(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как работает паровой котел физика 7 класс


из чего состоит и как работает паровой котёл

По названию можно понять, что данное устройство представляется с собой агрегат, который позволяет производить пар. Его можно эксплуатировать как в быту, так и в промышленных целях. С помощью котла даже самые различные друг от друга помещения способны прогреваться.

Содержание статьи

Задачи парового котла

У конструкции существует множество назначений и всех можно распределить по отдельным отраслям:

  1. Энергетика. Чаще всего на электростанциях. Именно там парогенератор должен выделять электрическую энергию, которая преобразуется из горячего пара. За счёт вращения встроенного вала собственно и вырабатывается способность.
  2. Отопительная система. Кроме выработки, прибор может являться в качестве носителя энергии. Только в этот раз пар движется специально через отопительные контуры. Поэтому возникает возможность отапливать помещение теплоэнергией. В отличие от подобных технологий, которые также имеют функцию нагрева пространства, этот может наполнять теплом даже объекты с большим масштабом. Однако стоит использовать более мощные приборы.
  3. И последняя область в применении — промышленность. Преобразование в механическую энергию из тепловой. Они могут и обеспечивать движение самых разных компонентов системы.

Как устроен паровой котёл

Несмотря на значительный спектр разновидностей полномочий, каждый котёл обладает схожей сборкой. Так как котёл преобразует воду в пар, конструкция состоит из ёмкости, которая производится из трубы. Кроме этого элемента, агрегат оснащён топкой — в ней сжигается топливо. Её строение и особенности напрямую зависят от вида материала, который используется для разжигания. Например, если в этой роли выступают дрова или уголь, то можно заметить наличие колосниковой решётки, которая предназначена как раз для источника тепла. В случае когда носителем энергии выступает мазут или газ, то вводится горелка. Для того чтобы тяга была эффективной, специально встраивают дымоход.

Из этого можно сделать вывод, что постоянными элементами системы вне зависимости всегда остаются:

  • отвод для дыма;
  • чаша с водой.

Остальные элементы могут меняться в зависимости от потребляемого топлива.

Каков принцип работы парового котла

После того как разобрались с самим устройством, можно приступать к принципу работы прибора. Этот момент довольно прост для понимания:
  • Первым делом воду необходимо очистить. Это происходит с помощью электрического насоса. Предварительно жидкость отправляется в резервуар, находящийся в верхней части котла.
  • Далее она движется сверху вниз по трубам в коллектор.
  • Прямо из него вода поступает обратно по направлению, однако, уже через нагревающую зону. Там, собственно, и происходит горение топлива.
  • Потом совершается преобразование в пар, который в итоге выходит вверх. Это объясняется разницей давления между газом и жидкостью.
  • В верхнем участке находится сепаратор. Он предназначен для отделения пара от воды (последний из них направляется в паропровод к потребителям). Излишки, которые остаются после данной манипуляции, возвращаются вновь в резервуар.
  • Что касается парогенератора, то у него все перечисленные шаги повторяются для достижения нужного результата.

Безопасна ли работа парового котла

Гарантировать безопасность работы можно только при соблюдении пользователем условий безопасного пользования. Самым значимым условием выступает поддержание заданной температуры металлической структуры нагрева. Для этого следует проводить непрерывную работу теплоносителя, так как продукт на выходе обладает высокими показателями градуса тепла. В противном же исходе событий произойдёт потеря устойчивости металла. В результате чего возможна аварийная ситуация.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Котлы - Как работают паровые двигатели

Пар высокого давления для паровой машины поступает от котла . Работа котла заключается в подаче тепла на воду для создания пара. Есть два подхода: пожарная трубка и водяная трубка .

Жаротрубный котел был более распространен в 1800-х годах. Он состоит из бака с водой, перфорированного трубами. Горячие газы от угольного или дровяного костра проходят по трубам для нагрева воды в резервуаре, как показано здесь:

Объявление

В жаротрубном котле весь резервуар находится под давлением, поэтому, если резервуар лопнет, это приведет к сильному взрыву.

