чтобы этот последний был не менее i -f- 2аи так как в противном случае окно для выпуска не будет открываться полностью.
Конструктивное выполнение цилиндрического золотника с двойным внутренним впуском представлено на фиг. 3-34.
Впуск пара в правую полость цилиндра при сдвиге золотника вправо на величину внешней перекрыши происходит как непосредственно из внутренней полости золотниковой коробки, так и через вспомогательный канал, в который пар поступает через окна с правой стороны левой ЗОЛОТНИКОВОЙ 'Втулки.
В этой конструкции поршневые кольца имеются лишь на стороне выпуска (по 2 шт.).
Три ряда окон с каждой стороны втулки показаны схематично.
В заключение отметим, что существуют конструкции золотников с тройным впуском. Применяется также двойной и тройной выпуск пара.
3-10. ПРОСТЫЕ ЗОЛОТНИКИ С ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ НАПОЛНЕНИЯ
В рассмотренных золотниковых парораспределениях регулирование машины совершается дросселированием пара; степень наполнения машины остается без изменения.
Более совершенным способом регулирования, как известно, является регулирование количественное, при котором состояние опара (давление и температура) остается неизменным, а увеличивается или уменьшается степень наполнения машины (§ 2-11).
Особенно часто такая система регулирования машин с простым золотником применяется в вертикальных конструкциях. Изменение степени наполнения происходит в результате изменения под действием регулятора величины эксцентриситета эксцентрика и его угла опережения.    "
Применяются различные способы изменения элементов эксцентрика. Можно, например, сконструировать эксцентрик по схеме фиг. 3-35.
Центр эксцентрикового диска (вернее, кольца) D находится в точке Ои центр вала — в точке О. Эксцентриситет г1==001.
Если положение эксцентрика, указанное на фиг. 3-35, соответствует мертвому положению кривошипа О/С, то угол между прямой OOj и вертикальной осью является углом опережения 8j.
На валу машины рядом с эксцентриком находится так называемый плоский или осевой регулятор. К его корпусу Е подвешены в точках А два груза G. Грузы находятся под действием центробежных сил и натяже-
Фиг. 3-35. Схема плоского регулятора и управляемого им эксцентрика.
кия пружин F, уравновешивающих эти силы С рычагами грузов при помощи специальных ушек соединен в точках В и С эксцентриковый диск D.
Каждой нагрузке машины соответствуют определенное число оборотов и определенное положение грузов, а следовательно, и эксцентрика
При уменьшении, например, нагрузки число оборотов возрастает, центробежная сила грузов преодолевает натяжение пружин грузы расходятся и опускают эксцентриковый диск. Центр его из точки 01 перемещается, например, в точку 02. Эксцентриситет при этом уменьшается до величины 00угол опережения увеличивается.    F
(Отсечка)
Отсечка
Начало Впуска
(Начало Впуска)
Качало
выпуска
Фиг. 3-37. Индикаторная и золотниковая диаграммы для золотника с переменной степенью наполнения.
(Начало Выпуска/ _
Линия 0Х02, по которой перемещается центр эксцентрика, называется кривой вершин. Очертание ее зависит от конструкции регулятора и эксцентрика. На фиг. 3-36 показана еще одна весьма распространенная схема эксцентрика с переменным углом опережения и переменным эксцентриситетом. На валу машины заклинен эксцентриковый диск с центром в Ох. Этот эксцентриковый диск охватывается вторым диском, на который надет хомут. Таким образом, получается система двух эксцентриков: один, внутренний заклинен на валу, а другой, наружный, может вращаться по внутреннему. Центр вала находится в точке О Поэтому эксцентриситет первого эксцентрика относительно вала г, = 00,. Второй эксцентрик имеет центр в точке 02. Это значит что относительно центра О, он расположен с эксцентриситетом г2 = 0х02. Если же рассматривать оба диска как один эксцентрик, то эксцентриситет системы по отношению к валу будет состазлять г~000. Под действием регулятора наружный диск может поворачиваться, скользя по внутреннему При этом точка 02 (центр наружного диска) будет описывать дугу вокруг точки О,. Положим, центр^ наружного диска из 02 переместится в 02 . Тогда эксцентриситет наружного диска относительно точки Ох займет положение 0г02, а результирующий эксцентриситет будет равен О 0’2 = /-'<[ г. Если кривошип машины находится в мертвом положении ОК, то угол между прямой 2 и вертикальной осью равен углу опережения 8.    j j к Угол опережения эксцентриситета 00„ обозначенный через о', больше угла 8. ’ Кривой вершин служит дуга круга О2О0 . Предположим, что нам известны эксцентриситет первого эксцентрика гх (который жения°83ГЧИЛИ ЧбРе3 °0,) И 6Г0 *'Г°Л °Пере' Отложим эти величины на золотниковой диаграмме (фиг. 3-37). Угол опережения этого эксцентрика остается постоянным, так как он заклинен на валу. Второй эксцентриситет г, имеет, положим, направление 0Х02. Эти два эксцентриситета, сложенные по правилу параллелограмма, дают результирующий эксцентриситет г = ООп с углом опережения 8. При неизменном положении эксцентриков друг относительно друга мы можем исследовать распределение при помощи золотниковой диаграммы, построенной для эксцентриситета г и угла опережения 8. Внешнюю и внутреннюю перекрыши (е и г) будем считать заданными. Эти величины при регулировании машины меняться не могут, потому что они обусловлены размерами самого золотника. Нанесение пере-крыш на диаграмму дает нам основные моменты парораспределения. Отметим положения кривошипа при начале впуска, отсечке, опережении выпуска и начале сжатия. Теперь предположим, что наша система подвергается действию регулятора, который поворачивает наружный эксцентрик по внутреннему, изменяя величину и направление результирующего эксцентриситета. Кривая вершин парораспределения представляет собой окружность, описанную радиусом 0Х02 из точки Ох. Положим, что регулятор переместит точку 02 в точку 02 и, следовательно, 0Х02 займет положение ОхОп . В таком случае результирующий эксцентриситет станет равным f — 00'2. Мы можем исследовать парораспределение при помощи новой диаграммы, в которой эксцентриситетом является г8 с соответствующим углом опережения. Поэтому на г1, как на диаметре, опишем золотниковую окружность. Продолжив дугу радиуса е так, чтобы она пересекалась с новой золотниковой окружностью, найдем положения кривошипа в момент начала впуска и в момент отсечки (по точкам а и Ь). Положения эти нанесены пунктирными линиями; относящиеся к ним надписи заключены в скобки. Отметим, что опережение впуска увеличилось, что невсегда желательно. Для исследования распределения выпуска продолжим диаметр г' в нижнюю полуокружность и опишем золотниковую окружность для выпуска. Отметим пересечение этой окружности с дугой радиуса i (в точках с и d). "Направление кривошипа по Ос укажет момент начала выпуска, по Od — начала сжатия. Из фиг. 3-37 видно, что опережение выпуска увеличилось, и сжатие начинается раньше. Свяжем теперь золотниковую диаграмму с индикаторной.    ^ Для начального положения (эксцентриситет г) индикаторная диаграмма начерчена1 сплошными линиями (фиг. 3-37). Уменьшенному эксцентриситету г' соответствует пунктирная диаграмма.'    " По сравнению с первой степень наполнения уменьшилась, и начало выпуска, начало, сжатия, начало впуска — происходят раньше. Площадь диаграммы уменьшается с двух сторон, т. е. регулирование действует весьма энергично и быстро изменяет мощность машины.    ‘ 3-11. ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДВОЙНЫМИ ЗОЛОТНИКАМИ Как уже указывалось, при помощи простых золотников нельзя получить малых степеней наполнения без значительного дросселирования пара. Это положение относится и к золотникам, рассмотренным в предыдущем параграфе. Поэтому во всех тех случаях, когда существенное значение имеет не простота машины, а расход пара, приходится применять более слож- Фиг. 3-38. Схема двойного золотника. ные системы парораспределения, допускающие работу с малыми степенями наполнения. Из золотниковых парораспределений к таким относятся двойные золотники. Схема двойного золотника в его среднем положении изображена на фиг. 3-38,а. На золотниковом зеркале, которое имеет такой же вид, «ак и у простого золотника, может передвигаться так называемый основной золотник. Он приводится от эксцентрика с акс- центриситетом Г\ и углом опережения 8. Золотник этот осуществляет распределение почти так же, как и обычный, с той только разницей, что пар при впуске в цилиндр проходит через окно в золотнике, по высоте (перпендикулярно к полости чертежа) совпадающее с высотой окна в зеркале. Ширину последнего окна мы обозначим по-прежнему через а, расстояние ог кромки окна в золотнике до наружной кромки канала, являющееся внешней перекрышей, — через е. Что касается внутренней перекрыши i, то она будет иметь то же значение, что и в простом золотнике. Поэтому, если на основном золотнике не было бы показанной на чертеже пластинки, то распределение происходило бы точно таким’же ооразом, как и при помощи простого золотника. когда основной золотник сдвинется вправо на величину е, начнется впуск пара в канал; когда золотник, двигаясь влево, будет отстоять от своего среднего положения на величину е произойдет отсечка.    ’ Аналогично и в отношении выпуска: когда золотник пройдет, двигаясь влево, путь I, начнется выпуск; когда же золотник, двигаясь обратно, закроет канал, т. е. не дойдет на величину I до среднего положения начнется сжатие пара.    ’ Наличие пластинки над основным золотником не оказывает влияния на моменты опережения впуска и ^выпуска и начала сжатия. Отличие двойного золотника от простого сказывается на моменте отсечки, который управляется движущейся по основному золотнику пластинкой или отсечным золотником. Последний приводится от самостоятельного эксцентрика с эксцентриситетом г2 и углом опережения §2. Эксцентриситеты Г\ и г2 мало отличаются по своей величине друг от друга, угол же опережения о3 обычно больше 8j. Наличие пластинки влияет на парораспределение следующим образом: когда основной золотник движется вправо и держит впускной канал открытым, пластинка, двигаясь влево, может в некоторый момент, когда канал к цилиндру будет еще сообщен с окном в основном золотнике (и, следовательно, будет происходить епуск пара), перекрыть окно, заняв на основном золотнике положение, показанное на фиг. 3-38,6. Впуск пара в цилиндр прекратится таким образом, раньше, чем в случае отсутствия пластинки. Легко сообразить, что чем длиннее пластинка, тем раньше произойдет закрытие окна (отсечка) и тем меньше будет степень наполнения. Часто пластинку изготовляют из двух частей, имеющих возможность сближаться и отдаляться. При солижении частей пластинки расстояние от края пластинки до наружной кромки окна увеличивается, и степень наполнения повышается. Раздвигая пластинки, мы уменьшаем степень наполнения. ы1,РаТопТрНА1 Схему кривапйшной диаграммы 1ФИГ. d-dyj. Отметим мертвое положение О К кривошипа. При мертвом положении кривошипа сдвиг основного золотника из среднего положения будет равен с, —проекции п на горизонтальную ось, а сдвиг отсечного золотника из среднего положения равен £2 — проекции г2 на горизонтальную ось (длины эксцентриковых тяг считаем бесконечно большими). При исследовании совместного движения золотников существенным является относительное перемещение отсечного золотника по основному в предположении, что последний неподвижен. Величины и Е2 измеряют сдвиг обоих золотников по отношению к неподвижному зеркалу. Сдвиг отсечного золотника относительно основного (относительный сдвиг) Это соотношение соблюдается для любых положений главного кривошипа. Если последний повернется до направления ОКъ то на такой же угол повернутся оба эксцентриситета. Они займут положение, отмеченное тонкими линиями (фиг. 3-39). Сдвиг основного золотника равен %'ъ а сдвиг отсечного — SV отноеительный же сдвиг (если случится, что 5', > ^ то тогда » Найдем связь между относительным пеое- S:™"CTW,K" и ного золотника. Этот эксцентриситет и его угол опережения имеют определенные значения, которые ГПяттт^т/т»    ~ _    *
имееГвид™6 ДВИЖения основного золотника ?i ~г\ sin (5j 4-а). Уравнение движения отсечного золотника «2 = ''г sin (3, -f- а). 1°™х°Тв“Ь"Ы“ СДБИГ “равен раЗНОС™ ri s^n (°i а) — r2 sin (82 -j- а), ?о rx sin 8] cos сс г j sin a cos Oj — — r2 sin S2 cos a —r2 sin a cos 8, = C0S a (r, sin 8,— — r2 sin 82) -f- Sin a (rx cos 8, — r2 cos S2). (3-8) Положим . *    тгЛ    I ---опачсиил, КОТОПЫ1 1 smoj г2 sin 32 =r р sin 80; )    гко графически связать с эксцентрисите rx cos 8. —г COS 8 — ПГП5Й I    ^3~9) Тами 0 И ^ля этого вернемся к криво- 1 j 2 los о2 __ р cos о0. J    шипной диаграмме (фиг. 3-40). Чтобы выяснить реальные значения р воз- и ?Эксцентриситеты ri и гч Дают сдвиги S, ведем в квадрат уравнения (3-9) и сложим их- *2 относительно^ неподвижного зеркала. “ - - -    * Относительный сдвиг представится от- г2J sin2 8j 2rxr2 sin 8j sin 82 -f- r-2 sin2 82 -j- резком 4- r\ cos2 8, — 2rj r2 cos 8t cos 82 -f ^0-^2 - ^1*
+ r\ cos2 82 = p2 (Sin2 so + cos go) Ho S0 мы получим также, если построим - 0    параллелограмм, в котором г2 служит диаго- r 1 2rjr2 cos (82 — 8j) -j- r22 — р2. (3-9а) нальк>, а г, — одной из сторон. го касаетгя «    '    Олл °ГДЭ пРоекция ДРУ™й стороны {GM или п. тл    _ М) параллелограмма на горизонтальную ось также равна L.
гь™е“С“"Я 1™!!“-’ Т°-еГ0 ЛеГК0 °nPe« второе tg 80 = ri sin й1 — г* sin S, Г\ cos i1 —r2 cos б2 *
ттити ™    J о, то его легко опреде-    параллелограмма на rot второе^    первого уравнения (3-9) на так*е Равна ^ "    Полученное графическим путем значение р . > г. = л    *    вполне согласуется со значением, полученным из формулы (3-9а). В самом деле, из треугольника OGM видно: ствуюшИТрВрр В Урзннение (3-8) соответ-лучимГ величины из уравнений (3-9), поили    ^ C0S “ “Ь Р 003 So sin а £о = Р sin (80 + а).
