Эффективной мощностью Ne называется мощность, переданная на вал машины; эту мощность можно полезно использовать. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину Nr, затраченную на преодоление трения в механизме машины и на приведение в действие вспомогательных механизмов. т.е.
Ne=Ni - Nr.
Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.) машины и обозначается ?м; таким образом,
?м=Ne/Ni ; ( I,9)
тогда
Ne= ?мNi. (I, 10)
Механический к.п.д. можно приблизительно найти по формуле
?м = K + 0.00005 Ne, (I, 11)
где К = 0,86 ?0,92 в зависимости от конструкции и степени совершенства изготовления машины. Формула относится к одноцилиндровым горизонтальным машинам без конденсации.
?м конденсационных машин и машин двойного расширения на 2-3 % меньше, чем у горизонтальных машин без конденсации; ?м вертикальных машин на 2-3% больше, чем горизонтальных. Обычно для горизонтальных машин ?м = 0,88 ? 0,92, а для вертикальных ?м = 0,9 ? 0,96.
Из выражения
?м= Ne/Ni = Ni- Nr / Ni = 1 – Nr / Ni
видно, что механический к.п.д. возрастает с увеличением нагрузки машины.
Эффективная мощность, с которой двигатель работает с наименьшим расходом теплоносителя (пара или топлива) на 1 л.с. ч, называется экономической мощностью.
Наибольшая эффективная мощность, с которой машина может работать неограниченное время вполне безопасно, называется номинальной мощностью, или максимальной продолжительной мощностью.
Эффективная мощность, с которой можно допустить работу машины лишь в течении небольшого промежутка времени (15-30 мин.), называется максимальной кратковременной мощностью.
Действие машины без совершения полезной работы называется холостым ходом.
vdvizhke.ru
"Паровые машины.Теория и практика."1922 год 6 издание.К написанию заметки подвигло желание дать в руки альтернативщикам простой и понятный инструмент расчета девайса. Заодно и вспомнить основные принципы работы паровых машин.
Основные принципы паровой машины , надеюсь понятны. Кому не понятны -причитают в книге
http://openlibrary.org/books/OL23340867M/Steam-engine_theory_and_practice
или википедии. Одноцилиндровые машины достаточно примитивны и хорошо потому описаны. Котел-золотник-цилиндр — атмосфера. Просто и понятно.
Разводить водой не будем — сразу переходим к интересующиму нас вопросу.
Морским паровым машинам.
(В первой редакции простые ПМ не рассматривал.До первого коммента ( погибшего).Действительно - никто не мешает сделать тотж "Новик" аж на 4х винтах , влепив 4 компаунда. Но одноцилиндровая - все таки на мой взгляд перебор) Выбрасывать воду в виде пара на море- довольно расточительно. Корабль- не мельница на речке- пресной воды нет (те конечно есть - но её достаточно мало). Можно, конечно, питать котлы заборной водой, но сразу встает вопрос засоления трубок котлов. И придумали оригиальну вещь . Пар из первого цилиндра ( раширившись и совершив какую-то работу) идет во второй цилиндр и делает уже работу там . Опять расширившись он не выбрасывается в атмосферу а идет в холодильник , где конденсируется до состояния воды и идет обратно в котел. Так появились машины двойного расширения. Добавив третий цилиндр- получили машины тройного расширения.Потом подобный девайс еще усовершенствовали- разделили цилиндр низкого давления на два .
Эту схему,применяли гтам, де один цилиндр низкого давления становился слишком большим при литье. Это также удобно для более действенной балансировки двигателя.Холодильник.
Машина одинарного расширения.
применялись при давлении пара 35 фунтов/дюйм2 ( 2,5 атм)
Машины двойного расширения ( компаунд)
применялись при давлении пара 60-100 фунтов/дюйм2 ( 4-7 атм)
(схема на первом рис довольно оригинальна)
Машины тройного расширения
применялись при давлении пара 120-170 фунтов/дюйм2 и больше ( 4-7 атм)
3 цилиндра
4 цилиндра
6 цилиндров
Расчет скорости корабля в зависимости от мощности.( Формулы интересны скорее заклепочникам ) 
V-скорость в узлах, D-водоизмещение, Н- мощность и.л.с, С-константа ( да.1/3 заменять на 0,33 и 2/3 заменять на 0,66 не рекомендую.Погрешность в полузла вылазит)
ТЕ приведены три константы
Для больших и быстрых (пассажирских)пароходов - 250
Для грузовых пароходов - 235
Для крейсеров и броненосцев- 225
Я лично для малых крейсеров в 2800-3300 т предлагаю - 200
Такто эта константа пишется и обозначается как "коэффициент Адмиралтейства" или "Адмиралтейский коэффициент".И таблицы есть. Но врядли ктото из присутствующих станет конструировать яхту.