Более распространенными сегодня являются водотрубные котлы , в которых вода проходит через решетку из труб, расположенных в горячих газах от огня. На следующей упрощенной схеме представлена ​​типовая компоновка водотрубного котла:

В реальном котле все было бы намного сложнее, потому что цель котла - извлечь все возможные частицы тепла из горящего топлива для повышения эффективности.

Для получения дополнительной информации о паровых двигателях и всевозможных других двигателях перейдите по ссылкам ниже.

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие интересные ссылки

.

Что такое котел | Типы котла

Что такое котел?

Котел - это закрытый сосуд высокого давления, в котором вода преобразуется в пар за счет получения тепла от любого источника (уголь, нефть, газ и т. Д.).

Котел тепловой электростанции накапливает пар и создает давление, чтобы расходовать его в турбине и преобразовывать тепловую энергию в механическую. Генератор, подключенный к турбине, преобразует механическую энергию в электрическую.

Типы котлов

1.На основе содержимого трубки

2. На основании рабочего давления

  • Котел сверхсверхкритического давления: Давление ≥ 27,0 МПа или номинальная температура на выходе ≥ 590 ℃ Котел
  • Сверхкритический котел: 22,1 МПа ≤ Давление ≤ 27,0 МПа
  • Подкритический котел: 16,7 МПа ≤ Давление ≤ 22,1 МПа
  • Котел сверхвысокого давления: 13,7 МПа ≤ Давление ≤16,7 МПа
  • Котел высокого давления: 9,8 МПа ≤ Давление ≤ 13,7 МПа
  • Котел среднего высокого давления: 5.4 МПа ≤ Давление ≤ 9,8 МПа
  • Котел среднего давления: 3,8 МПа ≤ Давление ≤ 5,4 МПа

3. На основе использованного топлива

  • На твердом топливе
  • Топливные котлы Стокера
    • Пылесборные котлы
    • Котлы сжигания в псевдоожиженном слое (FBC)
  • Масло
  • Газовые котлы

4. На основе системы проекта

  • Естественная тяга
  • Механическая тяга
    • Система принудительной тяги
    • Система искусственной тяги
    • Система сбалансированной тяги

На угольных ТЭС используются два типа котлов:

  1. Пылеугольный котел
  2. Котел сжигания с псевдоожиженным слоем (FBC)

Примечание: оба типа котлов - водотрубные

.

Котел на пылеугольном топливе или Котел на пылеугольном топливе

.

Как работают паровые машины?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 июля 2019 г.

Представьте, что вы живете только за счет угля и вода и все еще достаточно энергии бежать со скоростью более 100 миль в час! Именно на это способен паровоз. Хотя эти гигантские механические динозавры теперь вымерли из большинства железных дорог мира, паровые технологии живут в сердцах людей и Подобные локомотивы до сих пор используются как туристические достопримечательности по многим историческим железные дороги.

Паровозы приводились в движение паровыми двигателями и заслуживают того, чтобы быть запомнили, потому что они охватили мир через промышленные Революция 18-19 веков. Паровые двигатели занимают место машины, самолеты, телефоны, радио и телевидение среди величайших изобретений всех времен. Это чудеса техники и превосходные примеры инженерной мысли, но под всем этим дымом и паром, как точно они работают?

На фото: небольшой, недавно отремонтированный паровоз. работает на железной дороге Суонедж, Англия.Great Western Railway 0-6-2 Танк 6695 был спасен со свалки в 1979 году, и потребовалось 26 лет, чтобы восстановить его до полного рабочего состояния за счет 200 000 фунтов стерлингов (примерно 400 000 долларов США).

Что приводит в действие паровой двигатель?