GM = p = y~r2l+72— 2rxr2 cos (82 —8j). Таким образом, чтобы получить фиктивный -    эксцентриситет, с помощью которого в даль- Это показывает, что относительный слвиг    МЫ будем производить исследование также подчиняется уравнению движения зо ^Р^РаспРеДеления, нужно построить паралле-лотника.    JV ю движения зо- лограмм, в котором диагональю служит от- Можно предположить, что относительный ГЧН°Й .эксцентРиситет, а одной из сторон — сдвиг пластинки как будто бьГпооисхояит Основнои эксцентриситет. Тогда вторая сторона под действием некоторого фниввнотГэкспе!    даст ВИ™У " наираые- трика х эксцентриситетом р и углом оп“    (угол \) фиктивного эксцентриситета, жения о0.    1 и •у им опере- При исследовании парораспределения с по мощью золотниковой диаграммы необходимо построить ее для эксцентриситета р. Построение показано на фиг. 3-41. Положим, что OG представляет эксцентриситету основного золотника с углом опережения о,. Проводим золотниковые окружности для основного золотника; он управляет тремя моментами парораспределения: началом впус-1ча» началом выпуска и началом сжатия. Прабые положения В Отсечка осиоВиьш ‘ ' золотником 'Левые положения (-) Начало Выписка Ледые по-^лозгсенин (-) Начало Впуска Начало , ---- сжатия    * ' ПраВые положения (+) 1 иг- 3-41. Золотниковая диаграмма для двойного золотника.
^Откладываем величины внутренней и внешней перекрыш — е и i. Положения начала впуска и выпуска и начала сжатия при этом определятся окончательно, так как наличие отсечного золотника на них 'Влияния не оказывает. Что касается отсечки, !о мы отметим то положение кривошипа, при котором происходит отсечка основным золотником; действительный момент отсечки будет иной.    у Положим, что ОМ=г2 представляет собой эксцентриситет отсечного золотника с углом опережения 32. Построим параллелограмм, в котором ОА4 является диагональю, a OG — одной из сторон. Для этого соединим точку С? с Ж и через точку О проведем линию, параллельную GM. Тогда мы получаем по величине и направлению отрезок ON, представляющий собой фиктивный эксцентриситет р с углом опережения 80. На отрезке ON, как на диаметре, опишем золотниковую окружность. Продолжив ON в верхнюю полуокружность, опишем на ON = ON вторую окружность.    ' Таким образом, мы имеем две системы золотниковых окружностей: одна с диаметрами по линии GH дает перемещения основного золотника, другая с диаметрами по линии NNt — относительный сдвиг отсечного золотника. Прежде чем перейти к определению перемещений золотников, необходимо условиться относительно направления этих перемещений.    ' Когда мы исследовали распределение простым золотником, то на верхней золотниковой окружности мы определяли сдвиги золотника, откладываемые вправо от среднего положения (если, конечно, говорить о левой полости цилиндра). Нижняя же окружность служила для определения сдвигов золотника злезо от его среднего положения. Так как в диаграмме двойных золотников (фиг. 3-41) эксцентриситет отсечного золотника с углом опережения <3, отложен в том же направлении, что и эксцентриситет основного золотника (с углом опережения ), то окружность относительного эксцентриситета ON, угол опережения которого равен о0 , будет также указывать на положения золотника вправо от его среднего положения. Левые относительные положения нужно искать поэтому на верхней относительной окружности (ONi). Правые перемещения золотников будем считать положительными, левые — отрицательными. ^Таким образом, хорды верхней относительной окружности можно снабжать, знаком (—)г хорды нижней окружности — знаком (-(-). ’ На схеме двойного- золотника (фиг. 3-42, положение А) отметим внешнюю перекрышу е,, ширину окна в зеркале а, внутреннюю пере’ крышу г, ширину канала в основном золотнике а, [обычно ах равно (0,8 ~ 1,0) а]. Ооозначим расстояние от кромки отсечного золотника до наружной кромки окна через у. Эта величина играет существенную роль при определении степени наполнения.    * . Отсечка происходит тогда, когда относительное положение золотников соответствует положению Б на фиг. 3-42. Окно в зеркале может еще находиться в сообщении с каналом основного золотника, но отсечной золотник, двигаясь влево, перекрывает сверху канал в основном золотнике и прекращает доступ пара в цилиндр.    "    '    ' ^ В момент отсечки относительное положение обоих золотников характеризуется уравнением «о —У- Действительно, когда отсечной золотник, двигаясь влево по основному (который при относительном движении надо считать неподвижным), пройдет путь у, наступит момент отсечки. На золотниковой диаграмме (фиг, 3-41) относительные перемещения мы должны находить по окружности для эксцентриситета р. Так как отсечка происходит тогда, когда отсечной золотник двигается относительно основного влево от среднего положения, а такое перемещение мы считаем отрицательным, то мы должны искать это перемещение на верхней относительной окружности. Для определения положений кривошипа, при которых относительный сдвиг равен величине у, из центра диаграммы, т. е. из точки О, радиусом у опишем дугу. Эта дуга пересекает золотниковую окружность в точках bud. В каждом из положений кривошипа (ОЬ и Od) сдвиг £0 =у. Для решения вопроса, какое из этих положений соответствует моменту отсечки, заметим, что отсечка происходит при возрастающей величине =0. На диаграмме возрастанию ?0 соответствует полуокружность ObN Поэтому положение кривошипа в момент отсечки должно проходить через точку Ь. Степень наполнения оказывается меньше той, которую дал бы один основной золотник без отсечного. После того- как впуск закончился (фиг. 3-42, положение Б) отсечной золотник будет продолжать свое относительное движение влево и в точке Nx (фиг. 3-41) достигнет своего крайнего положения. При обратном движении пластинки с0 будет уменьшаться, и в некоторый момент отсечной золотник вновь будет отстоять от своего среднего положения на величину у. Это положение соответствует на золотниковой диаграмме точке d, в которой. окно в основном золотнике вновь открывается и сообщается с пространством золотниковой коробки. Пар, однако, не будет поступать в цилиндр, так как точка d лежит за положением отсечки основным золотником, и канал в зеркале перекрыт.    . От положения кривошипа OD до ОВ канал в основном золотнике находится в со- Фиг. 3-42. Схема двойного золотника. -А — среднее положение; Б — момент отсечки; В — среднее, положение при у = 0: Г — совпадение моментов опережения впуска и отсечки. общении с пространством золотниковой коробки. Как уже указывалось, величина у может изменяться.    ' При помощи того или иного механизма можно пластинки, составляющие отсечной золотник, раздвинуть и поставить их в положение, показанное пунктиром на схеме А (фиг. 3-42).    . Величина у уменьшается и становится равной, положим, уи В таком случае на диаграмме (фиг. 3-41) точки bad переместятся в Ьх и dx.    \ Отсечка будет происходить при положении кривошипа в ОВь т. е. еще раньше, чем в предыдущем случае. Можно сделать у = 0, т. е. спроектировать золотник так, чтобы при среднем положении обоих золотников пластинка перекрывала каналы (фиг. 3-42, положение В). Соответственное положение кривошипа OBs в момент отсечки будет в этом случае перпендикулярно диаметру р (фиг. 3-41), так как_у = 0, и следовательно, направление ОВ3 должно быть касательным к обеим относительным окружностям. Наконец, у может быть положительным (до сих пор его следовало считать отрицательным), т. е. при среднем положении золотников пластинка может перекрывать каналы на величину у2 (пунктир на схеме В фиг. 3-42). Величину 4- у2 мы должны отложить на нижней золотниковой окружности. Проведя дугу радиусом у2, определим точки Ь2 и йъ и положение кривошипа ОВ2 укажет новый момент отсечки при совершенно незначительной степени наполнения. Фиг. 3-43. Диаграмма двойного золотника, построенная по индикаторной диаграмме.
Для того чтобы получить минимальную степень наполнения, нужно взять у=Ос, где с точка пересечения кривошипа в начале впуска с нижней золотниковой окружностью. Если у=Ос, отсечка произойдет при положении основного золотника, соответствующем началу впуска. Взаимное расположение золотников при этом указано на схеме Г фиг. 3-42. Степень наполнения машины в этом случае не является абсолютно нулевой, так как за отрезок времени, в течение которого основной золотник был в сообщении с золотниковой коробкой, канал его заполнялся паром, который и перейдет в цилиндр. Для получения абсолютно нулевой степени наполнения у можно сделать равным р — относительному эксцентриситету. При этом ни при каких положениях пластинки окно в основном золотнике не будет находиться в сообщении с золотниковой кх> робкой. При исследовании системы парораспределения следует останавливаться на степенях наполнения: нормальной, максимальной и минимальной. Нормальная степень наполнения определяется индикаторной диаграммой. Минимальная выбирается в соответствии с с вышесказанным. Что касается максимальной степени наполнения, то чаще всего она обусловливается моментом отсечки, даваемой одним основным золотником. 3-12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ДВОЙНОГО ЗОЛОТНИКА ПО ЗАДАННОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЕ Заданной является индикаторная диаграмма машины, на которой отмечены все основные моменты парораспределения (фиг. 3-43). Опишем окружность вращения кривошипа диаметром, равным длине индикаторной диаграммы. Спроектируем на эту окружность моменты начала выпуска и начала сжатия. Конечную длину шатуна учтем по методу Брикса, отложив величину вправо от точки О и проводя из точки О, положения кривошипа ОхЕ и OxF.    v Диаметр окружности основного золотника должен делить угол EOxF пополам. Проведя линию GH, определяем угол опережения 8, основного золотника. Начертим обе окружности (произвольного диаметра) для этого золотника. На нижней окружности определяем величину внутренней перекрыши i пока еще в неизвестном нам масштабе. Далее сносим на золотниковую диаграмму момент начала впуска. Положением кривошипа ОхС определяется величина внешней перекрыши е. Дуга внешней перекрыши указывает положение отсечки основным золотником. Конечно, это положение отсечки может не соответствовать индикаторной диаграмме. Для определения г2 я о3 — эксцентриситета и угла опережения отсечного золотника — удобнее всего задаться р и 8„ — относительным эксцентриситетом и его углом опережения. Целесообразно выбрать р «=* г\, что же касается угла &0). то здесь следует руководствоваться таким соображением: желательно, чтобы отсечка происходила в момент наибольшей относительной скорости золотников, так как при этом, очевидно, торможение пара будет наименьшим. Наибольшая же скорость золотников имеет место .при их среднем положении. Поэтому желательно, чтобы момент отсечки совпадал хотя бы приблизительно со средним относительным положением золотников. Кривошип машины при среднем положении золотников направлен перпендикулярно к диаметру относительной окружности р. Положение кривошипа в момент отсечки желательно поэтому иметь перпендикулярным к диаметру р. Наоборот, для выбора направления р нужно провести прямую, перпендикулярную к положению кривошипа в момент отсечки при нормальном наполнении. Осуществить это удается далеко не всегда, и угол у между р и ОхВ обычно приходится брать меньше 90° (часто 70-^80°), в особенности при больших наполнениях. Выбрав величину и направление р, построим параллелограмм, в котором сторонами являются р и Tj, При этом определяются величина и направление эксцентриситета отсечного золотника г2 с углом Ь2. Эксцентрики основного и отсечного золотников насаживаются на вал рядом; поэтому с конструктивной и с экономической точек зрения желательно, чтобы оба эксцентрика были отлиты по одной модели, а для этого нужно, чтобы г2 < l,2/-j. Выполнение этого требования, конечно, лишь желательно, но не обязательно. При проектировании машины можно достигнуть желательного соотношения между г3 и гх изменением угла у и величины р. Так, на фиг. 3-43 пришлось взять угол у< 80°. На обоих эксцентриситетах р (положительном и отрицательном) опишем окружности для относительного перемещения золотника. Определим теперь величину у (расстояние между наружной кромкой отсечного золотника и окна в основном золотнике) для нормального наполнения машины. Для этого наполнения величина ун определяется точкой пересечения положения кривошипа ОхВ при нормальном наполнении с относительной окружностью (точка b): ун = ОхЬ. Этим радиусом опишем дугу из центра 0\. Чтобы выяснить пределы регулирования, т. е. установить, насколько пластинки отсечного золотника нужно сближать или отдалять, изменяя этим величину г/, следует задаться минимальным и максимальным наполнениями машины. , Минимальным наполнением обыкновенно считают нулевое, при котором отсечка происходит в момент начала впуска. Поэтому для определения умин отметим точку пересечения Ь { кривошипа в момент начала впуска с относительной окружностью. Проведем дугу радиусом Oi&i — Уман. Заметим, что Уман у нас положительно {Ун отрицательно), и при среднем положении золотников пластинка перекрывает окно в основном золотнике, на величину у • % к    Mllfi Максимальной степенью наполнения приходится задаваться в зависимости от величины нормального наполнения. Обычно максимальное наполнение, которым определяется максимальная мощность машины, делается в 2 — 3 раза больше нормального наполнения. Средним значением для максимального наполнения можно считать 40-ь 60% >. Выбранная максимальная степень наполнения отмечена положением кривошипа 0}В', и соответствующая ему индикаторная диаграмма построена.пунктиром. Величину у для этой степени наполнения находим попрежнему путем пересечения линии ОгВ' с относительной окружностью (точка Ь2). Величину умакс отме тим дугой радиуса ОхЬ2. Как и ун, умакс является величиной отрицательной, т. е. окно в основном золотнике при среднем положении золотников открыто. Если бы мы выбрали при построении диаграммы направление О, р как раз перпендикулярным нормальному наполнению (угол = 90°), то ун, который в нашем случае измеряется отрезком Ojb, был бы равен нулю, потому что направление кривошипа при нормальном наполнении было бы касательным к обеим относительным окружностям. Среднее положение золотников для этого случая было указано на схеме В фиг. 3-42. Для определения масштаба золотниковой диаграммы воспользуемся приемом, примененным ранее для простого золотника. Сечение канала Задавшись фиктивной скоростью пара w по указаниям, приведенным в § 3-5, найдем ширину окна в основном золотнике: я,
1 У очень больших машин встречаются эксцентриситеты величиной до 200 мм. Фиг. 3-44. Двойной золотник с (раздвижным отсечным золотником. H^rSn^,nHa: 2-Расп°Р,ная втулка; 3 -зеркало на основном «зо лотнике; 4 — левая пластина от- ти»я°£^2Л0ТНИКа: пРУжияа; «-правая плас-’01отннхр-Н?Г0 золотни„ка; 7—канал в основном -илыниле, в — основной золотник; 9— указатель; 10—маховичок.    ’ ’
(высотой окна h задаемся). Сравнением величины аи найденной расчетом, и полученной
на золотниковой диаграмме в виде отрезка, составляющего около 0,8 GK, определяется масштаб диаграммы. Следует обращать внимание ка величину эксцентриситетов. Обычно г2 должно быть менее 60 мм9. 3-13. КОНСТРУКЦИИ ДВОЙНЫХ золотников Конструктивное выполнение двойных золотников мы разберем на двух распространенных системах. В первой системе, показанной на фиг. 3-44, основной золотник приводится в движение эксцентриком^ с эксцентриситетом гх и углом опережения 3,. Ширина окна ах несколько меньше ширины канала а в золотниковом зеркале. Отсечной золотник, состоящий из двух пластинок (левой и правой), снабжен штоком с двумя винтовыми нарезками — правой и левой. Шток этот при посредстве эксцентриковой тяги приводится в движение от эксцентрика с эксцентриситетом г2 и углом опережения В этой системе парораспределения изменение величины у достигается вращением штока. При вращении его в одном направлении пластинки, служащие гайками для винтовой нарезки на штоке, сближаются; при обратном вращении они отдаляются. Вращение можно производить вручную при помощи выведенного наружу маховичка, во втулку которого входит прямоугольный конец штока. Указатель, перемещающийся .по резьбе на втулке маховичка, непосредственно показывает степень наполнения машины. ЛоЛ-Л
■? ) У / Фиг. 3-45. Плоский двойной золотник с трапециевидной пластинкой. 1 = ушко; 2— сектор; 3 — кулачок.