( ктото не согласен или хочет внести свои коэффициенты ( миноносцев вот нет пока) - пожалста, только аргуметируйте расчетом- поменяем)
Те вполне можно посчитаь нужную мощность ПМ в табличном редакторе и построить очень красивые графики.
Расчет мощности ПМ ( в дюймовой системе).Имеется общая английская формула для расчета мощности в индикаторных лошадиных силах.( в милиметры пока не перевел - диаметры английских и американских машин в дюймах довольно часто встречаются ) Мутным моментом при расчерте яваляется среднее давление пара в цилиндре . Но если альтернативщик берет за основу какую-то уже рабочую машину- можно посчитать ее даление и уже на основе этой цифры играться с размерами цилиндров, чтоб поднять мощность.
Расчет мощности ПМ ( в метровой системе).
alternathistory.com
Итак, попаданец отлично обосновался в древности и у него появился настырный зуд построить паровую машину. Что конкретно нужно иметь, чтобы ее построить?…
Во-первых, нужно выяснить для чего ее применять. Основные применения — это стационарная машина как привод для станков или электрогенераторов, машина на паровозе и машина на пароходе.
Паровоз можно отметать сразу. Для него нужны железные дороги, а рельсы нельзя делать из чугуна — они лопаются под весом вагонов, рельсы должны быть стальными. А стальные рельсы — это развитая металлургия, которая не только умеет переделывать чугун на сталь в больших количествах, но и может эту сталь прокатывать. Производство рельс процесс непростой сам по себе, но в данном случае он должен быть еще и чрезвычайно массовым.
Паровая машина на производстве выглядит куда более привлекательной. Но какое именно производство попаданец собрался механизировать? Те станки, что будут у него в наличии, вполне можно вращать водяным колесом. Вопрос о паровике встанет только тогда, когда производство разрастется и мощности воды не хватит. Но, конечно, после обкатки паровика ему самое место на фабрике.
Еще более привлекательным выглядит паровая машина-генератор электричества. Ведь в отличие от современных ГЭС, в те времена тянуть линию ЛЭП к потребителю куда сложнее. Конечно, ГЭС никто не отменял (они до сих пор самые эффективные), но паро-генератор можно отложить чуть на потом, а пока мастерить гидроэлектростанцию.
А последнее применение в виде парохода — оно не просто самое привлекательное. Оно привлекательно именно с военной точки зрения. Ведь просто на каравеллу паровик поставить затруднительно — он займет все подпалубное пространство, да плюс еще и уголь возить где-то надо. В свое время на броненосцах во время дальних походов наваливали уголь везде, включая на палубе. Кроме того — на пароходе обязательно нужно паровая машина с конденсатором пара, иначе количество пресной воды не борту должно быть не меньше количества угля. А это — конкретное усложнение конструкции.
Но при этом паровая машина на корабле дает в бою 100 очков просто паруснику. Она не теряет ветер и позволяет зайти с самой неудобной стороны для противника. А в случае необходимости — уйти от преследования, тут несчастные 20 лошадиных сил дадут кумулятивный эффект.
Итак — для попаданца если и нужна паровая машина, то это должен быть компаунд двойного действия с конденсатором отработанного пара. Компаунд — чтобы мощность и КПД были хоть какие-нибудь.
Ну что же, приступаем.Сначала нам нужно рассчитать машину хотя бы в общем. То есть посчитать какое количество пара в час будет выдавать котел и какого давления. Под это все должна быть рассчитана топка. Если мощность топки окажется недостаточной, то котел вообще не удастся раскочегарить до требуемого давления, а если удастся — то после нескольких оборотов он это давление потеряет и следующий оборот машина сможет совершить только через несколько минут. Если же перестараться и котел будет мелким, а топка слишком большой — то уголь будет вылетать в трубу, а котел перегреваться и постоянно стравливать пар через предохранительный клапан.
Соответственно, в зависимости от количества пара необходимо рассчитать параметры поршней, их ход и диаметры цилиндров.К этому примыкает вопрос расчета кривошипно-шатунного механизма. То есть — диаметр маховика, и размер эксцентрика для золотника паровой машины. Следует так же учесть, что паропроводы, идущие к золотнику, должны быть рассчитаны по диаметру, исходя из давления пара и его весового количества.
Вот пусть программисты-попаданцы, положа руку на сердце, честно признаются — кто из них в состоянии это рассчитать? Потому как Ньюкомб и тем более Уатт это делали легко. Мне очень хочется увидеть, как современный офисный работник строит индикаторные диаграммы паровой машины и рассчитывает углы опережения золотника!