Чтобы сделать что угодно, требуется энергия можно придумать - кататься на скейтборде, чтобы летать на самолете, ходить в магазины или кататься на машине по улица. Большая часть энергии, которую мы сегодня используем для транспорта, поступает от масло, но так было не всегда. До начала 20 века уголь был любимое топливо в мире, и оно питало все, от поездов и кораблей злополучным паровым самолетам, изобретенным американским ученым Сэмюэл П.Лэнгли, ранний соперник братьев Райт. Что было так особенного об угле? Внутри Земли его много, так что это было относительно недорогой и широко доступный.

Уголь - это органическое химическое вещество, что означает это основано на элементе углерод. Уголь образуется за миллионы лет, когда останки мертвых растения попадают под камни, сдавливаются давлением, и приготовленные внутренним теплом Земли. Вот почему это называется ископаемым топливом. Глыбы угля - это действительно глыбы энергия. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислород через суставы, называемые химическими связями.Когда мы сжигаем уголь в огне, связи разрываются, и энергия выделяется в виде тепла.

Уголь содержит примерно половину энергии на килограмм, чем более чистые ископаемые виды топлива, такие как бензин, дизельное топливо и керосин, - и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать его так много.

Фото: Основные части паровоза. Щелкните маленькую фотографию, чтобы увидеть ее намного больше. Это бывший танковый локомотив 4MT стандарта British Railways номер 80104 (построен в Брайтоне в 1955 году). работал на железной дороге Суонедж, Англия, в августе 2008 года.Читайте, как его восстановили из ржавой кучи и вернули в строй. его владельцы, Южные Локомотивы, в 80104 Реставрация.

Что такое паровая машина?

Паровая машина - это машина, сжигающая уголь для выделения тепла. энергия, которую он содержит - так что это пример того, что мы называем тепловой машиной. Это немного похоже на гигантский чайник, стоящий на угольном костре. Тепло от огня кипятит воду в чайнике и превращает ее в пар. Но вместо того, чтобы бесполезно взорвать воздух, как пар из чайника, пар улавливается и используется для питания машина.Давайте узнаем как!

Как работает паровая машина

Грубо говоря, паровой двигатель состоит из четырех частей:

  1. Пожар, в котором горит уголь.
  2. Котел, наполненный водой, которую огонь нагревает для получения пара.
  3. Цилиндр и поршень, скорее как велосипедный насос, но очень больше. Пар из котла поступает в цилиндр, в результате чего поршень двигается сначала в одну сторону, затем в другую. Это движение внутрь и наружу (который также известен как «возвратно-поступательное движение») используется для вождения...
  4. Станок с поршнем. Это может быть что угодно из водяной насос к заводской машине ... или даже гигантскому паровозу бегает вверх и вниз по железной дороге.

Конечно, это очень упрощенное описание. На самом деле, в даже самый маленький локомотив.

Пошаговая инструкция

Проще всего увидеть, как все работает, в нашей маленькой анимации. паровоза, внизу. В кабине локомотива загружаешь уголь в топку (1), что вполне буквально металлический ящик содержащий ревущий угольный огонь.Огонь нагревает котел - «великан чайник »в локомотиве.

Котел (2) в паровозе не очень похоже чайник, который можно использовать, чтобы заварить чай, но он работает таким же образом производят пар под высоким давлением. Котел представляет собой большой резервуар с водой с десятками тонких металлических трубок. Бег через него (для простоты мы показываем здесь только один, окрашенный в оранжевый цвет). Трубы проходят от топки к дымоходу, неся тепло и дым от огня с ними (показаны белыми точками внутри трубки).Такое расположение котельных труб, как их называют, означает двигатель огонь может нагреть воду в баке котла намного быстрее, поэтому он производит пар быстрее и эффективнее. Вода, создающая пар, либо поступает из цистерн, установленных сбоку от локомотива, или из отдельного вагона, называемого тендером, тянущегося за локомотив. (В тендер также включена локомотивная поставка угля.) Вы можете увидеть фото тендера с изображением резервуара для воды ниже на этой странице.