Эксцентриковая тяга соединена со штоком при помощи проушины. Шток имеет возможность вращаться, не увлекая за собой эксцентриковую тягу. При регулировании машины ход пластинки по основному золотнику равен У макс^У мин Если шаг винтовой резьбы мы обозначим через s, то за один оборот штока пластинки передвинутся на величину s. При одноходовой резьбе для изменения наполнения от нулевого до максимального нужно сделать маховичком ~ оборотов. Так как числитель этого выражения всегда больше знаменателя, то для осуществления пределов регулирования нужно сделать несколько полных оборотов штока. Поэтому привод отсечного золотника от регулятора не всегда может быть легко осуществлен, и часто дросселирование пара производят регулятором, а степень наполнения устанавливают вручную. Ввиду того что увеличение шага винта возможно лишь при одновременном увеличении диаметра винта, то для уменьшения числа оборотов штока применяют винт значительно большего диаметра, чем в нормальной конструкции золотника. Описанная конструкция обладает всеми недостатками, свойственными плоским золотникам. Поэтому золотники, конструкция которых основана на том же принципе, часто выполняют цилиндрическими, располагая отсечкой золотник внутри основного соосно с последним. На фиг. 3-45 изображена схема другой конструкции плоского двойного золотника — с трапециевидной пластинкой. Окна в основном золотнике, находящиеся на поверхности, по которой движется пластинка, выполнены косыми — под углом а к горизонтальной оси. Обычно а = 50 -ь 60°. 8 Г. С. Жирицкий. Так как в золотниковом зеркале окна расположены перпендикулярно к оси цилиндра, то каналы в основном золотнике получаются искривленными (см. разрез по /-/); на поверхности, прилегающей к зеркалу цилиндра, окна имеют прямоугольную форму, как показано на фиг. 3-45 пунктиром. Что касается отсечного золотника, то он представляет собой не две пластинки, как в предыдущем механизме, а одну — трапециевидной формы с краями, параллельными краям окон.    . На схеме фиг. 3-45 представлено среднее положение золотников для максимального наполнения. Величина Умакс изображается горизонтальным расстоянием между кромкой отсечного золотника и наружной кромкой окна. Пластинка под действием регулятора может перемещаться в направлении, перпендикулярном к оси золотникового штока. Достигается это при помощи следующего устройства. На пластинке имеется два ушка 1, между которыми проходит золотниковый шток. Последний при помощи имеющихся на нем секторов 2 захватывает при своем движении золотник. Между секторами насажен кулачок 3, поворотом которого можно перемещать пластинку в направлении, перепендикулярном к оси ее движения (на плане фиг. 3-45 — вверх и вниз). Второе крайнее положение пластинки (для минимального наполнения) изображено пунктиром. При этом пластинка будет перекрывать канал на величину умин Фиг. 3-46. Привод двойного’-золотника. J — шток основного золотника; 2—гпток отсечного золотника; 3 — втулка; 4 — кронштейн; 5 — рычаг; 6—втулка; 7—эксцентриковая тяга.
При нормальном наполнении пластинка находится в некотором среднем положении меж- Фиг. 3-47. Привод от регулятора к штоку отсечного золотника. 1 — вал регулятора; 2 — шкив; 3—коническая шестерня; 4 — муфта регулятора; 5—рычаг; б—втулка; 7 — чека; 8 — втулка. ду обеими начерченными. Небольшого перемещения s пластинки достаточно для изменения V до V . s макс ** •'мин* Благодаря этому можно степень 'наполнения легко устанавливать в зависимости от нагрузки регулятором. Золотники этой системы также выполняют иногда цилиндрическими с несколькими парами косых окон на внутренней поверхности основного золотника. Развертка отсечного золотника составлена из нескольких трапеций или же отсечной золотник представляет собой втулку, в которой прорезаны косые окна, одна из кромок которых является отсечной. Общее расположение привода к двойному золотнику с поворотным отсечным золотником показано на фиг. 3-46. Шток 1 соединен с основным золотником, шток 2 — с отсечным. Шток отсечного золотника подвергается воздействию регулятора. Привод регулятора к штоку отсечного золотника показан на фиг. 3-47. Регулятор находится на вертикальном валике 1 и приводится в движение коренным валом машины при помощи ременной передачи от шкива 2 и конических шестерен 3. При изменении нагрузки, а следовательно, и числа оборотов муфта регулятора 4, поднимаясь или опускаясь, поворачивает рычажок 5 (см. также поз. 5 на фиг. 3-46). Последний плотно охватывает втулку 6, имеющую продольный прорез с обеих сторон. Поперек золотникового штока вставлена чека 7, движущаяся в прорезе втулки 8 (поз. 3 фиг. 3-46). Поворачиваясь, рычаг 5 силой трения захватывает втулку 8, а вместе с ней — золотниковый шток. Эксцентриковая тяга (поз. 7 на фиг. 3-46) при этом не вращается, так как с золотниковым штоком она соединена при посредстве обоймы 6, остающейся на месте при вращении штока. Кроме рассмотренных конструкций, применяются также двойные золотники, в которых регулирование осуществляется изменением эксцентриситета и угла опережения отсечного золотника; величина же у остается постоянной. Иногда отсечной золотник перемещается не по основному золотнику, а по самостоятельному зеркалу, в котором прорезаны окна, направляющие лар в коробку основного золотника. Такие золотники выполняются цилиндрическими и называются двухкамерными. ГЛАВА ВТОРАЯ КЛАПАННЫЕ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ 3-14. РАСПОЛОЖЕНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ КЛАПАНОВ В предыдущей главе были отмечены основные недостатки золотниковых парораспределений. Плоские золотники в большинстве неурав-новешены, склонны к заеданию, не могут работать перегретым паром. ’ Простые цилиндрические золотники не могут работать с малыми степенями наполнения; двойные цилиндрические золотники обладают сложной конструкцией, затрудняющей ремонт и уход за машиной. От большинства этих недостатков свободны клапанные парораспределения, которые в последнее время получили наибольшее распространение для станционных машин. Обычно одноцилиндровая машина снабжается четырьмя клапанами; в каждой полости имеется клапан для впуска и клапан для выпуска пара; лишь в прямоточных машинах, где выпуск производится через окна по середине цилиндра, надобность в выпускном клапане отпадает, и цилиндр обслуживается лишь двумя клапанами. Расположение клапанов на маш'ине обычно соответствует схеме, приведенной на фиг. 3-48. По краям цилиндра помещаются клапанные коробки: две сверху и две снизу; в верхних коробках находятся клапаны для впуска, а в нижних для выпуска пара. Фиг. 3-48. Схема расположения клапанов на паровой машине.

В некоторых случаях клапаны ставят не на цилиндре, а в его крышках, что значительно усложняет конструкцию последних. Такая система имеет однако те преимущества, что крышки обогреваются свежим паром и уменьшается вредное пространство, так как длина каналов для подвода и выпуска пара получается незначительной. Такое расположение клапанов особенно удобно в прямоточных машинах (фиг. 2-16), где при наличии лишь одного клапана в крышке легко подвести пар к клапану снизу и попутно обогреть внутренние стенки крышки. Привод клапанов, т. е. подъем и опускание их, производится при помощи специальных механизмов, в которых существенную роль играют те же эксцентрики, что и в золотниковом парораспределении. Общее расположение привода показано на фиг. 3-49. От коренного вала 1 при помощи пары конических шестерен 2 передается вращение распределительному валику 3, который расположен параллельно оси машины. Передаточное отношение шестерен выбирается равным 1:1, так что распределитель- Фиг. 3-49. План горизонтальной машины с клапанным парораспределением. 1—коренной вал машины; 2— конические шестерни; 3—распре-делительный валик.    • *. ный валик делает то же число оборотов, что и коренной вал. На распределительный валик насаживаются эксцентрики, которые при помощи специальных механизмов поднимают и опускают клапаны. Эксцентрики для впускных клапанов расположены рядом с эксцентриками для 'выпускных клапанов. В некоторых случаях один эксцентрик обслуживает оба клапана. Фиг. 3-52. Двухседельный клапан машины высокого давления (40 ата).
Фиг. 3-50. Односедельный диффузорный клапан.
Вместо эксцентриков иногда употребляются кулачные шайбы. Наиболее простую конструкцию имеет односедельный, тарельчатый клапан, показанный на фиг. 3-50. Он, кроме того, отличается хорошей плотностью запирания и мог бы считаться наилучшим органом парораспределения. Такой клапан обладает, однако, тем недостатком, что на него сверху действует давление свежего пара, не уравновешенное снизу. Поэтому для подъема клапана приходится затрачивать значительное усилие и проектировать приводной механизм с неконструктивно массивными деталями. Для уменьшения подъемной силы приходится изготовлять клапан с возможно малым диаметром, а это вызывает значительные скорости пара при проходе через клапан. Чтобы избежать большой потери давления при этом, выполняют клапаны с диффузором, как пока-> зано на фиг. 3-50.. За узкой щелью между тарелкой клапана и его гнездом проходное сечение для пара закономерно возрастает. Высокая скорость пара (200—300 м/сек), разви- Фиг. 3-51. Диффузорный клапан-золотник. 1 - леталь с кольцевым диффузорным каналом; 2— золотник. вающаяся в щели, обусловливается значительным перепадом давления. Однако кинетическая энергия пара в диффузоре вновь превращается в потенциальную, так как с увеличением проходного сечения скорость пара падает. В результате при выходе из диффузора давление пара поднимается почти до начального давления. Конечно, в связи с неминуемыми потерями добиться полного восстановления давления в диффузоре невозможно. Следует отметить, что частичная разгрузка рассматриваемого диффузорного клапана в момент его подъема достигается за счет высокого давления сжатия в цилиндре (т. е. под клапаном). По тому же принципу, как диффузорный клапан, работает клапан (вернее, золотник), показанный на фиг. 3-51. Деталь 1 снабжена кольцевым диффузорным каналом. Вход в этот канал может перекрываться кольцом (золотником) 2, приводящимся в движение таким же механизмом, как и описанные клапаны. Отсечка происходит при подъеме кольца 2. Преимуществом этой конструкции является ее уравновешенность, недостатком—постоянство размеров диффузора при переменном сечении входа в него (в показанном на фиг. 3-50 клапане по мере его подъема увеличиваются и проходные сечения диффузора). Наибольшее применение получили двухседельные клапаны. Двухседельный клапан (фиг. 3-52 и 3-53) представляет собой тело вращения, соединенное ребрами со втулкой. Клапан опирается на две кольцевых поверхности, которые могут быть образованы или непосредственно в отливке цилиндра, или на специальных гнездах, вставляемых в цилиндр. Применение вставных гнезд предпочтительно, потому что клапан, притертый в холодном состоянии, удлиняется при нагреве его паром в большей степени, чем отливка цилиндра, средняя температура стенок которого ниже температуры клапана. Расстояние между опорными поверхностями изменяется, и плотность прилегания клапана нарушается. Обычно рекомендуется притирку, клапана производить в горячем состоянии, но практически это иногда вызывает значительные затруднения. Размеры же вставных гнезд можно по- Фиг. 3-53. Двухседельный клапан. V7.W/,wy/////^7^ Фиг. 3-54. Клапан для перегретого пара. добрать так, что удлинение их будет одинаково с удлинением клапана. В этом смысле особенно целесообразна конструкция, показанная на фиг. 3-54. Клапанное гнездо имеет приблизительно такую же форму и стенки такой же толщины, как и клапан, а потому они при нагреве удлиняются в одинаковой степени. Конструкции с вставными гнездами обладают еще и тем преимуществом, что при ремонте машины их легко проверять на станке, а в случае срабатывания — сменять без больших затрат: Опорные поверхности клапана выполняются горизонтальными или наклонными; в последнем случае они бывают параллельны друг другу или сходятся в общей вершине. Все эти способы образования опорных поверхностей почти равноценны. Клапаны обычно изготовляют из чугуна со стенками толщиной S = 5 10 мм. Лишь при температурах пара свыше 350° С необходимо применять стальные клапаны. Ширина опорных поверхностей клапана обычно составляет s = 2-ь4 мм. Если внутренний диаметр верхнего гнезда обозначить через da, наружный диаметр нижнего гнезда через dt, то da должен быть лишь настолько больше U(, чтобы клапан можно было вынимать. Обычно ^ + (0,5 н- 1) мм. Диаметр стержня Д выбирается в зависимости от размеров клапана и величины приложенной к нему силы. Обычно Д = 10 -г- 25 мм. Неуравновешенная площадь клапана составляет ^ [(da + 2s)2 - (d. - 2sf-Д*] (3-10) (в предположении, что под центральной частью клапана давление пара равно начальному рг). Разница между диаметрами, впрочем, весьма невелика, так что сила давления пара на неуравновешенную площадь незначительна, и большого усилия для подъема клапана не требуется. Пар проходит в цилиндр через клапан двумя путями: мимо верхнего гнезда под клапан и в то же время сквозь клапан мимо нижнего гнезда. Если клапан поднят над гнездами на величину h, то для прохода пара открыты сечения Kda h (сверху) и. ~^T.d.h (снизу). Обыкновенно при расчете клапана разницей между dd, и di пренебрегают и считают средний диаметр равным d. В таком случае при подъеме клапана на величину h для прохода пара можно считать открытой площадь '2r.dh. Клапан должен иметь вполне надежное направление. В той конструкции, которая изображена на фиг. 3-53, дается двойное направление: с одной стороны втулка клапана охватывает выступающую часть нижнего гнезда, а с другой — в эту же выступающую часть входит продолжение клапанного стержня. Независимо от этого стержень имеет направление .