Что работает на паровом двигателе

Как работает паровоз на угле?

Многим людям паровозы на угле покажутся примитивными и устаревшими. Действительно, такой вид двигателя уступает более современным технологиям, но они до сих пор активно используются в некоторых странах. Принцип работы паровоза на угле не забывают благодаря его преимуществам — надежности и автономности. Эти автономные локомотивы приводятся в движение мощной паровой машиной. Впервые появились такие в 19 столетии, и это способствовало становлению экономики в целом ряде государств.

За прошедшие десятилетия паровозы стали более совершенными. Современные модели похожи на классические лишь отдаленно. Были изобретены модели без тендера, с турбинами и шестернями. В этой статье мы расскажем об устройстве паровоза, работе парового котла и топки. Мы приведем схему работы, изложим преимущества и недостатки паровозов на паровом двигателе.

Уже к середине 20 столетия начали появляться электровозы и тепловозы. Они более производительные и экономичные относительно тех, что работают на угле. Но от старого решения не отказались, его берегут как минимум в качестве альтернативного подхода.

Как работает парогенератор

Устроен парогенератор довольно просто — это отдельный компактный бойлер со своим ТЭНом. Когда парогенератор включается в работу, внутрь бойлера поступает порция воды, которая доводится ТЭНом до кипения. Образующийся пар выводится в барабан через форсунки, установленные, как правило, на краю люка.

Устройство локомотива

Паровоз с технической точки зрения — это паровой локомотив с паросильной установкой. В нее входят:

• паровой двигатель;
• паровой котел;
• топка;
• тендер.

Только органичное взаимодействие всех частей позволяет локомотиву двигаться и тащить за собой вагоны.

До 50-х годов прошлого столетия паровой двигатель считался лучшим и практичным устройством. За время своей эксплуатации он постоянно модернизировался, многократно изменялся внешне, но принцип его работы оставался неизменным.

Паровой двигатель

Пар, который образовывался в результате кипения воды в котле, давил на поршень. Следствием этого становилось движение механических частей. Его эффективность определяется соотношением показателей производимой работы к затраченным энергоресурсам.

Первые паровые машины имели КПД до 8%. Усовершенствование моделей (установка конденсаторов и расширителей проточной части) позволило поднять этот показатель до 25%.

Локомотив, работающий на пару, с отличие от других видов железнодорожного транспорта, без проблем работает в условиях высокогорья. В некоторых районах с пониженным атмосферным давлением паровозы используются до настоящего времени.

Паровой котел

Если паровая машина — это агрегат, в котором происходит преобразование пара в возвратно-поступательное движение поршня, то основное рабочее тело производится в паровом котле. Это главный компонент паровоза состоит из:

• топки;
• цилиндрической части с дымогарными или жаровыми трубами;
• дымовой коробки.

Парообразование осуществляется в цилиндрической части. Это происходит за счет прохождения по трубам тепловых потоков.

В дымовой коробке, кроме коллектора пароперегревателя, искродержательной сетки, парорабочих труб устанавливается дымовытяжное оборудование (конус), обеспечивающее подачу воздуха в топку.За счет этого создается искусственная тяга газов в котле. Паровой котел изготавливается из котельного листового железа. Элементы конструкции соединяются заклепками или сваркой.

Топка

Эта важная часть парового котла, состоит из двух основных частей: кожуха и огневой коробки. В нижней части топка ограничена колосниками. На них загружается твердое топливо. Решетчатая структура обеспечивает поступление потока воздуха, поддерживающего горение.Также снизу устанавливается топочная рама, изолирующая топку.

В пространство между кожухом и огневой коробкой заливается вода из тендера. Уровень ее ограничен параметрами топки. Рабочие характеристики оборудования зависят от его формы и размера. Топки подразделяются на

• узкие (располагающиеся между элементами рамы);
• уширенные (устанавливаются между колесами);
• широкие (размещаются поверх рамы и колес).

При выпуске последних моделей использовался широкий вариант.
Различаются топки по конфигурации кожуха и огневой коробки:

• верх у кожуха полукруглый, у огневой коробки — плоский;
• плоский у кожуха и коробки;
• радиальные: полукруг кожуха и круглая топка.

Наиболее эффективными считались модели с плоским кожухом и огневой коробкой. Несмотря на сложность изготовления, они умели увеличенное паровое пространство.

Тендер

Большую часть локомотива занимает тендер. Это прицепляемая отсек, в котором размещаются запасы воды, топлива и смазки. Последнее особенно важно для магистральных паровозов.

Распределение площади хранилища составляет 1/3 к 2/3. Меньшая часть предназначена для топлива, большая — для воды. Отсеки в тендерах для твердого топлива имели сужающуюся к низу форму, чтобы уголь естественным образом ссыпался в корыто углеподатчика. Емкости для воды имеют П-образную форму и размещаются вокруг угольного отделения.

Хранилища для воды разделяются перегородками с не совмещенными отверстиями, что снижает колебание большого (до 50 м3) объема жидкости. Заполнение тендера водой производилось во время остановок на станциях через расположенные на крыше люки.