Пар, образующийся в котле, стекает в цилиндр (3) прямо перед колесами, толкая плотно прилегающий плунжер, поршень (4), вперед и назад.Небольшой механический затвор в цилиндре, известный как впускной клапан (показан оранжевым) пропускает пар. Поршень подсоединен к одному или больше колес локомотива через своего рода руку-локоть-плечо соединение называется кривошип и шатун (5).

По мере того как поршень толкает, кривошип и шатун поворачивают колеса локомотива и привести поезд в движение (6). Когда поршень достигает конца цилиндра, он не может толкать дальше. Импульс поезда (тенденция продолжать движение) несет в себе поверните вперед, толкая поршень обратно в цилиндр. Оно пришло.Клапан впуска пара закрывается. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает пар обратно через цилиндр и вверх дымовая труба локомотива (7). Прерывистый шум, который паровой двигатель производит, и его прерывистые клубы дыма случаются, когда поршень движется вперед и назад в цилиндре.

По цилиндрам с каждой стороны локомотива и два цилиндра. стреляют немного не в ногу друг с другом, чтобы всегда было мощность толкает двигатель вперед.

Типы паровых машин

Фото: Крупный план поршня и цилиндра паровой машины.

На приведенной выше диаграмме показан очень простой одноцилиндровый паровой двигатель, приводящий в действие паровоз по рельсам. Это называется роторным пар двигатель, потому что работа поршня - заставить колесо вращаться. В первые паровые машины работали совершенно иначе. Вместо того вращая колесо, поршень толкал балку вверх и вниз простым возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение.Возвратно-поступательный пар двигатели использовались для откачки воды из затопленных угольных шахт в начале 18-ый век.

На нашей диаграмме показан пар, толкающий поршень в одну сторону, а импульс локомотива, едущего в другую сторону. Это называется односторонним действием. паровой двигатель, и это довольно неэффективная конструкция, потому что поршень работает только половину времени. Намного лучше (хотя и немного больше сложная) конструкция использует дополнительные паровые трубы и клапаны для подачи пара поршень сначала в одну сторону, а затем в другую.Это называется двойным действием. (или противоточный) паровой двигатель. Он более мощный, потому что пар движет поршень все время. Если вы внимательно посмотрите на колеса типичного парового двигателя, вы видите, что все сложнее, чем мы видели в простой анимации выше: машин гораздо больше, чем просто кривошип и шатун. На самом деле есть сложная коллекция блестящих рычагов, скользящих вперед и назад с тщательной точность. Это называется клапанной передачей. Его работа открывать и закрывать клапаны цилиндров в нужный момент, чтобы позволить пар поступает с обоих концов, чтобы двигатель работал максимально эффективно и мощно, и чтобы он мог ехать задним ходом.Есть довольно много разных типов клапанный редуктор; один из наиболее распространенных дизайнов называется Walschaerts, названный в честь его бельгийский изобретатель Эгиде Вальшартс (1820–1901). Танковый двигатель 80104 на второй фотографии на этой странице изображен клапанный механизм типа Walschaerts, как и Эддистоун, локомотив, изображенный ниже.

Фото: Механизм клапана Walschaerts на типичном большом паровозе, 34028 Эддистоун.

Первые паровые машины были очень большими и неэффективными, что означает потребовалось огромное количество угля, чтобы заставить их что-либо делать.Более поздние двигатели производил пар при гораздо более высоком давлении: пар производился в котел меньше и сильнее, поэтому он выдавливается с большей силой и задул поршень сильнее. Дополнительная сила высокого давления пар двигатели позволили инженерам сделать их легче и компактнее, и это открыло путь для паровозов, пароходов, и паровые машины.