и над клапаном. Втулка клапана соединена с телом его при помощи ребер. Ребра эти могут быть расположены или радиально, или тангенциально (фиг. 3-52). Тангенциальное расположение ребер является более рациональным при высоких температурах пара, так как при расширении ребра стремятся как бы повернуть клапан вокруг его втулки, в то время как при радиальном расположении ребер они способствуют превращению круглого сечения клапана в многогранное. _ Расчет клапанов производится по тем же формулам, которые были приведены для золотниковых парораспределений. Необходимая площадь для прохода пара .... /=^.    (З-П) где F — площадь поршня; ст — средняя скорость поршня во время впуска; w — фиктивная скорость пара. Значения w для клапанов нормальной конструкции такие же, как для золотников, т. е. 25-н50 м/сек. В диффузорных клапанах можно допускать (непосредственно под клапаном, т. е. в горле диффузора) скорость w до 250 м/сек для насыщенного пара и до 300 м/сек—для перегретого пара. При этом в формулу (3-11) нужно вместо ст подставлять скорость поршня сх в момент наибольшего подъема клапана. Переходя к определению диаметра и высоты подъема клапана, отметим, что у односедельного клапана (диффузорного типа) площадь для прохода пара f=Tzdh,    (3-12) где А—высота подъема клапана. Скорость пара при выходе из диффузора следует доводить до ■гг;1 = 50-^-100 м/сек. По этой скорости определяют выходное сечение диффузора *=%?=%• <3-13> Диаметр диффузора приблизительно равен диаметру клапана (фиг, 3-50). Определив из формулы (3-13) диаметр, находим из формулы (3-12) высоту подъема клапана h. При двухседельном клапане, считая, что площадь прохода (фиг. 3-53) несколько загромождена стенками и ребрами клапана, можно положить где k—коэффициент сужения. Полагая k = 0,7, можно из формулы (3-14) определить диаметр клапана. Так как, с другой стороны, А=“=н-    <3-1б> Коэффициент k следует проверить после вычерчивания клапана. Он равен (фиг. 3-53) da — d\ -f- d\ — d^ ^ ib (do dg) где i — число ребер между телом клапана и втулкой; Ъ — толщина каждого ребра. При конической поверхности клапанных гнезд (фиг. 3-55) расстояние между клапаном и гнездом, перпендикулярное к потоку пара, измеряется отрезком х. Поэтому /■=- 2~dx, а так как 1
x — h cos а. kd
Фиг. 3-55. Коническая    конструировании опорная поверхность    ^ клапанов.    клапана и его коробки необходимо иметь ,в виду, что свободная площадь для прохода пара во всех частях клапанной коробки при различных положениях клапана не должна быть меньше f. Для кольцевой площади самого клапана (между телом клапана и его втулкой), по которому проходит половина всего количества пара, это условие можно записать так: l = Z(4-d])-ib(d,-d'). (3-18) Величине — должна равняться также кольцевая площадь шириной х (фиг. 3-53) при максимально поднятом клапане. 3-15. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ ПРИВОДА КЛАПАНОВ. ОБЩАЯ ОЦЕНКА КЛАПАННЫХ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЙ Механизмы для подъема и опускания клапанов делятся на две основные группы: принудительные и расцепные (последние называются также механизмами со свободным падением клапанов). • В принудительных системах парораспределения клапан в течение всего своего хода вверх и вниз связан с приводным механизмом. В расцепных системах парораспределения клапан только поднимается под действием приводного механизма; в момент же отсечки происходит расцепление механизма и клапана и последний падает под действием пружины, которая заложена над клапаном. Принудительные механизмы парораспределения могут работать с постоянной и переменной степенями наполнения. В первом случае они применяются лишь в распределениях выпуска. Во втором случае степень наполнения устанавливается регулятором, который действует или на эксцентрик, изменяя его элементы (плоский регулятор), или на промежуточные части механизма. До рассмотрения отдельных конструкций клапанных парораспределений дадим общую оценку механизмов этой системы. Клапанные парораспределения обладают следующими преимуществами: 1.    Несколько уменьшается потеря of теплообмена благодаря наличию в цилиндре четырех путей для пара (по два на каждую полость цилиндра). 2.    Вполне воможны выравнивание наполнений в обеих полостях цилиндра и точное осуществление намеченной индикаторной диаграммы благодаря тому, что впускные и выпускные органы отделены друг от друга и приводятся часто отдельными эксцентриками. 3.    Плотность запирания клапанов в достаточной мере надежна (при весьма тщательной притирке их в горячем состоянии). 4.    Применение перегретого пара вполне возможно и не вызывает никаких затруднений. 5.    Для подъема клапанов приходится затрачивать очень небольшие усилия — гораздо меньшие, чем для сдвига неуравновешенного золотника. Это позволяет пользоваться приводным механизмом легкой конструкции и повышает механический к. п. д. машины. 6.    Закрытие каналов клапанами совершается быстро, что уменьшает дросселирование пара в конце впуска. Механизм для привода клапана может быть спроектирован так, что перед моментом отсечки скорость падения клапана будет достаточно высока. Клапанные парораспределения имеют следующие недостатки: 1.    Их механизм несколько более сложен по сравнению с золотниковыми парораспределениями, что повышает стоимость машины, требует более квалифицированного ухода за ней и в некоторой степени снижает надежность ее работы. 2.    Опорные поверхности .клапанов с. течением времени срабатываются и в некоторых бе прижимается ролик т, находящийся на тяге cd. Передача к клапану совершается при помощи двуплечего рычага сьс, имеющего в точке Ь точку опоры. Плотное прилегание клапана к гнездам, а также прижимание ролика к кулачной Шайбе во время подъема клапана достигается действием пружины, находящейся под клапаном. Тяга cd вместе с роликом удерживается в нужном положении при помощи рычага ed. Выступающая часть р этого рычага выполнена в виде рукоятки. случаях на них появляются трещины он уда-ров при посадке (в быстроходных маши- В связи с этим клапанные механизмы применяются преимущественно в стационарных машинах средней и большой мощности. В локо* мобильных и судовых машинах они также применяются, но реже, чем золотниковые В паоо-вшных машинах они широкого распространения пока не получили, хотя стальные штампованные клапаны работают удовлетворительно даже в тяжелых условиях паровозной службы. 3-16. КУЛАЧНЫЕ ШАЙБЫ "Р°СТеЙШИМ механизм°м для передачи дви-„ н клапану при постоянной степени наполнения являются кулачные шайбы. к-ттэттоц06 'паР°РаспРеДел-ение для выпускного клапана показано на фиг. 3-56. На распределительном валике, центр которого находится в точке О, помещается стальная шайба с кулачным выступом. К этой шай-
В дальнейшем будем принимать, что распределительный валик вращается против часовой стрелки. Когда при вращении шайбы кулачный выступ набежит на ролик, то тяга cd опустится,, причем конец ее с опишет дугу круга вокруг точки 6, а конец а ‘двуплечего рычага поднимется вверх и поднимет клапан: начнется выпуск пара из цилиндра. Клапан будет открыт в течение всего времени нахождения ролика ^"г;Л"5-!- Парораспределение при помощи кулачной шайбы для выпускного клапана.
на выступе шайбы. При сбегании с последнего клапан будет закрываться под действием сжатой пружины. Рукояткой р можно вручную поднимать клапан. Пользуясь этим, можно, например, спустить воду из цилиндра и применить выпускной клапан вместо продувочного крана. По такой же схеме может быть устроено и впускное парораспределение, но так как последнее пр,пр,гр„1т„»    работает обычно с итяйбг,! И степенью наполнения, то кулачные васж1РгтрПРИМеНЯЮТСЯ’ главным образом, для распределения выпуска. по ппп1^йЧИВаНИе    следует производить eKTR.JLf еННЬШ правилам. Если нужно спро-паоопягппо кулачнУю шайбу для выпускного шииной Р<~деления> ™ прежде всего на криво-сят ппи ^ грамме (ф'иг- 3-57) машины нано-лсжХя 1°ЩИ индака^РНой диаграммы по-кривошипа для начала выпуска и начала сжатия (Ое и Og). на Уп^МеЖДУ кРаями кулачного выступа на шайбе должен равняться углу у на кривошипной диаграмме. Этим определяется положение точек е и g на профиле шайбы. Высоту подъема клапана h вычисляют по формулам, приведенным в § 3-14. Разность радиусов окружностей, составляющих профиль шайбы, должна быть равна: Г\ — гг~ kh, где k — отношение плеч рычага ас (фиг. 3-56): Зная величину h и выбрав из конструктивных соображений радиус шайбы г2, находят ридиус кулачного выступа гъ Этим радиусом описывают дугу, а переходные части выступа близ точек е и g (фиг. 3-57) очерчивают обычно прямыми линиями и дугами круга. Для того чтобы ролик m (фиг. 3-56) не прикасался к шайбе на холостой ее части (угол 360° — у) и чтобы этим была обеспечена плотная посадка клапана, фактический радиус г3 шайбы должен быть несколько меньше (приблизительно на 1 мм) радиуса г2, как это показано на фиг. 3-57. Для безударного вступления ролика на выступ желательно, чтобы переход от точки в к выступу происходил по касательной © точке е. Так как при этом клапан в моменты открытия и закрытия имеет незначительную с ко-, рость, то обычно переходную линию проводят под некоторым углом а. к касательной. Угол а составляет 20 -г- 30° и, как крайний максимум, достигает 40°. При выборе величины а необходимо принимать во внимание число оборотов машины. Если машина быстроходная, то крутой подъем переходной линии на шайбе, т. е. большой угол а вызывает значительные силы инерция в распределительном механизме, что при недостаточно сильной пружине может повлечь за собой отход ролика от шайбы и нарушение принудительности парораспределения. Поэтому в быстроходных машинах стремятся, чтобы угол а был возможно меньшим. В тихоходных машинах силы инерции не так велики, что позволяют выбирать большие значения для угла а. Между прямой линией и дугой радиуса Г\ производят скругление возможно большим радиусом. Чтобы правильно заклинить шайбу на распределительном валике, необходимо связать ее положение с положением кривошипа. Фиг. 3-57. Профилирование кулачной шайбы. Началу выпуска соответствует точка е на шайбе. От начала выпуска до прихода в правое мертвое положение (речь идет о1 левой полости цилиндра) кривошип и распределительный валик поворачиваются на угол р. Следовательно, при правом мертвом положении кривошипа ролик должен соприкасаться с точкой f на шайбе. Если на фиг. 3-57 нанести положение Of под углом Р к Ое и отметить затем на изготовленной шайбе линию Of риской, то при сборке машины необходимо следить за тем, чтобы при мертвом положении кривошипа риска эта совпадала с направлением тяги cd. 3-17. ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ МЕХАНИЗМ С КАТЯЩИМСЯ РЫЧАГОМ Наиболее распространенными механизмами для привода клапанов являются эксцентриковые механизмы. Эксцентрики, находящиеся на распределительном валике, передают движение клапанам при помощи более или менее сложных рычажных передач. Фиг. 3-58. Конструкция эксцентрикового механизма с катящимся рычагом для подъема выпускного клапана. Рассмотрим сначала механизмы парораспределения с постоянной степенью наполнения, применяемые обычно для выпускных клапанов (здесь речь идет, конечно, не о наполнении, а о продолжительности выпуска). На фиг. 3-58 представлена конструкция такого механизма, а на фиг. 3-59 — его схема. Из центра О распределительного валика начертим окружность, которую описывает эксцентриситет эксцентрика. Радиус этой окружности обозначим через г (фиг. 3-59). Для подъема клапана эксцентриковым механизмом часто применяется катящийся рычаг Последний в точке с (фиг. 3-58 и 3-59) соединен с эксцентриковой тягой и в точке Ь — со стержнем клапана. Постоянной точки опоры рычаг не имеет, а может перекатываться по подушке аах (фиг. 3-59). Фиг. 3-59. Кинематическая схема эксцентрикового механизма для подъема выпускного клапана.