Итак, расчеты произведены. Задача непростая, но мы справились. Мы даже построили котел и выяснили, какое давление он выдержит — ну чтобы расчеты остального не были с потолка, здесь без натурного эксперимента никак.
Теперь посмотрим, что должно быть у нас для начала производства машины.Во-первых, должна быть достаточно развита металлургия. И не столько потому, что машина без нее окажется безумно дорогой, а потому, чтобы большое количество стали оказалось одинакового качества. Иначе тот же маховик придется отливать из сталей нескольких случайных выплавок со всеми вытекающими. Я уже молчу о котле из листов разного металла. Листы и заклепки должны быть четко подобраны по твердости, чтобы во время работы заклепки не посрезало.
Во-вторых — обязательно должно быть доступно резьбовое соединение.То есть — должен быть в наличии токарный станок с суппортом для точного нарезания резьбы.Заклепки хороши для котла, там усилие идет поперек заклепки. Но соединять фланцы труб заклепками невозможно — там усилие вдоль заклепки. В лучшем случае — начинает пропускать пар под давлением, в худшем — заклепки вылетают и пар вместо в цилиндры идет к кочегарам.Да и многие вещи без резьбы реализовать слабо возможно — хотя бы тот эксцентрик для золотника.Недаром именно постройка паровых машин дала толчок для резьбонарезных станков.Также хорошо озаботится сверлильным станком, ведь котлы будут собираться заклепками, а под них нужно сверлить дырки в толстых металлических листах, да еще и изогнутых.
Итак, это все мы решили, следующий этап — обеспечение точности.В паровой машине множество точно пригнаных деталей. Главная — паровые цилиндры. Зазор в цилиндре — это мощность и КПД.А еще есть такие детали, как центробежный регулятор оборотов, вентили для регулировки количества пара, да и в конце концов шкворневые соединения для кривошипа, чтобы они не разбились после двадцати минут работы. Иначе зачем нужна машина, которая впустую стравливает пар и после сотни оборотов клинит?
Ну что же, это все есть и можно приступать к постройке.Тут возникает куча технических моментов и затыков.Некоторые еще помнятся — например, нужно перед паровым цилиндром ставить еще один — чтобы направлять движение поршня, иначе поршень не ходит абсолютно линейно и быстро разбивается. Такой дополнительный цилиндр называется ползун и без него машин не строили.Но 99% проблем паровиков сейчас и не вспомнить. А проблемы там обязательно будут — например, как делать клапан, чтобы доливать воду в котел? Там ведь давление и не станешь же каждые 20 минут останавливать машину и доливать воды! А как определить, сколько воды осталось в котле? Все ли знают устройство водомерных трубок, если из текущего поколения никто их не то, что в глаза не видел, а и не слышал о таком?А из чего и как правильно делать набивку сальника для поршня паровой машины, в том месте, где он выходит из цилиндра? Ведь там, с одной стороны, должно быть герметизация (чтобы не выпускать пар), а с другой стороны — он постоянно движется и трется. А ведь температура в цилиндре будет не меньше 200 градусов!
И, кстати, проблемы с температурами. Часть машины будет горячей, а часть холодной. Как рассчитать тепловые расширения?Ведь тот же цилиндр будет состоять из разных частей и наружные окажутся достаточно холодными, напряжения в них следует учесть.Не покоробится ли золотник при высокой температуре?Как правильно построить систему смазки и какие части машины наиболее чувствительны к трению?Насколько удастся сделать отделение масла от отработанного пара в конденсаторе, без него же пароход не поплывет!
А уж вопросы эксплуатации — это вообще сказка! Обученного персонала не найти и очень важна «защита от дурака». Какие именно узлы особенно ее требуют и как ее конструктивно осуществить? Где вообще узкие места в надежности машины?Знает ли современный попаданец методику запуска и остановки паровой машины? Или вы думаете, что паровику прогрев не нужен?А что обозначают стуки в паровых цилиндрах и клацание в золотниках?И что бывает, когда вода вместо пара попадет в цилиндр?Как устранить резонанс при вращении маховика?Что делать при срыве вакуума в конденсаторе пара?Да там только с фундаментом для машины образуется воз и маленькая тележка проблем!
