Парна машина: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Demar-stil (беседа | приноси) |
м форматиране: 9x тире, 5x кавички, 4x нов ред, 3x тире-числа, 2x запетая, 18 интервала, параметър, точка (ползвайки Advisor) |
||
Ред 3:
== История ==
Идеята за парна машина идва от [[Херон]]. Неговата машина представлявала една сфера, поставена над котел и свързана към него чрез две тръби. Така парата минава през тези тръби докато стигне сферата и излиза през други две тръби, които се намират в противоположните краища на сферата. Така парата предизвиква достатъчна сила (тласък), за да завърти сферата.
▲Идеята за парна машина идва от [[Херон]]. Неговата машина представлявала една сфера, поставена над котел и свързана към него чрез две тръби. Така парата минава през тези тръби докато стигне сферата и излиза през други две тръби, които се намират в противоположните краища на сферата. Така парата предизвиква достатъчна сила (тласък), за да завърти сферата.
[[Файл:Papinengine.jpg|мини|100px|Чертеж на парната машина на Папен; [[1690]] г.]]
Първата парна машина е построена през 1679 г. от [[Дени Папен]] и представлявала цилиндър с лост, който се издига под действието на парата, а после се спуска под атмосферното налягане след сгъстяването на отработената пара. След него Томас Сейвъри разработва водна помпа, задвижвана с пара. Тя имала недостатъка от висок риск от експлозия на парата, но все пак намерила приложение в мините и помпените станции.
Първата парна машина с търговски успех се появява около 1712 г.<ref name=RBrown>{{икона|en}} {{cite book|last=Brown|first=Richard|title=Society and economy in modern Britain, 1700
[[File:Watt steam pumping engine.JPG|thumb|ляво|Ранен модел на парна машина на Уат за изпомпване на вода]]
Окончателни усъвършенствания в парната машина били направени през [[1769]] г. от [[Джеймс Уат]], който добавя [[кондензатор (топлообменник)|кондензатор]] и пропускане на [[пара]]та в цилиндъра последователно от двете страни на [[бутало]]то). Тези подобрения се оказват важни и се появяват точно навреме, за да може парната машина да стане двигател на [[индустриална революция|промишлената революция]].
Уат няма специално образование и работи като майстор в работилницата към [[Глазгоуски университет|Глазгоуския университет]]. Пътят му към световната слава започва с изпълнението на съвсем обикновена задача
Ранните машини на Нюкомен и Уат са наречени
Около 1800 година [[Ричард Тревитик]] и независимо от него Оливър Еванс (1801)<ref name="Thomson 2009">{{икона|en}} {{cite book
|title=Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United Sates 1790
|last=Thomson
|first= Ross
Line 27 ⟶ 26:
|location= Baltimore, MD
|isbn= 978-0-8018-9141-0|page=34}}
</ref><ref>{{икона|en}} {{Citation |last=Cowan |first=Ruth Schwartz |title=A Social History of American Technology |publisher=Oxford University Press |place=New York |year=1997 |p=74 |isbn=0
[[File:52 8134 Hoentrop 2012-09-16.jpg|thumb| Парен локомотив, използван в железопътния транспорт до 1988 година.]]
Line 37 ⟶ 36:
== Парен цикъл ==
[[File:Rankine cycle layout.png|thumbnail|280px|Диаграма на четирите основни елемента на цикъла на Ранкин]]
Парният цикъл (цикъл на Ранкин) е фундаменталният термодинамичен процес, обясняващ действието на парната машина. Този [[термодинамичен цикъл]] превръща топлината в работа. Топлината се доставя от външен източник в затворен обем, в който в случая на парната машина циркулира вода и пара. Този цикъл се използва при получаването на около 90% от цялата електрическа енергия, използвана по света, включително в почти всички [[електрическа централа|електрически централи]]. Наречен е на името на [[Уилям Ранкин]], шотландски [[физик]], [[инженер]] и енциклопедист.
Понякога цикълът на Ранкин се нарича „практически [[цикъл на Карно]]“, защото когато се използва ефективна турбина, започва да прилича на цикъла на Карно, който описва идеален [[топлинен двигател]].
Работният флуид в цикъла на Ранкин се намира в затворен кръг и се използва повторно постоянно. Макар че могат да се използват много флуиди, най-често се използва [[вода]] поради нейните свойства нетоксичност, нереагиране с химически вещества, изобилие и ниска цена, както и поради специфичните ѝ термодинамични свойства.
Line 48 ⟶ 46:
[[Файл:Steam engine in action.gif|мини|300п|Бутална парна машина на Уат в действие (анимиран разрез).]]
Парните машини са с просто или двойно действие в зависимост от това дали парата действа
Устройството и принципът на действие на една хоризонтална, едноцилиндрова, двойнодействаща парна машина с шибърно пароразпределение е следното: с помощта на пароразпределителния механизъм парата постъпва поред в лявата и дясната част на цилиндъра. Разширявайки се, тя задвижва буталото, което се премества съответно надясно или наляво.