Точка опары рычага при движении конца эксцентриковой тяги- вниз перемещается по подушке справа налево. В начале подъема клапана точка опоры рычага (фиг. 3-59) находится весьма близко от стержня клапана — в точке а. Отношение плеч рычага получается тогда большим, и значительное перемещение точки с 'вызывает небольшой подъем клапана. В начале подъема скорость клапана поэтому незначительна. Но точка опоры быстро перемещается из а в а, и скорость подъема клапана увеличивается. Таким же образом действует механизм и при посадке (Клапана, когда точка с движется вверх, а точка опоры рычага переходит из в а. Желательность посадки клапана с небольшой скоростью (чтобы избежать удара) находится в противоречии с требованием значительной скорости закрытия канала во избежание дросселирования пара. Надлежащим профилированием подушки можно добиться, чтобы рычаг проходил путь аах с большой быстротой, что существенно сократит продолжительность дросселирования. Однако при резком изменении скорости возникают значительные силы инерции, которые могут нарушить принудительность распределения и, преодолевая силу пружины, оторвать рычаг от подушки. Время прохождения пути аа\ зависит от величины у (фиг. 3-59). Если последняя равна нулю, клапан начинает сразу подниматься с большой скоростью и с такой же скоростью он садится. С увеличением у ускорения при подъеме и посадке уменьшаются. Обычно принимают у = 3 -н 8 мм (большие значения — при повышенном числе оборотов). Начертим катящийся рычаг в большом масштабе (фиг. 3-60). Подушка имеет небольшую Быиуклость с более значительным скосом с наружной стороны. Положение рычага, начерченное жирными линиями, с точкой опоры в а соответствует моменту опережения выпуска (речь идет о выпускном клапане). Конец рьгчага, связанный с эксцентриковой тягой, перемещается по некоторой кривой С2С\. Положим, что под действием эксцентрика точка с3 эксцентриковой тяги начнет опускаться вниз и перейдет в точку с\. Точка опоры рычага переместится! при этом влево из а в Gi (новое положение рычага вычерчено простым пунктиром). Второй конец рычага, находящийся в точке Ь, поднимется на величину h\ и настолько же поднимет клапан. При дальнейшем перемещении точки с вниз она займет положение с2, причем точка опоры рычага перейдет в а2, пройдя сильно искривленный путь аха2, а правый конец рычага поднимется на величину h (рычаг вычертен штрих-пунктиром). Если точка с2 является крайним положением конца эксцентриковой тяги, то h представляет собой максимальный подъем клапана. Когда конец эксцентриковой тяш находится в с2, то эксцентриситет занимает положение Ое2, совпадающее со средним направлением эксцентриковой тяги (фиг. 3-59). Под этим направлением мы будем понимать линию, соединяющую центр распределительного валика с концом рычага в момент начала подъема клапана (точка с). Центр эксцентрика при положении конца рычага в точке с2, строго говоря, не будет находиться в точке е2; однако этим обстоятельством можно пренебречь, исходя из того, что эксцентриковая тяга имеет большую длину. Точке с будет соответствовать некоторое положение эксцентриситета, которое легко найти, если из точки с радиусом, равным длине эксцентриковой тяги е2с2, сделать засечку на окружности вращения эксцентриситета. Она пересечет окружйость в точках е\ и е3. Точка с соответствует как моменту опережения выпуска, так и началу сжатия. Если эксцентрик вращается против часовой стрелки, то, очевидно, положение эксцентриситета Оез соответствует моменту начала выпуска, а Ое 1 — началу сжатия. ' Таким образом, если исходить из эксцентриковой диаграммы, то отдельные моменты парораспределения связаны следующим обра зом: когда эксцентриситет занимает положение Ое3, а эксцентриковая тяга — е3с, то рычаг сЪ находится в положении начала выпуска, причем его точка опоры лежит в о; при вращении эксцентриситета по направлению часовой стрелки точка с начнет опускаться вниз; когда эксцентриситет придет в свое мертвое положение Ое2, то конец тяги достигнет своего крайнего положения с2, а клапан поднимется на максимальную величину h. По выходе из крайнего положения конец тяги начнет подниматься вверх, а клапан — постепенно опускаться. Когда эксцентриситет займет положение Оеi, что соответствует той же точке с положения рычага, клапан закроется. При дальнейшем вращении эксцентриситета от точки в\ нижний конец эксцентриковой тяги продолжает подниматься, причем рычаг отделяется от подушки, вращаясь вокруг неподвижной точки Ъ, которая служит ему точкой опоры. При положении эксцентриситета 0<?4 точка с достигнет наивысшего положения Са 10 (рычаг на фиг. 3-60 начерчен тонкими линиями), после чего рычаг начнет опускаться вниз, пока при положении эксцентриситета Ое3 не сядет опять «а подушку в точке а.    * Таким образом, путь, проходимый эксцентриситетом от точки е\ до е3 по направлению стрелки, является как бы холостым ходом, при котором все части механизма перестанавливаются, но клапан остается в покое. Сравним рассмотренную схему с золотниковой диаграммой (фиг. 3-61). Отметим на этой последней моменты опережения выпуска и начала сжатия. Линия е4е2, делящая угол между этими двумя положениями кривошипа, соответствует мертвым положениям золотника, а линия ххи к ней перпендикулярная, — средним положениям золотника. Производя построение Опережение ‘ Выпуска Начало сжатия Фиг. 3-61. Золотниковая диаграмма. диаграммы по методу, примененному для золотниковых механизмов, наметим внутреннюю перекрышу t и открытие окна а (считая что перебега нет). Линии е2е4 на схеме клапанного распределения (фиг. 3-59) и на диаграмме аналогичны. ели на фиг. 3-59 провести линию ххи перпендикулярную е2е4, то эта линия укажет среднее положение эксцентриситета. Если соединить точки ех и е3 прямой линией, то последняя окажется параллельной линии ххх *. Расстояние между этими двумя прямыми представляет со-ои как бы внутреннюю перекрышу t клапанного парораспределения. Так же, как и в золотниковом распределении, внутренняя перекрыта представляет собой перемещение конца эксцентриковой тяги от среднего положения до положения при на-але выпуска; в клапанном распределении на величину такой перекрыши перестанавливается точка с. ™^аССТ°ЯНИе йв2 (фиг- 3’59)- аналогичное величине открытия окна а на золотниковой диаграмме, представляет собой перемещение точки с за время от начала выпуска до момента максимального подъема клапана. Если бы рычаг cab был равноплечим то длина ае2 приблизительно равнялась бы подъему клапана.    А Теперь остается связать положение эксцентриситета и кривошипа.    ■ При положениях эксцентриситета Ое. и Ое? кривошип находится в положении начала сжатия и опережения выпуска. Положение эксцентриситета при мертвом положении кривошипа может быть определено дл4 Вэ5е^ ЗГгЗЖ?‘ АТавн^ при помощи золотниковой диаграммы. На по- кшватт    } ЛИНИЯ меРТВЫХ положений кривошипа опережает линию хх, на угол 8. 1 от же угол 6 отложим на схеме клапан- пП^пяГР6ДеЛеНИЯ (фиг- 3'59) 0Т ™нии хх, о направлению вращения эксцентрика (обратному золотниковой диаграмме). Тогда и на этой схеме мы можем отметить линию К К,. ертвые положения кривошипа наступают при положениях эксцентриситета в О К и OKi На- НЭ» СХШу лшш KKl необходимо для правильной установки эксцентрика на распределительном валике: при левом мертвом положении поршня направление эксцентриситета в механизме для левой полости цилиндра щш^ой с°сташшть У™ Т с вертикальной Следует отметить, что при чистом качении ?Sr!araQ «тЛОДуШКе (без скольжения) точка Ь (фиг. 3-60) описывала бы дугу Ьх. Так как точка Ь соединена со стержнем клапана и движется по вертикальной прявиой, то рычаг в незначительной степени скользит по подушке ™4fIa скольжения измеряется стрелой про- tovL ТТ ДЛЯ уменьшения скольжения чтпйы А'цолжна лежать ниже точки а, так чтобы Ьх дважды пересекала ось клапана с одинаковыми стрелами прогиба по обе стороны от оси. Скольжения можно избежать, конструируя ки£мШКУ Не ° ВЬШукльШ’ а с вогнутым очертанием, причем радиус кривизны подушки вдвое больше радиуса кривизны рычага, выгнутого в том же направлении. 3-18. КАЧАЮЩИЕСЯ КУЛАКИ мпл?£пГИМ веСЬМа РаспРостраненным механизмом для подъема выпускного клапана являет- ™ГЬШ На фИГ- 3'62 механизм с качающимся кулаком. В точке а подвешен к корпусу машины кулак, представляющий собой как бы часть кулачной шайбы. Точка сЛ этого кулака соединена с тягой эксцентрика, насаженного на распределительном валике. При вращении экс-ценгрика точка с, перемещается вверх „ вниз и^':Ь по лу, е -ФУ™ вокруг точки подвеса а. Ку к очерчен дугами двух радиусов: г{ и г2 1УГ,ГРЯЖеНЫ между собой переходной кривой об очертании которой будет сказано ниже пл„ кулаком находится в соприкосновении ролик 5 двуплечего рычага, имеющего точку S„eBMm;JrKa " ЭПТ0Г0 рычага '“«meJTS стержнем клапана. Последний заканчивается внизу тарелкой, между которой и неподвиж- пружина.ПУСОМ Ш1апанной ко'Робки заложена Когда точка с\, а вместе с ней и весь кулак, поднимается вверх, то кулачный выступ заставляет конец s двуплечего рычага опуститься, а точку п вместе с клапанным штоком подняться. При обратном качании кулака, когда точка С\ пойдет вниз, ролик, сбегая с выступа, будет прижиматься к кулаку пружиной. Таким образом, подъем клапана производится при помощи кулачного выступа, а опускание — под действием пружины, сохраняющей принужденность парораспределения. Фиг. 3-62. Конструкция механизма с качающимся кулаком для подъема выпускного клапана.
Разность радиусов г,—r2 = hk, где h — подъем клапана; k — передаточное число механизма. На схеме фиг. 3-63 кулак начерчен в трех положениях: сплошными линиями — в момент начала выпуска, если он движется влево, начала сжатия, если ои движется вправо; пунктиром— в крайнем правом положении, точечным пунктиром — в крайнем левом положении. Соответствующие положения центра эксцентрика отмечены теми же индексами, что. и точ- Фиг. 3-63. Кинематическая схема механизма с качающимся кулаком для подъема выпускного клапана.
ка с. Крайние положения ролика на кулаке обозначены буквами d2 и С?4- Фиг. 3-64. Механизм парораспределения с катящимися рычагами и переменной степенью наполнения.
Чтобы обеспечить плотное прижимание клапана к гнездам пружиной и для уменьшения срабатывания прущихся частей, дугу d\d2 очерчивают обычно не из точки а, а несколько меньшим радиусом. Иногда дугу, проходящую через d4, очерчивают радиусом, большим, чем Г\, для того чтобы клапан, поднявшись полностью, не останавливался, а постоянно находился в движении. Этим уменьшается возможность по-висания клапана в поднятом состоянии вследствие заедания. Для возможности правильного заклинения эксцентрика на валу необходимо на схеме отметить линию мертвых положений кривошипа. Для этого из кривошипной диаграммы берется угол 8 и откладывается на схеме фиг. 3-63 от оси ххх по направлению вращения распределительного валика. Линия КК\ представляет собой положения эксцентриситета при мертвых положениях кривошипа.    i i Качающиеся кулаки имеют то преимущество перед катящимися рычагами, что при больших степенях наполнения или выпуска в первых увеличение продолжительности открытия канала не связано с высотой подъема клапана; при рычагах же большие степени наполнения достигаются совершенно бесполезным увеличением подъема клапана, требующим применения весьма сильных пружин. 3-19. ПРИНУДИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ НАПОЛНЕНИЯ. МЕХАНИЗМ С КАТЯЩИМСЯ РЫЧАГОМ Принудительные парораспределения с переменной степенью наполнения, применяемые для впускных клапанов, можно разделить на два основных типа. В одном из них эксцентриситет и угол опережения эксцентрика остаются постоянными, а изменяется передаточное отношение между эксцентриком и клапаном, изменяется также кинематическая связь между этими двумя деталями. В другом случае кинематическая связь остается относительно неизменной, а изменяются при помощи плоского регулятора эксцентриситет и угол опережения эксцентрика. На практике применяется весьма большое число систем парораспределений того и другого типа. Мы рассмотрим подробно две системы, наиболее типичные и наиболее часто встречаемые. В качестве примера системы парораспределения с постоянными элементами эксцентрика и с переменной кинематической связью рассмотрим механизм с катящимся рычагом, а в качестве примера системы п арор а сп ре деле -> ния с переменными эксцентриситетом и углом опережения рассмотрим механизм с качающимся кулаком. В первом из них один эксцентрик обслуживает и выпускной и впускной клапаны, причем перемещение выпускного клапана производится при помощи катящегося рычага по схеме, рассмотренной © § 3-17. Движение же впускного клапана заимствуется от хомута эксцентрика и через рычажную передачу, находящуюся под воздействием регулятора, передается клапану. Механизм такой системы парораспределения показан на фиг. 3-64. Фиг. 3-65. Кинематическая схема механизма с катящимися рычагами и переменной степенью наполнения.
