Паровая машина.

  Это первая по времени изобретения промышленная машина. Первые практически действующие паровые машины были созданы русским изобретателем И.И. Ползуновым и англичанином Дж. Уаттом. Рабочим телом в паровых установках является водяной пар, получаемый в паровых котлах. В машине Ползунова из котла по трубам пар с давлением, немного превышающим атмосферное, поступал поочередно в два цилиндра с поршнями. Для улучшения уплотнения поршни заливались водой. Посредством тяг с цепями движение поршней передавалось мехам для трех ме­деплавильных печей. В паровой машине Д. Уатта два цилиндра были заменены од­ним закрытым. Пар поступал по­переменно по обе стороны порш­ня, толкая его то в одну, то в дру­гую сторону. В такой машине двойного действия отработавший пар конденсировался не в цилин­дре, а в отдельном от него сосу­де — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддер­живалось центробежным регуля­тором. Разработка парового дви­гателя была завершена Д. Уаттом в 1784 г. Принципиально паровым котлом является и обычный чайник, мала только его производительность — масса пара, вырабатываемого за единицу времени. Значит, надо увеличить площадь соприкосновения нагревательного элемента и воды. Для этого есть две возможности: 1) пропустить топочные газы по трубам, вокруг которых расположена нагревающаяся вода,— дымогарный котел; 2) пропустить воду по трубам, вокруг которые разведен огонь,— водотрубный котел.   

• Современный усовершенствованный котел Рамзина — прямоточный, в трубах вода обращается в пар, который затем перегревается. Перегретый пар через распределительное устройство — золотникокую коробку 1 — поступает в цилиндр 2 паровой машины. Под давлением пара поршень 3 со штоком 4 движется поступательно. На штоке находится кривошип 5, шарнирно соединенный с шатуном 6. Шатун заставляет вращаться массивное рабочее колесо 7, инерция последнего позволяет проходить мертвые точки, в которых скорость поршня обращается в нуль. Так, кривошипно-шатунный механизм позволяет преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса. Это же колесо с помощью шарнирного соединения 8 заставляет двигаться золотник 9 в золотниковой коробке, осуществляя автоматическую подачу пара. Вспомним, что с рабочим колесом соединен регулятор Уатта 10, регулирующий массу пара, поступающего в машину.
• Опишем и изобразим на диаграмме один цикл ее работы. Поршень — в левой мертвой точке. Пар под большим давлением начинает поступать в цилиндр (1). Поршень под давлением движется вправо, в точке 2 распре­делитель прекращает доступ пара в цилиндр, происходит отсечка пара. Давление начинает уменьшаться, поршень продолжает движение под действием пара (2—3). В правой мертвой точке открывается выпускное отверстие, и «мятый» пар выбрасывается в атмосферу. Давление падает (3 — 4) до значения чуть больше атмосферного, и пар выталкивается (4—5) из цилиндра (в это время возможен рабочий ход с другой стороны поршня — в машине двойного действия). В точке 5 закрывается выпускной паропровод, открывается впускное отверстие, давление пара поднимается, и цикл повто­ряется с точки 1. Полезная работа за цикл равна площади 1-2-3-4-5-1. Для увеличения к. п. д. (и экономии воды) можно выпускать «мятый» пар не в атмосферу, а в конденсатор, где поддерживают низкую температуру. Пар конденсируется, давление понижается, и цикл замыкается по линии 4' — 5' - 1. Увеличение площади цикла показано на рисунке. Если пар достаточно «упруг», его можно использовать в следующем цилиндре машины многократного расширения.
• Достоинства: простота, надежность, дешевизна топлива (может быть использован любой его вид), реверсивность — возможность включения «обрат­ного хода». Недостатки: тихоходность - наличие «мертвых» точек принципиально ограничивает скорость, сложность трансмиссии — необходимо преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращение колеса, низкий к. п. д. Так, у первой универсальной паровой машины Ползунова КПД=0.1%; у машины Уатта — 1 %; у современных машин - до 10 -12 %.