Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Поршневая машина

Поршневая машина – устройство, преобразующее энергию с помощью основного рабочего приспособления – поршня. Принципиальная конструкция поршневого устройства представляет собой цилиндр, в котором движется поршень. При движении поршня изменяется объем камеры и изменяются параметры рабочего тела – давление, температура. Рабочим телом могут быть воздух, газы, смеси, вода. Специальные распределительные устройства – клапаны, золотники – регулируют поступление и отвод рабочего тела из цилиндра. Во время работы поршневой машины энергия рабочего тела понижается или повышается. Различные двигатели, насосы, компрессоры имеют в своей конструкции поршневые устройства. Работа поршневой машины, как правило, носит прерывистый и цикличный характер. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое с помощью кривошипного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Цикличность работы механизма влияет на скорость поршневой машины, которая не так высока. К тому же поршневые машины имеют большую массу и затраты на трение. Существуют конструкции поршневых машин, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное при помощи бесшатунного механизма. Также существуют поршневые машины, в которых поршень совершает вращательное движение, такие машины называются роторно-поршневыми. В конструкции парового насоса, например, поршень поршневой машины-двигателя приводит в движение поршень поршневой машины-исполнителя. Устройство мотокомпрессора представляет собой многоцилиндровую поршневую машину, в которой скомпонованы поршень-двигатель и поршень-исполнитель. Основная подвижная деталь поршневой машины – поршень, который движется вдоль оси цилиндра и перекрывает его поперек сечения. Поршень движется возвратно-поступательно и сжимает и засасывает рабочее тело – газы или жидкости. Поршни различаются по конструкции и по отношению его диаметра к длине и бывают тронковыми, дисковыми, скальчатыми. Тронковый поршень имеет небольшую длину, она только немного больше его диаметра, он снабжен головкой с днищем и канавками для поршневых колец. Дисковый поршень имеет длину, определяемую уплотнительным устройством, дисковый поршень установлен на штоке. Скальчатый поршень-плунжер имеет большую длину, в несколько раз больше его диаметра. Поверхность поршня, как правило, гладкая или имеющая кольцевые канавки. Изобретение и усовершенствование поршневой машины осуществлялось одновременно с изобретением паровой машины, автомобиля, дизеля, устройством которых она непосредственно является. Поршневые машины имеют очень широкое применение в различных областях производства и отличаются надежностью и простотой в эксплуатации, эффективностью и экономичностью.

Прямоточный котел

Принцип его действия основан на полном испарении воды, которое происходит во время ее прямоточного прохождения через испарительную поверхность. Питательный насос подает воду в экономайзер и далее в подъемные трубы и змеевики, которые находятся в топке. Эти змеевики и трубы и есть испарительная поверхность. В них вода испаряется, и при выходе из змеевиков уже испаряется ее остаток и происходит перегревание пара. Содержание пара в воде доходит до 95%. Это переходная зона с высоким теплонапряжением, и змеевики располагают иногда не в самой топке, а в газоходах. Окончательный перегрев пара происходит после переходной зоны в перенагревателях (радиационном или конвективном). В прямоточном котле нет барабана и опускных труб, это экономит металл на его изготовление и делает применение экономически выгодным. Но в воде, работающей в прямоточном котле, содержатся различные соли, которые оседают на внутренней поверхности труб-змеевиков и на лопатках рабочего колеса турбины, куда они попадают с паром. Это понижает эффективность работы турбины. Чтобы как-то снизить это влияние, вода проходит специальную водоподготовку. Значительный недостаток прямоточного котла – это большой расход энергии, необходимый для работы питательного насоса. Для использования прямоточных котлов на тепловых электростанциях воде необходима дополнительная химическая очистка, что увеличивает затраты. Поэтому более эффективны прямоточные котлы на конденсационных электростанциях, так как их питает уже обессоленная вода. Первый прямоточный котел в России появился в 1932 г. Это был еще опытный вариант, сконструированный в Бюро прямоточного котлостроения. Конструктор – Л. К. Рамзин. Этот первый котел имел горизонтальные змеевики, производительность пара – 3,6 т/ч, давление пара – 14,1 Мн/м2. Первый промышленный прямоточный котел был построен в России в 1933 г., производительность его пара была 200 т/ч.