Серьга тп, соединенная в точке т с хомутом эксцентрика, шарнирно связана с рычагом пр. Последний имеет посередине точку опоры о, принадлежащую рычагу or, причем через точку г проходит ось валика, параллельного оси машины. Валик может поворачиваться вокруг своей оси под действием регулятора. С концом р рычага пр соединяется тяга ps, приводящая клапан с помощью катящегося рычага sf. При вращении эксцентрика точка п качается по дуге круга вокруг неподвижной точки о. При подъеме точки п опускается точка р, траектория которой также представляет дугу круга, описанного вокруг точки о. Клапан для впуска пара при этом поднимается. Центробежный регулятор помещен сбоку машины на вертикальном валике. Муфта регулятора при помощи вертикальной тяги связана с рычажком, насаженным на валик г. Если число оборотов машины увеличивается, муфта регулятора поднимается, поворачивая валик г. Рычаг го отклоняется поэтому от своего перво-начального положения, а вместе с ним перестанавливается и рычаг рп. При уменьшении числа оборотов точка о и рычаги or и пр перемещаются в обратном направлении. Заметим, что точки т и s не меняют при действии регулятора своего положения. Как будет показано ниже, перемещение точки о оказывает влияние на степень наполнения машины. Если в изображенном на фиг. 3-64 положении механизма машина работает с нормальной степенью наполнения, то при крайнем левом положении рычага or должно получиться минимальное, а при крайнем правом положении рычага or — максимальное наполнение. V
Поэтому, определив угол между двумя крайними положениями рычага or, мы находим необходимый подъем муфты регулятора в пределах регулирования. При помощи схемы парораспределения, изображенной на фиг. 3-65, исследуем вопрос, каким образом перемещение рычага влияет на степень наполнения машины. Центр эксцентрика описывает окружность вокруг центра О распределительного валика. Эксцентриситет эксцентрика обозначим через г. Выпуск пара производится нижним клапаном при помощи катящегося рычага. Подобное распределение рассмотрено нами раньше, и здесь мы только отметим кривую, по которой перемещается точка g конца эксцентриковой тяги для выпуска. Направление вращения распределительного валика, как обычно, будем считать против часовой стрелки.    - Начало выпуска Начало впуока Начало' сжатия Фиг. 3-66. Кривошипная диаграмма. Вычертим по заданной индикаторной диаграмме кривошипную диграмму (фиг. 3-66). Имея в виду, что направление еех должно •совпадать на нашей схеме парораспределения со средним направлением эксцентриковой тяги для выпуска, переносим на схему среднее положение эксцентриситета по линии ххи а также те положения эксцентриситета О/С и ОКи при которых кривошип находится в мертвых положениях. Линия KKi, как это следует из фиг. 3-66, опережает ххг на угол о. Далее переносим на схему фиг. 3-65 положение эксцентриситета в начале впуска, которое отстает <от мертвого положения О К па угол Y- На схеме угол у отложим от линии О/С по направлению, противоположному вращению. Положение эксцентриситета при начале впуска представляется вектором Ov. На схеме вычерчены сплошными линиями также и прочие части механизма в момент опережения впуска. Эксцентриковая окружность вычерчена на фиг. 3-65 отдельно ib большом масштабе. Для исследования парораспределения необходимо прежде всего определить траекторию точки т. Рассматривая кинематическую схему механизма, можно убедиться, что' угол между mv и vg при всех положениях эксцентриситета остается постоянным (угол rnvg — const). Соединив точки mug, мы получим постоянный треугольник mug, точка v которого перемещается по окружности эксцентриситета, а точка g — по известной нам кривой.    ’ Перенося треугольник mvg в любое иное положение так, чтобы точка v лежала на окружности эксцентриситета, а точка g на кривой катящегося рычага, мы найдем ряд положений точки т, которые дадут замкнутую эллипсовидную кривую.    . Точки п и р, как уже указывалось, перемещаются по дугам кругов вокруг точки о. Траектория точки s представляет собой некоторую кривую, которая зависит от конструкции катящегося рычага. Для установившейся работы машины точку о будем считать неподвижной. Выясним, с какой степенью наполнения работает машина при данном положении механизма. Для установления связи между степенями наполнения и положениями кривошипа удобнее всего поступить следующим образом. Линию КК\ (фиг. 3-66) разделим на 10 равных частей (КК\ — длина хода поршня) и каждое деление перенесем на окружность при помощи дуги, радиус которой равен длине шатуна. Таким образам, для положений поршня на 10,20,30% ...хода мы находим соответственные ■положения кривошипа, которые мы и отметим точками 1, 2, 3... Точку К отметим цифрой 0 (0%) и точку /Ci —цифрой 10 (100%). Такое же построение мы произведем на схеме фиг. 3-65, на которой линия мертвых положений KKi у нас уже нанесена. Делая засечки из точек 0, 1, 2, 3 ...радиусом vm на траекторию точки т, отметим положения точки т в те моменты, когда центр эксцентрика будет находиться в намеченных точках, а поршень —на 0, 10, 20, 30%... своего хода. Механизм у нас начерчен в положении опережения впуска. В момент отсечки катящийся рычаг fs должен занимать то же самое положение, что и в момент опережения впуска. Для этого необходимо, чтобы ps и рп в момент отсечки также находились в том же положении, которое они занимают на чертеже в момент опережения впуска. Что касается точки т, то она может быть и смещена, но должна лежать на дуге круга, описанной из точки п радиусом пт. Так как эта дуга пересекается с траекторией точки т лишь в одной точке 5, то, очевидно, в момент отсечки серьга тп занимает положение пЗ, эксцентриситет — положение 03, а поршень, следовательно, находится на 30% своего хода. Степень наполнения в разобранном случае составляет 30 %. , Посмотрим теперь, как изменяется степень наполнения при действии регулятора. Положим, что поворотом регуляторного валика г точка о перемещена в положение Оь При этом точки т и s должны остаться на месте, а перемещается лишь рычаг пр. Для того чтобы точка т сохранила свое положение, точка п при перестановке регуля- тора должна (перемещаться по дуге круга вокруг точки т. Для определения нового положения рычага рп мы должны поэтому из точки Oi сделать засечку радиусом on на дуге, описанной из центра т радиусом тп. Мы найдем при этом, что точка п переместится в пй соединив щ с ои отложим на продолжении этой линии величину 0\Р\ = ор. Мы получим, следовательно, точку р\, в которую переместилась точка р. Точка s при перестановке регулятора должна остаться на месте, но это возможно лишь в том случае, если точка pi будет находиться на дуге круга, описанного радиусом ps из точки s. Если найденная согласно изложенному точка р 1 попадает на эту дугу, механизм будет работать правильно. Если же точка pi окажется вне этой дуги, то при действии регулятора изменится положение катящегося рычага и передвинется момент опережения впуска. При выборе размеров деталей механизма необходимо поэтому следить за соблюдением поставленного условия хотя бы для ходовых степеней наполнения. Новое положение механизма — vmn^pis — вычерчено на схеме фиг. 3-65 простым пунктиром. Определение степени наполнения при этом производится так же, как было показано для нормальной нагрузки (30%). Фиг. 3-67. Механизм парораспределения качающимися кулаками и управлением т плоского регулятора.
Из точки «1 проводим дугу радиусом щт, которая пересечет эллипсовидную кривую, положим, в точке 7. Это значит, что при новом положении механизма отсечка произойдет на 70% хода поршня; поворотом регуляторного валика влево мы достигли увеличения степени наполнения. Если повернуть валик регулятора вправо (положение го2), то степень наполнения уменьшится. Соответственное положение механизма вычерчено' штрихпунктирными линиями (vmn2p2s). Дуга, описанная из точки п2, пересекает теперь траекторию точки т в точке 0. Таким образом, при этом положении механизма степень наполнения достигнет минимальной величины (0%). Если максимальная степень наполнения машины должна составлять как раз 70%, то углом OiW2 измеряются пределы регулирования и -в зависимости от его величины выбирается подъем муфты регулятора. 9 Г. С. Жирицкий: 3-20. ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧАЮЩИМИСЯ КУЛАКАМИ В этой системе парораспределения та или иная степень наполнения может быть уста.Н013-лена изменением величины эксцентриситета и его угла заклинения, что достигается действием на эксцентрик плоского регулятора. Основными частями механизма, показанного на фиг. 3-67, являются качающиеся кулаки. Впускной и выпускной клапаны имеют самостоятельные эксцентрики, причем первый из них связан с плоским регулятором, а второй заклинен на валу неподвижно. С эксцентриковой тягой впускного' клапана соединен в точке Ь качающийся кулак t, подвешенный в точке а. Стержень клапана заканчивается цилиндрическим телом (стаканом) п, имеющим вертикальный прорез. В этом прорезе помещается ролик т, ось которого проходит сквозь стакан п. Клапан прижимается к своему гнезду, а ролик — к качающемуся кулаку при помощи пружины, заложенной в верхней части клапанной коробки. При вращении эксцентрика конец Ь эксцентриковой тяги описывает дугу вокруг точки а; кулак цри движении точки Ъ вниз набегает своим выступом на ролик и поднимает клапан. При движении точки Ь вверх ролик спускается с кулачного выступа, клапан под действием пружины закрывается. Аналогичным образом приводится и выпускной клапан. В эксцентрике впускного клапана сделан прорез s, которым эксцентрик надет на так называемый камень g, заклиненный на распределительном валике. Эксцентриковый диск захватывается пальцем с, который связан с регулятором (см. § 5-8), и при перемещении грузов последнего поворачивается по дуге круга вокруг центра О. Палец захватывает при этом эксцентриковый диск, прорез s в котором позволяет диску скользить по камню g. Так как эксцентриковый диск перемещается прямолинейно, а палец с должен описывать дугу круга, то последний также сконструирован в виде камня, входящего в прорез диска. Фиг. 3-68. Эксцентрик и кулак впускного клапана механизма, показанного на фиг. 3-67.
Ось этого щрореза расположена перпендикулярно к оси первого прореза. Длина прореза Si сделана больше соответствующего размера камня с на величину стрелки прогиба той дуги, которую описывает точка с. - Таким образом, под действием регулятора изменяются эксцентриситет и угол заклинения эксцентрика, изменяется размах точки 6, путь, проходимый роликом по кулаку, а вместе с ним величина и продолжительность подъема клапана. На фиг. 3-68 вычерчены в большом масштабе кулак и ролик впускного клапана. Механизм показан в положении начала впуска. Профиль кулака очерчен радиусами гх и г2 из точки а и переходной кривой, состоящей также из двух дуг круга; с с'с" представляет собою кривую подъема центра ролика или геометрическое место центров ролика при его качении по кулаку. Кривая эта вычерчивается дугами кругов, концентричных с профилем кулака. Ролик соприкасается с кулаком в точке d. Если бы кулачного выступа не было и поверхность качения была очерчена по дуге радиусом г2, то при перекатывании ролика центр его перемещался бы по дуге радиуса R = ас. Когда точка Ь, перемещаясь по дуге радиуса ab, перейдет в точку Ь', с роликом придет в соприкосновение точка d' кулака (угол dad' равен углу bab'). Если считать кулак неподвижным, а ролик катящимся по нему, то центр ролика переместился бы в точку с'. Дело в том, что ролик насажен на стержень клапана и может перемещаться лишь вдоль оси. Перекатывая ролик по кулаку, мы вместе с роликом должны поворачивать и стержень клапана, но так, чтобы расстояние / до него от точки а оста!валось неизменным. Это возможно, если направление стержня клапана останется касательным к цуге окружности, описанной радиусом I из точки а. В рассматриваемом случае это направление изображается линией с'е. Подъем клапана определяется отрезком этой линии от точки ^ с' до дуги окружности, описанной радиусом ас из точки а. Подобным же образом можно измерить подъем клапана для положения точки b в Ь". На ' чер- Фиг. 3-69. Графическое определение подъема клапана. теже отмечена величина этого подъема в виде отрезка под точкой с". На фиг. 3-69 выполнено аналогичное построение в момент достижения наибольшего подъема клапана. Линия ас'" в этом случае проведена через центр 02 дуги, которой очерчен профиль кулака. Угол поворота кулака от момента начала впуска составляет у. Подъем клапана измеряется по направлению с"'е и равен hMaKc. Подъем этот, как ясно из чертежа, несколько больше разности радиусов П—г 2. На том же чертеже представлено действительное положение ролика и кулака в рассматриваемый момент. Точка d их соприкосновения лежит -на линии С\02', соединяющей центры ролика и переходной части профиля кулака. На фиг. 3-70 представлена диаграмма перемещения конца эксцентриковой тяги (точки Ь), построенная по типу золотниковой диаграммы. Положения кривошипа в моменты начала впуска и отсечки при нормальном наполнении снесены с индикаторной диаграммы. Максимальная степень наполнения выбрана. Исходя из последней, находим направление эксцентриситета От для максимального наполнения. От =гмакс при угле опережения Кривая вершин выбирается >е виде прямой линии, соединяющей точки тир (перпендикулярно к положению кривошипа в момент опережения впуска). Разделив пополам угол между положениями кривошипа при начале впуска и в конце 9* нормального наполнения, найдем направление и величину эксцентриситета On для нормальной нагрузки машины. On — г при угле опережения Ьп. Окружность, описанная на On, должна пройти через точку р\ величина «внешней перекрыши» е остается без изменения1. Если под действием регулятора эксцентриситет будет уменьшен до величины Ор, то соответствующая ему окружность не пересечет дуги, описанной радиусом е, а будет касательной к ней, и отсечка произойдет в момент опережения впуска. Таким образом достигается минимальное — нулевое — наполнение. Угол опережения эксцентриситета Ор — г на диаграмме отмечен углом о0.. Величины, измеряемые в виде хорд окружностей, проходящих через точку О, в данном случае представляют собой на фиг. 3-68 сдвиги точки b от среднего положения. Внешняя пере-крьша е представляет собой путь, который проходит точка b от своего среднего положения до того момента, когда -кулачный выступ начинает приподнимать ролик, а вместе с ним и клапан. На фиг. 3-68 на чертеже эксцентрика нанесена кривая вершин в виде линии тр, соответствующей диаграмме на фиг. 3-70. Угол Отр на обеих фигурах одинаков. На фиг. 3-71 дана кинематическая схема эксцентрикового механизма. Эксцентриковая окружность начерчена для ясности построения в большем масштабе, чем профиль кулака. Фиг. 3-70. Диаграмма перемещений конца эксцентриковой тяги. Точка Ъ описывает дугу круга вокруг точки а. Отметив среднее направление эксцентриковой тяги Е\Е2, из точек Ех и Е2 сделаем засечки радиусом, равным длине эксцентриковой тяги ОЬ. Этим определяются крайние положения точки Ь, а именно bi и Ь2. Профиль кулака должен быть вычерчен так, чтобы при крайнем нижнем положении точки b ролик не сбегал с кулака. Из диаграммы (фиг. 3-70) возьмем углы , которые образуют положения кривошипа при начале и конце впуска с положением От, со-' ответствующим мертвому положению эксцентриситета. Углы Y отложим на фиг. 3-71 по обе стороны от ОЕ 1. Точка vm указывает положение эксцентриситета при начале впуска, точка Ет— в момент отсечки при максимальном наполнении. Из точки vm (или Ет) сделаем засечку радиусом ОЬ, которая пересечет дугу Ь\Ь2 в точке Ь0. Для этого положения и вычерчен кулак; ролик должен находиться на нем в момент начала подъема — опережения впуска. Линия, соединяющая точки vm и Ет, отстоит от средней линии хх\ на величину внешней перекрыши е [линию vmEm, равно как и ххи правильнее было бы начертить дугой круга из точки Ьо(Ь), но ввиду того, что длина тяги ОЬ весьма велика в сравнении с величиной эксцентриситета, можно дугу заменить ее хордой].
Фиг. 3-71. Кинематическая схема парораспределения.
При повороте эксцентриситета от положения Ох до Ovm точка Ь проходит путь ЬЬ0, а кулак совершает по ролику холостой ход от среднего положения до начала впуска. Значение перекрыши е, таким образом, аналогично с золотниковыми распределениями. «Открытие окна», измеренное как бы по золотниковой диаграмме, представляется отрезком АЕ\\ соответственно этому отрезку точка b проходит путь Ьф\, а подъем клапана находится так, как это указано на фиг. 3-68 и 3-69. Если, пользуясь диаграммой фиг. 3-70, отложить углы, которые образуют положения кривошипа в начале впуска и в конце нормального наполнения с направлением On, то мы найдем на схеме распределения положения эксцентриситета Ovn и ОЕп . Для максимального наполнения эксцентриситет был равен гт в данном же случае (для нормального наполнения)— г. На фиг. 3-70 и 3-71 эксцентриситеты для различных наполнений равны друг другу. Наконец, для минимального наполнения мы находим положение эксцен-гриситета    ' Ov0 = гмин, при котором крайним положением ролика на кулаке служит начальная точка подъема кулака. «Открытие окна» на’ диаграмме обращается в нуль. Кривая вершин на схеме распределения представляется линией vm и0. На схеме направления Ovm,Ovn,Ov0 сдвинуты друг относительно друга, хотя начало впуска в машине с этим механизмом происходит при одном и том же положении кривошипа независимо от степени наполнения. Объясняется это, конечно, сдвигом эксцентриситета при регулировании, так что, например, угол vm Ovn на фиг. 3-71 как раз равен углу тОп на фиг. 3-70.    . Поэтому и мертвые положения кривошипа на схеме распределения будут иметь для разных степеней наполнения разные положения. Чтобы определить их, нужно отложить от положения кривошипа при начале впуска по направлению вращения угол $ (фиг. 3-70). Тогда для максимальной степени наполнения мы получим на фиг. 3-71 мертвые положения кривошипа по линии КтКт, для нормального наполнения — по линииКаКп, для минимального — по КоКо'-Конструкция эксцентрика впускного клапана показана на фиг. 3-72. Прорез s (фиг. 3-67) здесь обозначен цифрой 1, камень g — цифрой 2, прорез, S\—цифрой 3, камень с — цифрой 4.