Вы еще хотите строить в древности паровую машину? Тогда мы идем к вам!
www.popadancev.net
| Тангенциальная диаграмма дает не только изменение тангенциальных сил Т, но и величины вращающего момента. Следовательно, площадь тангенциальной диаграммы, как произведение вращающего момента на угол поворота вала, выражает работу за один оборот вала. Если в тангенциальной диаграмме (фиг. 39) провести прямую СD на высоте Тср, то получим прямоугольник АСDВ, площадь которого соответствует работе полезного сопротивления. Поэтому те части площади диаграммы, которые выступают над линией СD, представляют избыточную положительную работу, которую машина периодически отдает маховику, накапливающему эту работу в виде живой силы. Та же площадь диаграммы, которая лежит под линией СD, представляет недостающую (отрицательную) работу, которую должен возместить маховик, отдавая ранее накопленную живую силу. Если найти наибольшую площадку, которая может лежать над или под линией CD, то это и будет наибольшая работа QкГм, которую маховик должен периодически поглощать или отдавать. При определении ф следует учесть масштабы диаграммы. При определении вертикального масштаба нужно руководствоваться масштабом, которым пользовались при построении сил Р, а следовательно, и Т. Так как все силы вычислялись отнесенными к 1 см2 площади поршня, то для определения полной величины избыточной работы нужно Q увеличить в F раз. Наибольшая избыточная работа поглощается приращением кинетической энергии вращающихся масс. Если J — момент инерции маховика, ?mах — его максимальная угловая скорость, ?min — минимальная угловая скорость, то поглощенная маховиком работа
в) конструкции машины (одноцилиндровая или многоцилиндровая) и от ее мощности, эти два фактора определяют собой величину QF. Для многоцилиндровых машин метод расчета остается тот же. В этом случае диаграммы тангенциальных усилий строят для каждого цилиндра отдельно, после чего их складывают графически (следует иметь в виду, что при этом кривые смещаются одна относительно другой в соответствии с углами расположения кривошипов). При расчетах, не требующих большой точности, вес маховика может быть определен по опытной формуле:
|
vdvizhke.ru
Рассматриваемые к. п. д. можно разделить на две основные группы: абсолютные и относительные. Абсолютные к. п. д. характеризуют степень использования в машине полученного паром тепла, а относительные к. п. д. характеризуют степень совершенства данной машины сравнительно с идеальной машиной, работающей по циклу Ренкина.
Абсолютные к. п. д. паровой машины показывают, какая доля тепла, полученного паром в котле, используется, превращаясь в индикаторную или эффективную работу. Различают два абсолютных к. п. д. машины: индикаторный и эффективный. Слово «абсолютный» в дальнейшем будем опускать.
Индикаторный к. п. д. есть отношение тепла Qi, пошедшего на индикаторную работу реальной паровой машины, ко всему полученному паром теплу Q:
?i = Qi / Q .
Тепло, превращенное в течение часа в индикаторную работу,
Qi = 632 Ni ккал/ч,
а полученное паром тепло
Q = В (i1 — i'2) ккал/ч,
где D — расход пара паровой машиной в кг/ч;
i1 — i'2 — тепло, сообщенное 1 кг пара в паровом котле, в ккал/кг.
Следовательно,
?i= 632Ni / D (i1 – i'2), (I, 12)
или
?i= 632 / di (i1 – i'2), (I, 13)
где di = В / Ni - удельный индикаторный расход пара в кг/л. с. ч.
Эффективный к. п. д. есть отношение тепла Qe, израсходованного на эффективную работу, ко всему полученному паром теплу Q:
?e = Qe / Q
или
?e = 632Ne / D (i1 – i'2) (I, 14)
и
?e = 632 / de (i1 – i'2) (I, 15)
где de = В / Ne - удельный эффективный расход пара в кг/л. с. ч.;
?e = ?м ?i , (I, 16)
так как
Оба эти абсолютные к. п. д. в значительной мере зависят от параметров пара при впуске и выпуске.
Практическое значение для современных конденсационных машин ?i = 0,13 ? 0,17 и ?e = 0,11 ? 0,14, а для машин без конденсации ?i = 0,1 ч- 0,12 и ?e = 0,06 ? 0,1.
Относительные к. п. д. показывают отношение тепла, превращенного в работу в реальной паровой машине, к теплу, преобразованному в работу паровой машины, работающей по циклу Ренкина.
Если две машины имеют, например, одинаковый ?i то очевидно, что лучшей из них будет та, которая работает с меньшими начальными параметрами и с большим конечным давлением. В этих случаях оценить совершенство машин удобно по относительному к. п. д.
В реальной машине процесс расширения происходит не по адиабате 1—2 (фиг. 13), а по кривой 1 — А, поэтому разность энтальпии (i1 — i2) = hт или располагаемый теплоперепад в идеальной машине больше, чем перепад тепла (i1 — i2д) = hд в действующей машине. Следовательно, в соответствии с определением относительного к.п.д. индикаторный относительный к. п. д.
Экономический к. п. д. паросиловой установки с паровой машиной для средних условий ~ 0,14. Для лучших машин средней или большой мощности ?эк = 0,2 ? 0,21. При работе машины на генератор электрического тока и удельном расходе топлива bэ в кг/квт?ч электрической мощности экономический к. п. д. электростанции
vdvizhke.ru