В зарубежных странах используются прямоточные котлы Бенсона, имеющие вертикальные подъемные трубы, котлы Зульцера, имеющие вертикальные змеевики, в которых вода совершает подъемно-опускное движение.

Современные прямоточные котлы имеют давление 25,5 Мн/м2 (255 кгс/см2), производительность пара – 950—2500 т/ч, температуру первично перегретого пара – 560—580 °С, вторично перегретого пара – 570 °С.

Пусковой двигатель

Пусковой двигатель – это карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, как правило, запускающий дизели большой мощности.

Посредством редуктора вал пускового двигателя соединен с валом дизеля, и после начала работы дизеля пусковой двигатель отключается. Оба двигателя (и пусковой, и дизельный) имеют общую систему охлаждения, в которой циркулирует вода, подогревающая головки и гильзы цилиндров дизеля. Выхлопные газы пускового двигателя подогревают воздух, поступающий в двигатель, что облегчает его пуск. Частота вращения вала пускового двигателя – 2500—4000 об/мин, мощность – 2—15 кВт.

Реактивная турбина

Реактивная турбина – турбина, преобразующая потенциальную энергию рабочего тела (пара, газа, жидкости) в механическую работу с помощью специальной конструкции лопаточных каналов рабочего колеса. Они представляют собой реактивное сопло, так как после прохождения рабочего тела через него значительно увеличивается скорость рабочего тела (газа, жидкости). Первое такое устройство сопла использовал в 1889 г. К. П. Ловаль. Это сопло разместили перед рабочим колесом паровой турбины. Теоретически работу реактивного сопла разработал С. А. Чаплыгин в 1902 г. Современные реактивные турбины имеют рабочее колесо, которое вращается при помощи суммы действий сил, и имеют два принципа действия – активный и реактивный. Окружное усилие возникает, когда изменяется направление потока рабочего тела в лопаточных каналах колеса. Это принцип – активный. Реактивное усилие возникает, когда возрастает скорость рабочего тела в лопаточных каналах колеса, это принцип – реактивный. Реактивность турбины определяется отношением количества энергии, которая преобразована в лопаточных каналах рабочего колеса, к общему количеству энергии, которая использована. Если в турбине по реактивному принципу преобразуется не меньше 50% потенциальной энергии рабочего тела, такая турбина называется реактивной.

Реактор-размножитель

Реактор-размножитель – модификация реактора ядерного. Ядерное топливо – уран или плутоний. Принцип его действия основан на непрерывном воспроизведении расходуемого ядерного топлива. Воспроизведенное топливо – вторичное топливо. Один и тот же элемент (как правило, плутоний или уран) одновременно оказывается и воспроизводимым, и расходуемым. В реактор загружается сырьевой материал, с его ядрами взаимодействуют нейтроны, которые высвобождаются в результате деления ядер исходного материала. Например, в уран-плутониевом реакторе исходное топливо – плутоний, сырьевой материал – уран. Ядра урана захватывают свободные нейтроны, и получается вторичное топливо – плутоний. В уран-ториевом реакторе исходное топливо – уран, сырьевой материал – торий, вторичное топливо – уран. Основная характеристика реактора-размножителя – это время, необходимое для того, чтобы масса воспроизведенного топлива оказалась в 2 раза больше, чем масса топлива, которое было в реактор загружено. Основное природное топливо – это уран (235U). Но в природной смеси изотопов урана он составляет не более 0,7%. Поэтому эксплуатация реакторов-размножителей очень эффективна, так как они увеличивают топливную ядерно-энергетическую базу в несколько десятков раз, используя в своей работе вещества, которые не могут сами осуществлять реакцию деления ядер. Первые экспериментальные реакторы-размножители появились в России в 1949 г. Конструктор – А. И. Лейпунский. Первый промышленный реакторразмножитель был пущен в 1973 г. на атомной электростанции мощностью 150 МВт в Казахстане, в г. Шевченко. Развитие и использование реакторов-размножителей имеют очень большие возможности и перспективы.