Круглое отверстие 6 в камне эксцентрика служит для соединения с выпускным эксцентриком, .который не заклинивается на валу, а скрепляется с камнем 2 болтом, Фиг. 3-72. Эксцентрик впускного клапана. 1 прорез для камня на распределительном валике; 2 — камень; 3—прорез для пальпа регулятора; 4— палеи регулятора; о - эксгентриковый диск; 6—отверстие для болта, соединяющего впускной и выпускной эксцентрики. Фиг. 3-73. Колонка впускного клапана Сумского машиностроительного завода им. Фрунзе. 1—болт, регулирующий натяжение пружины; 2—стакан; 3 — качающийся кулак; 4 — ролик; 5 — стержень клапана; 6—сальниковая втулка.
ч а ж ка ° котп п аП-Р а вле н и ю к оси клапана; ры-стр с валЗЫ? МОЖ€Т пов°Ра™ваться вме-ptrMPU    ’ нах°дящимся под воздей- единена1РгГпп.пТ0Ра' ЭксцентРиковая тяга b со-простым эксцентриком на распределительном валу Точкя П Vm™ и р де прнтпи^я    ПРИ вРаЩении экс- ковогТдискаДлУгтГООбраЗНЫЙ Прорез эксцентри- позволяет менять vroJ^' ТаКЗЯ К0НСТРУВДия эксцентрика.    заклинения выпускного ки впускного^ клainаня3лдя К°НСТрукция колон-ханизма в исполнении гч Рассмотренного метельного завоГн* фру^К0Г° ™острои- «.    расцепным Для”„^^^в^иГг1а^мамП"ОЙ МеХаНИЗМ осном?ыГдетаж?ар“га°г/Г", "3 след>'ющих на валике L, и эксп^р™ Рычагом га, надетым ной зацепки А коо-^п °^0И тягой актив- валике D и спиральной свободно подвешена на СП|ИРальнои .пружиной отжимается
тачш Т Гг т ТСЯ П'° Дуге кРУ^а вокруг *уб зацепки Л нисходящем Движении точки D :у0 зацепки А садится на конец Z рычага на-ываемого также пассивной зацепкой и тянет его за собой вниз. Другой конец рычага К при ц™пка"касГтГТ КЛаПа"' П° MePe °"*ж™>я L “ т, ! „„ж ™ Рычажка г и благодаря выпуклости нижнеи части отклоняется рычажком влево и, наконец, соскакивает с рычага Z Про- ЖГМе' И Клапан де^ием пружины г2 падает. ,аг,^Тепень наполнения машины находится в ависимости от положения рычажка г. Чем бо- во)    последний от оси клапана (вле- меньще буяНрЬШге произойдет Расцепление и тем меньше будет степень наполнения. Фиг. 3-74. Расцепной механизм для подъема клапана.
un конструктивном выполнении механизма можно судить „о фиг. 3-75. В точке Тустрое конГултя06 соедин<!ние. дающее возможнгсть концу рычага перемещаться по дуге круга а клапанному стержню — вертикально Эксцён- краям валка Ъ Раоположе»ь> ™> наружным Сцепление активной зацепки А с пассив- стали и прикрепляют при помощи винтов что OtShT^ ЗЭМеНЯТЬ ИХ на Я ^ конструкции, показанные на фиг. 3-75, имеют те же обозначения, как и на фиг. 3-74. Вместо спиральной пружины в этой конструкции имеются две плоские пружины /, и h Ifi сильнее /2). Рычаг G на валике К служит для соединения механизма с муфтой регулятора. На фиг. 3-76 показана кинематическая схема рассматриваемого рас-цепного механизма. Эксцентриситет эксцентрика на схеме начерчен в увеличенном по отношению к другим деталям масштабе. Точка D перемещается по дуге окружности с центром в £. К этой Дуге из центра распределительного валика проведем касательную, соот- Фиг. 3-75. Расцепной механизм для подъема клапана. ветствующую среднему направлению эксцентриковой тяги. Отрезок OD представляет собой длину ее. Из крайних положений эксцентриситета (точки ei и е2) радиусом, равным длине тяги UU, делаем засечки и находим точки Dx и Д>, соответствующие крайним положениям рычага LD.    г В точке D подвешена зацепка. Когда точка находится в положении D\, активная зацепка еще не касается своим зубом пассивной зацепки Z, как это изображено пунктиром на фиг. 6-/7,а. Только по перемещении точки Di в положение Dv зацепка приходит в зацепление с рычагом ZK, как показано сплошным» линиями на фиг. 3-77,а. Расстояние DXD :J обыкновенно выбирается от 1 до 3 мм, и на протяжении этого пути перемещение зацепки не вызывает подъема клапана. При дальнейшем опускании, зацепки, начиная от точки Dv, рычаг ZK. поворачивается и клапан поднимается. Таким образом, положение D а является моментом начала впуска. Сделав засечку радиусом OD из точки Dv на окружность эксцентрика (фиг. 3-76), находим точку v и положение эксцентриситета Ov, соответствующее началу впуска. Обращаясь к кривошипной диаграмме (фиг. 3-78) и отметив на ней положения кривошипа для начала впуска и отсечки при нормальном наполнении, измеряем углы р и у между этими положениями и мертвым положением кривошипа. Угол р откладываем на окружности вращения эксцентриситета (фиг. 3-76) от положения Ои по направлению вращения. Этим определяется линия К.К.\, соответствующая мертвым положениям кривошипа. Положение эксцентриситета Ое п в момент отсечки нормального наполнения находим, если от линии ОЬС мы отложим по направлению вращения угол у. Делая засечку из точки еп длиной эксцентриковой тяги, найдем точку Dn, в которой должна находиться в момент отсечки точка подвеса зацепки. Для того, чтобы могла произойти отсечка, необходимо, чтобы зацепка соскочила с рычага ZK,'. Поэтому, когда зацепка находится в точке Ол, рычажок г должен касаться ее язычка и отклонить ее влево так, как показано на фиг. 3-77,б. Этим определяется необходимое положение рычажка г для нормальной нагрузки машины. Фиг. 3-77. Положение зацепки расцепного механизма в начале впуска (а) и в момент отсечки (б).
Для максимальной степени наполнения на кривошипной диаграмме (фиг. 3-78) отмечаем угол у, между мертвым положением кривошипа и положением, соответствующим моменту отсечки. Перенося этот угол тем же методом на эксцентриковую диаграмму, находим положение ^эксцентриситета Ое т и точку Um, в которой должно произойти расцепление. Для этого более позднего расцепления мы найдем положение механизма, подвесив зацепку в течке Dm и приводя край ее защелки в соприкосновение с краем рычага Z (фиг. 3-77,6, пунктир). Рычажок г должен быть при этом отклонен вправо тем Фиг. 3-76. Кинематическая схема расцепного механизма.
больше, чем больше максимальная степень наполнения. Следует отметить, что расцепление механизма должно быть произведено несколько раньше момента отсечки на время падения клапана. Можно считать, что для машин с числом оборотов около 100 в минуту за время падения Клапана поршень проходит путь от 6 до 12% своего хода, если степень наполнения составляет 15 -г- 60 %. Расцепление нужно производить ранее прихода поршня в положение отсечки, руководствуясь этими цифрами. Для получения минимальной • (нулевой) степени наполнения нужно произвести расцепление в момент предварения впуска, когда зацепка подвешена в точке D., (фиг! 3-77, 3-78). Рычажок г должен быть отклонен влево настолько, чтобы зацепка проходила мимо конца Z рычага, не зацепив его. Для смягчения удара при падении клапана применяется масляный катаракт. Конструкция его ясна из фиг. 3-75. Полость, в которой находится поршень р, заполнена маслом. Когда клапан поднимается, то поршень р легко двигается вверх, так как масло свободно переходит из верхнего отделения в нижнее через окна s сверху и окна t по боковой поверхности. При падении же клапана верхние окна закрываются совершенно, а боковые каналы перед самой посадкой клапана оставляют для прохода масла резко суженное сечение; поэтому падение клапана в конце хода сильно тормозится и клапан садится на гнездо с небольшой скоростью. Развертка боковой поверхности поршня р показана на фиг. 3-75 (слева вверху). Окна t суживаются в верхней своей части, образуя щели i. Фиг. 3-79. Кривые подъема впускного клапана.
Преимущество расцепных парораспределений заключается в том, что для изменения степени наполнения к муфте регулятора может быть приложено незначительное усилие. Однако расчетные механизмы для подъема клапанов могут быть применены лишь в машинах, делающих до 150 об/мин, так как трудно поддерживать на постоянном определенном уровне скорость падения клапана, зависящую и от работы катаракта и от прения в сальнике клапанного стержня. В машинах с более высоким числом оборотов (до 350 об/мин) ресцепные механизмы допустимы лишь для управления поршневыми золотниками (§3-24), работающими без ударз при посадке. Ф
а — в механизме с катящимся рычагом; 6 — в механизме с качающимся кулаком; в — в расцепном механизме.
3-22. КРИВЫЕ ПОДЪЕМА КЛАПАНОВ При построении схемы парораспределения следует вычерчивать кривые подъема клапанов. Такая кривая, дающая величины подъема клапана в зависимости от перемещения качающегося кулака, была построена на фиг. 3-68 (кривая сс'с"). ” Диаграммы эти, однако, удобнее строить в координатах h,S (подъем клапана — ход поршня), для того чтобы можно было определить высоту подъема клапана для любого положения поршня. Кривую сс'с" на фиг. 3-68 легко перенести в указанные координаты. Для этого необходимо определять положения конца эксцентриковой тяги, соответству-■ющие точкам кривой сс'с", и переносить их засечками (радиусом, равным длине эксцентриковой тяги) на эксцентриковую окружность (фиг. 3-71). Так как эту окружность можно рассматривать так же, как окружность вращения кривошипа, мертвые положения которого ОК и ОК\ намечены, то легко определить, каким положениям поршня соответствуют полученные точки на эксцентриковой окружности, а следовательно, и соответствующие им точки кривой сс'с". Подобным же образом могут быть построены диаграммы подъема клапана и других механизмов. В распределении с катящимся рычагом, например (фиг. 3-15), приходится определять подъем точки / для положений эксцентрика в точках v, К, 1, 2, 3■.., т. е. в момент начала впуска, при мертЕом положении! поршня и при положениях поршня на 10, 20, 30%... своего хода. В расцепном механизме (фиг. 3-76) также удобно разделить эксцентриковую окружность между К. и К\ на части, соответствующие сдвигу поршня на 10% его хода, и для точек деления ,найти положения точки D, а вместе с тем и подъем клапана. При испытании машины действительную кривую подъема клапана можно снять индикатором, карандаш которого жестко связывается с клапанным стержнем, а барабан получает движение от ползуна машины. ’ На фиг. 3-79 показаны подобные кривые при различных степенях наполнения для механизмов, рассмотренных в § 3-19, 3-20 и 3-21. На этих же диаграммах построены в виде полу-эллипсов кривые торможения пара (§ 3-6).    ” При помощи этих кривых определяется для любого положения поршня подъем клапана, необходимый для устранения заметного торможения пара при проходе через клапан.    \ Построение кривой торможения может быть Rhmm нено методом, нами уже ПримененнымТ§ 3-£ Из уравнения    s Fu sin а — 2T.dh x Wx Wx надо . понимать максимально допустимую с э?ой точки зрения скорость пара 70-^80 м/сек. ~    Sln 01 = hMaKC sin «. ^оссе™п^яНе°бХОДИМЫЙ ДЛЯ УстРанения заметного Дросселирования подъема клапана при а —90°: макс ‘Ir.dwх • санньГи в* Гз-Гимевт’ члП0СТР°еННаЯ пРиема™ опи-надлежащем выбо ™ мас^та^^м^жет3 ^°PMy - при полуокружности (фиг. 3-79(5)    принять форму подмма^лапан^пересекается' Лр^воГГ КРИВЗЯ большееТСчемУмжеВеННОе дРосселиРование°пара6тем пана ’ НИЖ6 опУскается кривая подъема кла- Д0.тмСТиГ’„1ёр«™Г|^ГаЯ ПаДеН"Ю “"”»»• SS.'SS nZrS Ги?»%ы“Т„™ф'газ““ТЧ<Ф"Г’ ™"“а- че5тежа^    Р“ искажены Для ясности ертежа). Осью клапана является прямая М Г на н?,пт°ЖИМ’ ЧТ° э«сцентриситет повернется' некоторый угол а в положение 0Л,.
щимися кулаками. ’    механизмы с качаю- SSS.-SSSS ~i? з 23. РАСЧЕТ КЛАПАННОЙ ПРУЖИНЫ предSe™T llZ7.Z,TZKlll “СТе" Парор"с' расположенной на оси клапана деиствием пружины, н ЛР ужина принудительных механизмов В принудительных парораспределениях благодаря наличию пружины стержень клапана постоянно сохраняет связь с остальными частями механизма. Эта связь, однако, может быть нарушена действием сил инерции движущихся масс механизма. ajsrr 2—c“2S Щимся кулаком.