Фото: Паровозы не могли нести всю воду они нужны были для дальнего путешествия. Периодически им приходилось останавливаться, чтобы пополнить счет в железнодорожные цистерны с водой, подобные этому (вверху) на железной дороге Суонедж.У двигателей большего размера были тендеры: грузовики, которые они притащили за ними, с запасами уголь (перед проведенной красной линией) и вода (за красной линией). Уголь лежит на наклонной тарелка внутри тендера, которая естественным образом наклоняется к отверстию спереди, где пожарный может легко перелопатить его в топку. Внизу: Как выглядит тендер внутри на необычной фотографии пустого тендера, сфотографировано немного сверху и сзади, сделано в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.Этот тендер вмещает около 18000 литров (4000 британских галлонов) воды и принадлежит музейному локомотиву Бирмингема.

Действительно ли умер пар?

Уголь был дешевым и доступным топливом в период раннего промышленного развития. Революция, но изобретение бензинового двигателя (бензиновый двигатель) в середине XIX века ознаменовал собой новую эру: в 20-м веке нефть превзошла уголь как мировой фаворит топливо. Паровые двигатели крайне неэффективны, тратя около 80–90 процентов. всей энергии, которую они производят из угля.Это означает, что они должны гореть огромное количество угля для производства полезного количества энергии.

Паровая машина настолько неэффективна, потому что огонь, сжигающий уголь, полностью отделить (и часто на некотором расстоянии от) вращающийся цилиндр тепловую энергию пара в механическую энергию, которая приводит в действие машина. Эта конструкция называется ДВС. потому что огонь и котел находятся вне цилиндра. Это неэффективно потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар распространяются от огня, через котел в цилиндр.Бензиновые и дизельные двигатели имеют совершенно другую конструкцию, которая называется двигатель внутреннего сгорания. Бензин или дизельное топливо горит внутри цилиндра, а не за его пределами, и это делает двигатели внутреннего сгорания значительно более эффективны. (Подробнее о внутреннем и внешнем горении вы можете прочитать в нашем обзоре двигателей.) Нефть также имеет много других преимуществ: она чище угля, делает меньше загрязнение воздуха, и его намного легче транспортировать по трубам.

Именно поэтому паровозы исчезли с наших железных дорог - тепловозы были в целом удобнее.Требуются часы, чтобы запустить паровой двигатель, прежде чем вы сможете его использовать; ты можешь запустить дизельный двигатель менее чем за минуту. Паровые двигатели исчезли с заводов, когда электричество стал более удобным способом питания зданий. Кто хочет загружать уголь на завод каждый день, когда они могут просто щелкнуть переключателями, чтобы все заработало?

Иллюстрации: Лучше меньше, да лучше: Великобритания перешла с паровых двигателей на дизельные и электрические в 1960-е годы. Последние паровозы здесь построили в 1956 году, а последний паровоз ходил в августе 1968 года.К 1968 году количество локомотивов в эксплуатации было примерно на треть меньше, чем в 1962 году, но перевозилось столько же грузов: дизель-электрическая железнодорожная система, очевидно, была намного эффективнее. Источник: построено с использованием данных из "The Performance of British Railways 1962–1968" C.D. Jones, Journal of Transport Economics and Policy, Vol. 4, № 2 (май 1970 г.), стр. 162–170.

Но все не совсем так, как кажется. Пар и уголь никогда не делали исчезнуть - не совсем. Откуда берется электричество, которое мы используем? Было бы здорово, если бы все это происходило из возобновляемых источников энергии (ветряные турбины, солнечные батареи и т. д.), но большая часть его по-прежнему поступает из угля, сгорел на электростанциях за много миль от наши дома и фабрики.Внутри угольной электростанции уголь все еще сжигается для производства пара, приводя в движение устройства, похожие на ветряки, называемые паровые турбины, которые намного эффективнее паровых двигателей. Когда они вращаются, они поворачиваются электромагнитные генераторы и производят электричество. Итак, видите, хотя паровозы исчезли из нашего железные дороги, паровая энергия жив и здоров - и столь же важен, как никогда!

