§ 27. ПАРОВАЯ МАШИНА

Паровая машина И. И. Ползунова. Первые практически действующие универсальные паровые машины были созданы русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым и англичанином Джемсом Уаттом. Схема машины И. И. Ползунова показана на рисунке 31.

Рабочий процесс в Мишине Ползунова совершался следующим образом. Из котла 2, имеющего топку 1, по трубам 3 пар сдавлением, немного превышающим атмосферное, поступал поочередно в два цилиндра 5 и 6 с поршнями. Для улучшения уплотнения поршни заливались водой. Посредством тяг 10 и полубалансиров 9 с цепями движение поршней было взаимосвязанным, согласованным.

В положении, изображенном на рисунке 31, когда поршень левого цилиндра 5 находится внизу, а поршень правого цилиндра 6 вверху, парораспре. делительное устройство 4 открывало доступ пару из котла в левый цилиндр 5 и отключало от котла уже заполненный паром правый цилиндр, по трубам 7 из бака 8 в него впрыскивалась вода.

В результате интенсивной конденсации пара в правом цилиндре 6 создавалось разрежение.

Под действием атмосферного давления поршень правого цилиндра опускался вниз, совершая рабочий ход, а левый цилиндр, заполняемый паром, двигался вверх. По достижении левым цилиндром верхнего положения, а правым — нижнего в левый цилиндр впрыскивалась вода, а в правый подавался пар.

Рис. 31. Схема устройства паровой машины И. И. Ползунова

Затем происходило повторение рабочих процессов, в результате которых полубалансиры совершали возвратно-вращательное движение. Попадавший в цилиндр воздух выпускался через клапаны воздушных труб 11. Отработанная теплая вода, как впрыснутая в цилиндр, так и образовавшаяся в результате конденсации пара, по трубам 12 стекала в бак 13 под топкой, а оттуда вновь поступала в котел. Так частично использовалось тепло отработавшего пара.

Постройка машины Ползунова была закончена в августе 1766 г. Она имела высоту 11 м, емкость котла высоту цилиндров 2,8 м, мощность 29 кВт. Движение ее поршней было связано с воздушными мехами, обеспечивавшими дутьем три медеплавильные печи.

В отличие от предшествующих ей машин, работавших рывками и выполнявших только роль водоподъемных насосов, машина Ползунова создавала непрерывное усилие и была первой универсальной машиной, которую можно было применять для приведения в движение любых заводских механизмов.

При дальнейшем усовершенствовании паровой машины Д. Уаттом 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 отделенном от него сосуде — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддерживалось центробежным регулятором.

Конструкция первых паровых машин имела основные части всех последующих паровых машин: 1 — нагреватель, в котором освобождалась энергия топлива; 2 — водяной пар как рабочее тело и поршень с цилиндрам, преобразующий внутреннюю энергию пара в механическую энергию; 3 — охладитель, необходимый для снижения температуры и давления пара в цилиндре.

КПД паровой машины. Первые паровые машины, естественно, имели серьезные конструктивные недостатки. Например, желание сделать котел дешевым и безопасным в работе приводило к необходимости использовать пар низкого давления, а для получения большой мощности это вынуждало делать цилиндры диаметром около

2 м с ходом поршня в 3 м. Соответственно этому приходилось увеличивать и все другие, детали машины. Так, водоподъемная машина Ньюкомена — Коули достигала высоты 4-5-этажного дома.

Но главным недостатком первых паровых машин был низкий КПД. Даже у современных паровозов КПД не превышает 9%.