Достоинства и недостатки

Паровое отопление — не самое популярное, но оно имеет как положительные, так и отрицательные моменты. Причем плюсы довольно значительны:

• Высокая эффективность обогрева. Дело в том, что пар в системе не просто нагревает до какой-то температуры радиаторы и трубы. Из-за большой разницы температур он конденсируется. А при конденсации 1 литр пара отдает 2300 кДж тепла. Тогда как при остывании того же количества воды на 50°C отдается только 100 кДж. Потому для обогрева помещения требуется очень небольшое количество радиаторов. В некоторых случаях достаточно некоторого количества труб.
• Так как паровое отопление — система небольшая, она имеет малую инерционность. Нагреваться помещение начинает буквально через несколько минут после пуска котла.

Пар в радиаторах конденсируется, Стекает вниз, затем отводится через специальный трубопровод

Недостатки паровых систем отопления еще более впечатляющие:

• Высокая температура пара приводит к нагреву всех элементов системы до 100°C и выше. Это приводит к следующим последствиям:
  • очень активной циркуляции воздуха в помещении, что некомфортно, а, порой, и вредно (при аллергии на пыль);
  • воздух в помещении пересыхает;
  • горячие элементы системы травмоопасны и их надо закрывать, причем и трубы тоже;
  • не все строительные материалы нормально переносят длительный нагрев до таких температур, потому выбор отделочных материалов весьма ограничен (по сути, это только цементная штукатурка с последующей окраской термостойкими красками).
• Простое паровое отопление имеет очень ограниченные возможности по регулировке теплоотдачи. Есть только один способ изменять температуру — сделать несколько параллельных веток и включать их по мере необходимости. Второй способ — отключать котел при перегреве и включать после того, как помещение остынет. Этим процессом управляет автоматика, но такой способ далеко не самый комфортный, так как наблюдаются постоянные колебания температуры.
• Система шумная. При движении пар довольно сильно шумит. В производственных цехах это не очень мешает, а в частном доме может быть проблемой.

Как видите, паровое отопление — не лучший выбор, хотя и довольно недорогой в обустройстве.

Преимущества и недостатки

Нужна или нет технология очистки паром для домашнего применения? Проанализировав отзывы пользователей, можно выделить такие преимущества:

1. Экономия. Используя паровую технологию, вы можете не применять моющие порошки и гели. Воды для запуска парогенератора используется гораздо меньше, чем при обычной стирке. Так как пар образовывается быстрее, чем греется вода для стирки, электричество также расходуется по минимуму.
2. Легкий уход. Нужно привести в порядок залежавшиеся вещи? Спешите на встречу, и нет времени привести в порядок блузку? Используйте освежение паром. Горячая паровая обработка разгладит складки на вещах, устранит неприятный запах. А главное – вы экономите время на сушке. Вы достаете вещи чуть влажными, они быстро просыхают.
3. Пар заменяет кипячение и предварительное замачивание. Проникая в волокна, пар способствует лучшему расщеплению пятен при стирке.
4. Обрабатывать можно любое белье. Даже шерстяные и шелковые вещи. А для одежды со значком «ручной стирки» больше не нужна химчистка, паровая машина ее заменит.
   

1. Ограниченный выбор. Стиралки с паровой функцией в нашей стране представлены марками ЭлДжи, Electrolux, Hotpoint Ariston, Bosch, Whirlpool.
2. Цена. Стоимость таких машин начинается от 35 тысяч рублей. Понятно, что бюджетные варианты обладают только освежением паром. Поэтому не надейтесь, что сможете данной функцией заменить стирку. В более дорогих моделях от Вирпул паровая обработка удаляет пятна.

Стоит задуматься, будет ли востребована технология в вашей семье. Зачем переплачивать за функционал, который используется максимум два раза в год, а то и вовсе остается невостребованной. Ведь быстрые режимы стирки также позволяют эффективно привести белье в порядок.

Пар как источник энергии

Пар сыграл значительную роль в промышленной революции. Модернизация парового двигателя в начале XVIII века привела к таким огромным техническим прорывам, как изобретение паровоза и парохода, не говоря уже о паровой печи и паровом молоте. В последнем случае речь идет не о гидроударах в трубопроводе, а именно о паровом молоте, применяемом для изготовления поковок.

Однако, в настоящее время двигатели внутреннего сгорания и электричество часто заменяют пар как источник энергии. Но даже несмотря на это, пар по-прежнему широко используется на электростанциях и для других промышленных целей.

Парогенератор: мощная паровая машина

Парогенератор — это паровой котёл, который снабжён несколькими дополнительными устройствами. В его конструкцию входят один или несколько промежуточных пароперегревателей, которые увеличивают мощность его работы в десятки раз. Где используются мощные паровые машины?

Главное применение парогенераторы нашли в атомных электростанциях. Здесь с помощью пара энергия распада атома преобразуется в электричество. Опишем два способа подогрева воды и образования пара в реакторе:

1. Вода омывает корпус реактора снаружи, при этом она нагревается сама и охлаждает реактор. Таким образом, образование пара происходит в отдельном контуре (вода нагревается о стенки реактора и передаёт тепло в испарительный контур). В такой конструкции используется парогенератор — он выполняет роль теплообменника.
2. Трубы для нагрева воды проходят внутри реактора. При подаче труб в реактор он становится топочной камерой, а пар передаётся непосредственно в электрогенератор. Такая конструкция получила название кипящего реактора. Здесь парогенератор не нужен.

Парогенератор для атомной электростанции

Промышленные паровые агрегаты — мощные машины, которые обеспечивают людей электричеством. Бытовые агрегаты — также работают на службе человека. Паровые котлы позволяют обогревать дом и выполнять различную работу, а также дают львиную долю электрической энергии для металлургических заводов. Паровые котлы — основа промышленности.