На фото: некоторые паровые машины, работающие на традиционных линиях. были еще относительно новыми, когда были сняты с вооружения.Вот этот, Bulleid Pacific № 34070 "Манстон", был построен в 1947 году и снят менее чем через 20 лет (в 1964 году). После долгой реставрации Южными Локомотивами он вернулся в Служба на Swanage Railway в сентябре 2008 года. Удивительно впечатляющее зрелище, он весит 128 тонн и может развивать скорость более 160 км / ч (100 миль в час).

Кто изобрел паровой двигатель ... и когда?

Вот краткая история паровой энергии:

  • 1 век н. Э .: Герой Александрии демонстрирует паровую вращающуюся сферу, называемую эолипилом.
  • 16 век н. Э .: итальянский архитектор Джованни Бранка (1571–1640) использует струю пара для вращения лопастей небольшого колеса, предвосхищая паровую турбину, разработанную сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году.
  • 1680: голландский физик Христиан Гюйгенс (1629–1693) делает первый поршневой двигатель, используя простой цилиндр и поршень питается от взрывающегося пороха. Помощник Гюйгенса Денис Папин (1648 – c.1712) понимает, что пар - лучший способ управлять цилиндром и поршень.
  • 1698: Томас Савери (ок.1650–1715) развивает паровой водяной насос под названием «Друг шахтера». Это просто поршневой паровой двигатель (или балочный двигатель) для откачки воды из мины.
  • 1712: англичанин Томас Ньюкомен (1663–1729) развивает намного лучшая конструкция парового водонасосного двигателя, чем Savery и обычно приписывают изобретение паровой машины. А Шотландский инженер по имени Джеймс Ватт (1736–1819) вычисляет гораздо более эффективный способ получения энергии из пара после улучшения модель двигателя Ньюкомена.Улучшения Ватта Newcomen's двигатель привел к широкому распространению пара.
  • 1770: офицер французской армии Николя-Жозеф Cugnot (1725–1804) изобретает паровой трехколесный трактор.
  • 1797: английский горный инженер Ричард Trevithick (1771–1833) разрабатывает паровую версию двигателя Ватта высокого давления, открывая путь для паровозов.
  • 1803: английский инженер Артур Вульф (1776–1837) делает паровая машина с более чем одним цилиндром.
  • 1804: американский промышленник Оливер Эванс (1775–1819) изобретает пассажирский автомобиль с паровым двигателем.Как и Тревитик, он осознает важность пара высокого давления и создает более чем 50 паровых машин.
  • 1807: американский инженер Роберт Фултон (1765–1815) пробеги первое пароходное сообщение по реке Гудзон.
  • 1819: Океанский пароход «Саванна». пересекает Атлантический океан из Нью-Йорка в Ливерпуль всего за 27 дней.
  • 1825: английский инженер Джордж Стефенсон (1781–1848) строит первую в мире паровую железную дорогу между города Стоктон и Дарлингтон.Начнем с того, что паровозы тянут только тяжеловозы, а пассажиров перегоняют в конных экипажах.
  • 18:30: Ливерпульско-Манчестерская железная дорога первой в мире использует паровую силу. для перевозки пассажиров и грузов.
  • 1882: плодовитый американский изобретатель Томас Эдисон (1847–1931) открывает первую в мире коммерческую электростанцию ​​в Перле. Улица, Нью-Йорк. Он использует высокоскоростные паровые двигатели для питания генераторы электроэнергии.
  • 1884: английский инженер сэр Чарльз Парсонс (1854–1931) разрабатывает паровую турбину для своего скоростного парохода «Турбиния».

Фото: Подумайте о паровых двигателях, и вы, вероятно, подумаете о паровозах, но корабли тоже были на пару до появления дизельных двигателей. Это прекрасно отреставрированный PS Waverley, последний в мире гребной пароход с веслами, построенный в 1947 году и прибывший на пирс Суонедж в сентябре 2009 года.

.

Смотрите также