Коловратные двигатели
Требования на универсальный двигатель с вращательным движением вала, стимулируя работу изобретателей паровых машин, способствовала использованию не только аккумулирования и суммирования, но и роторного принципа. Время осуществления этого принципа наиболее целесообразным методом использования кинетической энергии пара еще не наступило, так как это было связано с необходимостью освоения крайне высоких чисел оборотов (тысячи и десятки тысяч в минуту). Поэтому изобретатели делали попытки осуществить роторный принцип в конструкции двигателя с использованием потенциальной энергии пара. Такие двигатели называли «коловратными машинами».
«Крыльчатка» коловратных двигателей представляет собой вращающийся поршень, получающий рабочее движение вследствие разности давлений на его поверхностях. Если по одной трубе подводить пар избыточного давления, а другую трубу соединить с конденсатором, то вследствие разности давлений Pi и Р2 крыльчатка будет двигаться, передавая крутящий момент валу двигателя. Трудность конструирования коловратного двигателя заключается в том, что для поддержания разности давлений заслонка 4 должна быть опущена, а для беспрепятственного прохождения крыльчатки — поднятой. Поэтому ни одна из бесчисленных конструкций коловратных двигателей, предлагавшихся от Уатта (патент 1769 г.) до наших Дней, не оказалась способной заменить поршневой двигатель. В наше время конструктивные формы и принцип работы коловратных машин имеют применение во вспомогательных двигателях (серводвигателях) с ограниченным возвратно-качательным движением вала при неподвижной стенке 4 и применением в качестве рабочего тела пара или масла (в ряде систем непрямого регулирования).
Расширение сферы применения парового двигателя потребовало от него все более и более широкой универсальности, способности принимать наиболее целесообразные частные формы в соответствии с конкретными нуждами промышленности и транспорта. Началась специализация тепловых силовых установок по отдельным группам, которые можно свести к следующим.
А) Водоподъемные паросиловые установки. В первой половине XIX в. в водоподъемниках преобладал поршневой насос. Поэтому паровые машины здесь сохраняли балансир как наиболее целесообразный вид привода к поршневым насосам. Тепловая часть установок значительно усовершенствовалась путем введения сепаратного конденсатора, двойного расширения пара, повышения давления до 4—6 ати.-По данным испытаний лучшие водоподъемные установки давали удельную производительность до 195 000 кГ ? м на 1 кг сожженного угля, что при калорийности условного топлива 7 000 ккал/кг дает к. п. д.
Некоторые отдельные паронасосные установки имеют значительный исторический интерес. К числу их следует отнести сооруженную в 1845—1852 гг. громадную установку для работы по осушению Гарлемского залива в Голландии. Вертикально расположенный цилиндр двигателя (рис. 3-22) диаметром 3 660 мм с ходом поршня 3 450 мм и весом 22 т действовал на 11 балансиров, расположенных по кругу и приводивших в действие 11 насосов. Наибольшая высота подъема, достигнутая паровыми водоподъемниками, составляла 650 м, а наибольший к. п. д.
Б) Шахтные подъемные паросиловые установки- До середины XIX в. паровые машины шахтных и рудничных подъемников устраивались по общему стандарту с вертикальным цилиндром и балансиром и дополнялись в ряде случаев промежуточным валом для увеличения числа оборотов канатного барабана подъемного устройства. Специфические условия работы подъемников потребовали решения двух частных задач: тормоза и реверса. Получил применение фрикционный тормоз с канатным или ленточным захватом, заимствованный от подъемников с гидравлическим приводом. Для осуществления реверса использовался механизм переключения через промежуточный вал при нереверсивном двигателе. После разработки реверса в паровозных двигателях он был перенесен на шахтные и рудничные подъемные машины.
Воздуходувные паросиловые установки- В первой половине XIX в. воздуходувки приводились в движение от балансирных двигателей: паровой и воздушный цилиндры располагались по концам объединявшего их балансира.
Централизация воздухоснабжения привела к чрезвычайному росту мощности и размеров подобных устройств: при 20 оборотах в минуту ход поршня парового цилиндра достигал 3,96 м, воздушного цилиндра — 3,66 м (балансир неравноплечий) и при развиваемой мощности 650 л. с. подавалось 1 246 м3 воздуха в минуту. Громадная инерция движущихся масс поршней и балансира приводила к большой неравномерности движения. Введение маховика для сглаживания этой неравномерности вызывало инерционную нагрузку деталей машины. В середине XIXв. °т балансира отказались, разместив поршни двигателя и в°здуходувки на одном штоке по типу «тандем». На Рис. 3-24 показана сдвоенная воздуходувка такого типа с маховиком в качестве замедлителя скорости поршней при подходе к мертвым положениям. Переход к центробежным воздуходувкам с быстроходными паровыми машинами начал осуществляться в конце XIX в.