В начале подъема клапана, когда его ускорение положительно, сила инерции направлена вниз, а потому безопасна; но затем, няини скоРость подъема клапана " ™“fT уоывать, сила инерции меняет знак, и появляется опасная: в Ss™ сПРкя^ИТеЛЬн°СТИ нарораспределе-кулак может отойти от ролика^* Кулаком- напРимер, Длине эГсГентр^овой\^гиРЛ,5СТпрелаВНЬ1М положение точки R п    ] определяем —=. wsspft^ ™ ,“гн;а ust
считана т1к?Ттобы онаГмпПРУЖИНЭ Д°ЛЖНа быть Рас' HVJO силу инерции впянй^ГЛа преодолевать максимяль-и“направлеиную в гт,™ ЮЩую ПРИ подъеме клапана ности парораспределения? Нарушения Щ*нудитель- сильРмерцииП«оТитЯсТкИ5СЯ М6Т°Д для опРеделения ■ЖнГ»^ симости от воеирни кп ЮЩИХ эти величины в зави- расчетную величину силы^нерцни. ющимся кулаком'описанм” в § 3-20 “а С М,а- начала впуска ^H*oTce4KHK^4eH;iPHCHTeTa В моменты между ними пополам    Линия> Делящая угол эксцентриситета. ’ азыва?т мертвые положения мертвых поло ж е ний* Ткг 11 ® р пе н д и к Ул я Р н ы й к линии МОЙ линией то™ ^ксцентриситета, и соединим пря- будем считать против* часовой сделки™ ВРащения о момент начала впуска эксцентриковая тяга имеет направление Л,5,. Точка В. перемещается по дуге круга вокруг точки ^подвеса качающегося кулака. В момент опережения впуска рс-лик клапанного стержня находится в точке Afj (отно- Высота подъема клапана измеряется отрезками между кривой М,М2Ммакс, построенной так ш у ” зано в § 3-20, и дугой радиуса NM\. При движении эксцентриковой тяги центр ролика перемещается по вертикальной оси M,L, кулак же качается влево и вправо. 1 , Как указывалось в § 3-20, удобнее считать кулак неподвижным, а ролик перемещающимся по нему так, If° «еНТр ег0 пР°*°Дит последовательно точки Мь 2> -иакс- Когда конец эксцентриковой тяги переместится из точки Bj в Въ центр ролика относительно кулака займет некоторую точку Мъ которая найдется проведением линии ND под углом р к NMX и линии Относительное положение оси клапанного стержня •будет совпадать с линией M3Lj, касательной к окружности, описанной из точки N радиусом NL. - По ^ оси M2LX можно измерить подъем клапана, который в данном случае выражается отрезком Л. Перемещая центр эксцентрика в различные положения между точками Ах и А0, мы можем найти вышеописанным способом соответственные величины Л подъема клапана. Таким образом, получается возможность построить кривую подъема клапана в зависимости от угла поворота эксцентриситета а. Это построение выполнено на фиг. 3-81, где по оси абсцисс отложены величины угла а. Начальной точкой построения является момент начала впуска, т.^е. нулевой подъем клапана. Максимальный подъем клапана hMaKC соответствует точке М^акс на кривой подъема и точке Д, на эксцентриковой окружности. При перемещении эксцентриситета от Л) к А3 центр ролика будет двигаться от чки Ммакс к Ми пройдя ту же кривую подъема в обратном направлении. ™,-о^ТОр^ю часть кривой подъема, вернее кривую дки клапана, на фиг. 3-81 мы чертить не будем, к как она совершенно симметрична с первой, гпал °Р°СТЬ П0Дъема клапана можно определить графическим дифференцированием кривой подъема клапана. Точнее скорость можно определить следующим методом. и =
м рП°н°?ИМ’ что ск°Р°сть U’ изображается вектором ^ГраГ!ле„и,пНТ^еСуеТ СК°Р0СТЬ подъема клапана до К0Т0РЗЯ И30бражается отРезком Так как NS±M2P и NP J_ M,Lb то треугольники M2FG и NSP подобны. Обозначив отрезок NP через г3, найдем: и = и'~ или к —Ш1/-3. гз ™,-г^10ДСТаВЛЯЯ вместо “1 ег0 значение, найдем скорость подъема клапана и шг* —. -Г 2 м обРазом’ в результате построения, которое может быть выполнено довольно точно, мы находим скорость подъема клапана в зависимости от числа оооротов машины и величин трех радиусов, которые определяются графически.    р тпп Вы™сляя эту скорость для тех же положений точки л3, которые служили для построения кривой подъема, вычерчиваем на фиг. 3-81 кривую скорости и. при положении центра ролика в точках Mi и М г    1 макс радиус г3 обращается в нуль, следовательно, и ы=0,
ок-т^1ЗВеСТН0’ что СК0Р0Сть точки, вращающейся по . vr„ жн°сти, взятая в любом направлении, равняется у овои скорости вращения, умноженной на перпен-пг^ЛЯр И3 центРа окружности на это направление, этому скорость точки А3 в направлении А2 В2 Щ = ъ>гь где гх расстояние от центра вала до линии А)5а; <*> угловая скорость вращения распределительного вала. Так как скорость точки В2 также равна щ, угловая скорость качающегося кулака '1 —
есть перпендикуляр, опущенный из точки N на направление эксцентриковой тяги. M0M"0H™aTb:BMeCT0 Щ НаЙДенИОе ВЬ1ше значение, Га 0,01 сен Фиг. 3-81. Кривая подъема клапана и кривая скорости подъема. Определим теперь скорость клапана в направлении нормальном к кривой подъема. В точке лЯ пример’ тПоРчк7ЬГМаЛЬНаЯ К КРИВ°Й подъема> проходит через Из точки N опустим перпендикуляр NS на эту прямую и обозначим длину его через г3'. Скорость подъема в направлении прямой MiS ' “1^3 что само собою понятно. Максимум скорости соответствует точке перегиба кривой подъема. На фиг. 3-80 центр ролика при этом находится в точке х на пересечении линии 0[0а с кривой подъема. От точки х, (фиг. 3-81) скорость убывает и, когда клапан достигнет максимального подъема, падает до нуля. Для определения максимального ускорения клапана проводим касательную к кривой скорости, имеющую наибольший угол наклона к горизонтали. Таковой является касательная в точке х. Так как по оси абсцисс у нас отложены углы поворота эксцентрика, пропорциональные времени (считая угловую скорость за время одного оборота постоянной), то тангенс угла наклона касательной и представляет собою ускорение движения: *вг-=аГ' Удобнее всего найти приращение скорости Ли за промежуток Д* = Тббсек- макс
Если машина делает п об/мин, то время одного оборота составляет сек., время поворота на 1° 60 1 выражается -j6Q- или 6га сек- Поэтому за jyQ сек. эксцентрик поворачивается на угол Откладывая от точки k (фиг. 3-81) влево отрезок, эквивалентным одной сотой секунды, измеряем ординату у в масштабе скорости и. Максимальное ускорение .    у Умакс— 0,01 м!сек2’ Л
макс'
Для быстроходных машин можно величину At взять и меньше 0,01 сек.    ^ гДе J — ускорение падения; t — время падения.
Сила инерции U равняется массе движущегося тела, умноженной на ускорение. Массой в данном случае является вес клапана и всех связанных с ним »."“о£нТ SSf" пруж"")' де”"ный a Jмакс Кроме силы инерции, на клапан во время подъема действуют: а)    давление пара на неуравновешенный стержень вверх)-3 впускного клапана над цилиндром—снизу б)    собственный Еес клапана (сверху вниз): в)    трение в сальнике стержня (сгерху вниз). Предполагая, что эти силы, по величине незначимы ''б1Vп;мДР/Г ДРУГа УРавновешивают, в дальнейшем пРйгтГшп -н "ИТаТЬ’ что пружина подвержена лишь действию силы инерции. Пружина закладывается в клапанную коробку с некоторым первоначальным натяжением Рп. Этим ПЛ/,'ГМГОЛТЛя    ________U ^ 1 Х1Л* достигается плотная к гнезду пружиной. Последняя, таким образом, должна быть заложена панаРоавНеанаГН Пп°СаДК0Й /о' В Т0ЧК6 * подъем клапана равен п. Пружина при этом должна деформи- пп^СЯ НЭ величинУ /о + А] и развивать силуР, превышающую или, по крайней мере, уравновешива- 2„ СИЛ/ ИНерцИИ и' Для безопасности работы обычно выбирают силу -Я=(1,1-и 1,2) U. сило if пп vrnT ПРУЖИНЫ задаются максимальной силой пружины Рмакс, развивающейся при подъеме клапана на высоту hMaKC. Величину Р принимают равной (1,3 -f-1,5) Р. развиваемым ДДФ°Рмации пружины пропорциональны развиваемым ею силам, то график изменения гипы зависимости от осадки представляется прямой линией. «. ”P)“ ПреДСГ“' /о + Лх посадка клапана, прижимаемого Так как Л, и hMaKC известны, то из этого уравнения можно определить /0, т. е. ту осадку, с которой пружина должна быть заложена в коробку. Зная Р и (/о ~Ь ^макс)' легко по известным формулам рассчитать пружину, т. е. найти ее диаметр, число витков и диаметр проволоки. Пружина расцепных механизмов В этом случае падение клапана, начиная с момента расцепления, не зависит от действия внешнего механизма, и назначение пружины — быстро посадить клапан на его гнездо. Сила пружины и подбирается так, чтобы время падения клапана составляло определенную величину.    ;    . Максимальная высота падения (подъема) клапана Отсюда . "■макс Время падения клапана мы найдем, исходя из угла поворота главного кривошипа'за время падения клапана. Положим, что этот угол составляет 70. В та” 60 ком случае время поворота на 1° составляетдцо^ сек., а время прохождения 7° Эту величину принимают за время падения клапана, причем углом ? задаются. Обычно (при /г = 100) 7 = 12 -т-15°. Клапан падает под действием собственного веса G и силы пружины Р. Сумма обеих сил должна равняться падающей массе, умноженной на необходимое ускорение: отсюда я=е(т-‘)- Сила Р за время подъема клапана является наибольшей, но для надежности максимальную силу пружины берут на 10-i-15% больше Р, что достигается выбором несколько пониженного напряжения в пружине при расчете ее на силу Р. Начальное натяжение пружины, с которым она должна быть заложена, можно принять — 1,5 • Таким образом, при построении диаграммы пружины нам известны величины Р и Рй. Начальную осадку находят из соотношения Р ~fvThMaKC Недостаточная точность приведенных расчетов пружин вызвала необходимость пользования эмпирическими формулами. Во многих случаях силу пружины при закрытом клапане выбирают где D — диаметр цилиндра машины, мм. Большие значения принимают для ц. в. д., меньшие— ДЛЯ Ц. н. д. Максимальную силу пружины принимают Рмакс = (1>2 + 2)Рй. По этим формулам полезно проверить силу пружины, определенную одним из описанных методов. 3-24 ПОРШНЕВЫЕ ЗОЛОТНИКИ С МЕХАНИЗМАМИ КЛАПАННЫХ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЙ В машинах с четырьмя путями для пара применяют иногда вместо клапанов поршневые золотники, расположенные горизонтально или вертикально. Золотники эти приводятся механизмами, аналогичными выше рассмотренным для клапанных парораспределений. Это обстоятельство дало повод многим авторам ввести не совсем удачный термин «поршневые клапаны». Конструкция золотника с вертикально расположенной осью показана на фиг. 3-83. В полость, находящуюся в крышке цилиндра, пар поступает через золотник двумя путями, как показано стрелками. При движении золотника вверх начинается впуск; в верхнем мертвом положении золотник открывает полностью верхние окна. Золотник может подниматься и опускаться при помощи любого из механизмов клапанных распределений. Преимуществами такого рода золотников перед клапанами являются: а)    несколько большая уравновешенность; б)    отсутствие ударов, происходящих при посадке клапана. С точки зрения плотности прилегания клапаны и рассматриваемые золотники почти рав- Фиг. 3-83. Поршневой золотник. 1 — втулка; 2 — пружина; 3 —поршневое кольцо. Фиг. 3-84. Механизм управления поршневыми золотниками в крышках цилиндра ад ■Время одного поборота Hyt/fort"/*?__ Фиг. 3-85. Кривая перемещения золотника.
ноценны. Клапан, надежно притертый в горячем состоянии, обладает хорошей герметичностью. В золотнике герметичность обеспечивается точным изготовлением и упругостью поршневых колец, а также перекрытием стыка колец, описываемым ниже применительно к кольцам поршня (§8-9). ;    ‘ Некоторым недостатком золотников по сравнению с клапанами является срабатывание поршневых колец и потеря ими упругости, а также необходимость смазки зо--лотникового зеркала, что осуществляется обычно впрыскиванием масла в пар перед машиной.    ^ Рассматриваемые здесь золотники приводятся более сложными механизмами, чем поршневые золотники, описанные в § 3-8; однако эти механизмы позволяют работать с регулируемой и притом небольшой степенью наполнения, независимыми друг от друга моментами парораспределения и с осуществлением четырех путей для' пара в цилиндре. Представляет интерес принудительный механизм, специально предназначенный для рассматриваемого расположения золотников. Показанный на фиг. 3-84 механизм имеет целью свести к минимуму перемещения золотника при холостом его ходе (начи-ска) С момента отсечки До начала впу-< Фиг. 3-86. Внешний вид механизма управления поршневыми золотниками.
Простые поршневые золотники находятся, как известно, в непрерывном движении и поэтому поршневые кольца. и втулка с окнами сравнительно быстро срабатываются. В рассматриваемом механизме золотник, закрыв канал и опустившись на необходимую величину перекрыши, остается на некоторое время почти в покое, начиная ход вверх лишь вблизи момента начала впуска. На распределительном валике находятся эксцентрики Ь, управляемые плоским регулятором с; каждый из эксцентриков при помощи тяги d соединен с кривошипом е, насаженным на промежуточный валик /; последний кривошипом g приводит тягу h, которая при помощи двуплечего рычага ik и серьги I перемещает золотник р.    1 Размеры и взаимное расположение частей механизма подобраны так, что почти в течение полуоборота машины золотник остается неподвижным. Кривая перемещения золотника в зависимости от времени представлена на фиг. 3-85. От оси абсцисс вверх отложены вели-, чины открытия окон по высоте, вниз —■ перекрыши золотника. Ось абсцисс az соответствует, таким образом, кромке окон во втулке. Начало впуска происходит в точке а в точке t достигается полное открытие окон ’ в точке b отсечка. В точке и золотник сдвинут на максимальную величину перекрыши и сохраняет ее (с небольшими колебаниями) на протяжении времени иу. Почти полная неподвижность золотника за этот период объясняется следующим: Точка и диаграммы соответствует точке и' на чертеже механизма (фиг. 3-84), когда детали k и I располагаются по одной прямой и приводят золотник В нижнее мертвое положение.
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я