Уат продължава да доусъвършенствува машината, като добавя възможност за въртеливо движение, като добавя планетарен [[механизъм]] от [[зъбно колело|зъбни колела]], чрез който движението в права посока може да се преобразува в кръгово. В този механизъм има 2 зъбни колела, наречени „слънце“ и „планета“. „Слънцето“ е голямо колело със закрепено в центъра му малко зъбно колело. Другото зъбно колело („планетата“) е свързано с буталото на двигателя и се върти около централното зъбно колело. Едно пълно завъртане на „планетата“ довежда до две пълни завъртания на „слънцето“.
== Други видове ==
Line 59 ⟶ 56:
{{Основна|Парна турбина}}
Една парна машина, получила най-голямо разпространение в индустрията е парната турбина.
[[File:Dampfturbine Montage01.jpg|thumb|right|300px|[[Парна турбина]] с отворен кожух.
Парната турбина се състои от един или няколко ротора с перки (витла), монтирани на задвижващ вал. Парата въздейства върху тези витла, като ги завърта. Статора се състои от подобни
Главното използване на парните турбини е за производство на електрическа енергия. (през 1990 година около 90% от световното производство на електрическа енергия се извършва с парни турбини.)
Всички [[АЕЦ]] генерират електричество чрез нагряване на вода и получаване на пара и задвижване на парни турбини, свързани с електрическите генератори.
Line 68 ⟶ 65:
=== [[Реактивен двигател]] ===
[[File:Aeolipile illustration.png|thumb|upright=0.5|Alt=Line drawing of a sphere suspended between two uprights forming a horizontal axis. Two right-angle jet arms at the circumference expel steam that has been produced by boiling water in a closed vessel under the two uprights, which are hollow and let steam flow into the interior of the sphere.|Машината се върти благодарение на излизащата от рамената пара.]]
Въпреки, че една от първите машини, използващи силата на водната пара, изработена от [[Хирон]] използва реактивната
== Компоненти на парната машина ==
Има два основни компонента на една парова централа: парогенератор (бойлер)
=== Източник на топлина ===
Line 78 ⟶ 75:
=== Парогенератор ===
[[File:Dampfkessel für eine Stationärdampfmaschine im Textilmuseum Bocholt.jpg|thumb|right|Индустриален парогенератор, използван за стационарна парна машина]]
Има два основни начина за предаване на топлината към водата, която се използва за пара.
*Водата преминава през една или повече тръби, обиколени от горещите горивни газове.
*Водата се намира в съд, вътре в който се намират тръби, през които преминават горещите горивни газове
Line 86 ⟶ 83:
=== Охладител ===
[[File:Susquehanna steam electric station.jpg|thumb|right|Охлаждащи кули на парова централа, над които се виждат облаци от изпаряваната вода.]]
Всички парни машини имат на изхода си голямо количество отпадна топлина под формата на пара с ниска температура. Тази пара трябва да се охлади, като най-простият начин е да се изпусне парата в атмосферата. Така се прави при парните локомотиви.
Понякога парата може да се използва за отоплителни нужди, например в жилищни сгради близо до ТЕЦ и по този начин се подобрява общата ефективност на инсталациите. Там, където това не може да се направи, се използват различни охладители с използването на вода от океани, реки, езера и други. Много често за целта се използват водоохладителни кули, при които водата се изпарява, като по този начин се охлажда останалата част и се връща чрез помпа обратно в парогенератора. Това са така наречени мокър тип охладителни кули. Съществуват и сух тип от затворен вид, при който разхода на вода е минимален и се използва при места, който нямат достатъчно водни източници. Изпарителните водоохладителни кули също се нуждаят от много по-малко вода, отколкото охлаждането с външен източник на охлаждаща вода.
Line 93 ⟶ 90:
=== Помпа ===
Повечето парни машини притежават водни помпи за рециклиране на водата или допълване на вода в котела на машината, така че те да могат да работят непрекъснато. Индустриалните парни машини използват многостепенни центробежни помпи, както и други видове. За подаване на вода в котли с ниско налягане се използва инжектор
=== Наблюдение и контрол ===
Line 105 ⟶ 102:
На схемата е показан регулатор за парна машина. От оста на машината чрез ремък или верига се предава движението към регулатора. Когато се увеличава скоростта на машината се увеличава скоростта на оста на регулатора и се увеличава кинетичната енергия на сферите. Това позволява на двете сферични маси върху лостовата система да се движат съответно нагоре или надолу в зависимост от скоростта на въртене. По този начин се регулира количеството пара например през един дроселен клапан и съответно скоростта на въртене. Така не се позволява например подаване на повече пара и съответно увеличаване на скоростта.
[[Файл:Steam vacuum vs pressure.gif|дясно|мини|Разлика между атмосферна парна машина и парна машина под високо налягане]]
Line 116 ⟶ 112:
* Превишаване налягането на парогенератора.
* Недостатъчно количество вода в него и като следствие на това прегряване и повреда на котела
* Натрупване на котлен камък и утаявания, особено при използването на мръсна вода.
* Аварии в парогенератора, предизвикани от конструктивни проблеми и лоша поддръжка
* Пропуски на пара от тръбопроводи и от котела.
Line 124 ⟶ 120:
== Предимства и недостатъци ==
=== Предимства ===
Основната предимство на парната машина е това, че могат да се използват практически всякакви източници на топлина за преобразуването ѝ в механична работа. Това ги отличава от двигателите с вътрешно горене, при които всеки тип двигател се нуждае от точно определено гориво. Предимството се забелязва преди всичко при използването на [[ядрена енергия]],
Подобни свойства притежават и другите типове двигатели с външно горене като [[двигател на Стърлинг|двигателя на Стърлинг]], които могат да осигурят доста висока ефективност, но имат съществено по-големи размери и тегло от съвременните типове парни двигатели.
Line 149 ⟶ 145:
: <math>\eta_{th} \le 1 - \frac{T_2}{T_1}\,</math>
Парна машина, изпускаща пара в атмосферата, би имала практически КПД от 1 до 8 %, а машина с кондензатор и разширена проточна част може да постигне КПД до 25 % и даже повече. [[ТЕЦ|Топлоелектрическа централа]] с прегряване на парата и регенеративно подгряване на водата може да постигне КПД 30
Тези различия в ефективността се дължат на особеностите на термодинамичния цикъл на парните машини.
== Приложения ==
Line 160 ⟶ 156:
[[Файл:Steam engine at the old sugar mill.jpg|thumb|200px|Парна машина в стара захарна фабрика в Куба]]
Стационарните парни машини са два типа:
* Машини с променлив режим, които трябва да спират често и да променят посоката на въртене
* Силови машини, които рядко спират работа и не трябва да променят посоката на въртене. Такива са енергетичните двигатели на [[ТЕЦ|топлоцентралите]], а също така промишлените двигатели, използвани в заводи, фабрики и на кабелни трамваи преди широкото разпространение на електричеството.
Line 175 ⟶ 171:
** [[Валяк|Парен валяк]]
** Парен екскаватор и др.
* [[Самолет с парен двигател]]. Има много опити за създаване на самолет, задвижван с парна машина. През 1933 година той е разработен върху стандартен самолет<ref>[http://books.google.com/books?id=AygDAAAAMBAJ&pg=PA9&dq=Popular+Science+1933+plane+%22Popular+Science%22&hl=en&ei=QeBUTc_hNsH-8AaqrZyPBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CDgQ6AEwAg#v=onepage&q=Popular%20Science%201933%20plane%20%22Popular%20Science%22&f=true
==== Парен локомотив без горивна камера ====
[[Файл:Dampfspeicherlok Genthin Henkel Werk.jpg|thumb|250px|right|Парен локомотив без горивна камера от серия 89- един от най-разпространените локомотиви от този тип.]]
Появата на този вид локомотив става възможно благодарение на откритие, направено от американски инженер Якоб Перкинсон през 1823. Той открива, че понижаването на налягането в котел, пълен с кипяща вода води до образуването на допълнителна пара. Това откритие помага на друг американец Емил Лам да изработи през 1873 година локомотив, който не се нуждае от горивна камера. Котела се запълва с пара с температура
Този вид локомотиви се използват основно за обслужване в заводи и места, където може да се осигури външен източник на пара и бързо зареждане. Те са особено полезни в предприятия, където се изисква взривобезопасност.
Line 186 ⟶ 182:
== Модерно развитие на буталните машини ==
Технологиите днес позволяват да се отстранят голяма част от недостатъците на буталните парни машини, което съчетано с използването на предимствата, които те осигуряват дават основание да се говори за един
Разработват се нови парни машини, които да отговарят на следните условия:
Line 194 ⟶ 190:
* Добра термична ефективност
* Бърз старт
* Минимален сервиз
* Голяма механична ефективност, добра топлоизолация и др.
Line 207 ⟶ 203:
== Външни препратки ==
* {{икона|de}} [http://www.rai-ming.de/physikshow/dampfmaschine.html Анимирана диаграма на парна машина на Уат от 1780]
* {{икона|de}} [http://www.albert-gieseler.de Dampfmaschinen und Lokomotiven – Ihre Entwicklung, ihr Einsatz und erhaltene Objekte
* [http://www.saechsischer-dampfmaschinenverein.de Sächsischer Dampfmaschinenverein e.V.]
* {{икона|de}} [http://books.google.de/books/download/Handbuch_der_Dampfmaschinen_Lehre_f__r_T.pdf?id=wH41AAAAMAAJ&output=pdf&sig=ACfU3U1lfmdHwijAkVT1vOhKTq5ujCIQjA Handbuch der Dampfmaschinen-Lehre] (PDF, 14MB), Christoph Bernoulli, Basel 1833
|