一,、蒸汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)是怎么樣的,?主要是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不一樣。
蒸汽機(jī)是推動(dòng)活塞做功,,蒸汽輪機(jī)是推動(dòng)渦輪做功,。
蒸汽機(jī)是將蒸汽作為工作介質(zhì),利用它在汽缸內(nèi)膨脹推動(dòng)活塞做功,,利用水蒸汽易液化的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)循環(huán),。蒸汽機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有點(diǎn)像內(nèi)燃機(jī)。
蒸汽輪機(jī)是利用蒸汽在渦輪內(nèi)膨脹推動(dòng)渦輪做功,,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與渦輪機(jī)相似。與蒸汽機(jī)相比,,效率大大提高,。蒸汽輪機(jī)在很多地方得以應(yīng)用,,例如核動(dòng)力機(jī)組。 二,、蒸汽機(jī)船的發(fā)展歷程教案,?最原始的蒸汽機(jī)船,根據(jù)歷史記載,十八世紀(jì)著名的法國物理學(xué)家和發(fā)明家杰尼·巴貝恩第一個(gè)設(shè)計(jì),、制造了蒸汽機(jī)船,并在維埃納河進(jìn)行試航,。巴貝恩的蒸汽機(jī)船結(jié)構(gòu)十分簡單:一只爐灶、上面架一只大鍋爐,沸騰的水放出蒸汽,經(jīng)管道集流后沖向小磨盤形輪子的葉片,輪子轉(zhuǎn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)的輪軸通過鏈條傳動(dòng)槳輪,排流行船,。 巴貝恩設(shè)想利用蒸汽機(jī)于水上運(yùn)輸,但根本不能實(shí)現(xiàn),因?yàn)樗恼羝麢C(jī)船在維埃納河中剛開始晃動(dòng),一群船夫趕來了,他們視嘶啞作響的蒸汽機(jī)是魔鬼,吵嚷著,最后,一個(gè)無賴帶頭跳上船,舉火把,把船燒掉了,。 巴貝恩不屈不撓,花了一年多時(shí)間,又造了一艘蒸汽機(jī)船,它的動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)與前一艘大致相同,只不過將槳輪從船體中部兩側(cè)移到后部兩側(cè),船仍停靠在維埃納河岸邊,。巴貝恩為防止船夫再次搗亂,他請船夫們上船,看看摸摸,使他們得知并非魔鬼,然后請他們喝紅葡萄酒,吃糖果點(diǎn)心,又給他們講了,生火后啟動(dòng)蒸汽閥,只要他一個(gè)人掌舵,就可將他們渡到對岸,代替兩排. 三,、蒸汽機(jī)由哪3部分組成? 蒸汽機(jī)由汽缸,、活塞,、曲柄連桿三部分組成?! 『喗椋骸 ≡谡羝仩t中,,通過燃燒過程水沸騰為蒸汽。通過管道蒸汽被送到汽缸,。閥門控制蒸汽到達(dá)汽缸的時(shí)間,,經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進(jìn)入滑閥室,,受滑閥控制交替地進(jìn)入汽缸的左側(cè)或右側(cè),推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),。蒸汽在汽缸內(nèi)推動(dòng)活塞做功,,冷卻的蒸汽通過管道被引入冷凝器重新凝結(jié)為水。這個(gè)過程在蒸汽機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷重復(fù),?! ∫话愕恼羝麢C(jī)有三個(gè)汽缸組成一個(gè)組。蒸汽機(jī)直接將活塞的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為船軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。新造的蒸汽機(jī)中還包含了一個(gè)小的渦輪機(jī),,從汽缸中出來的蒸汽還可以利用它的余熱在推動(dòng)這個(gè)渦輪機(jī)來提高整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的效率,。這個(gè)渦輪機(jī)也與船的螺旋漿軸相連。 四,、蒸汽機(jī)的構(gòu)造及其工作原理,?一般而言的蒸氣機(jī)是指單缸四沖程的:吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程和排氣沖程 只有一個(gè)沖程能實(shí)現(xiàn)做功(做功沖程) 而其他三個(gè)是消耗機(jī)械能 它們所消耗的機(jī)械能來自于飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性得到的機(jī)械能 五、蒸汽機(jī)的工作原理以及它的能量轉(zhuǎn)化,?蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械,。蒸汽機(jī)的出現(xiàn)曾引起了18世紀(jì)的工業(yè)革命。直到20世紀(jì)初,,它仍然是世界上最重要的原動(dòng)機(jī),,后來才逐漸讓位于內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)等。 16世紀(jì)末到17世紀(jì)后期,,英國的采礦業(yè),,特別是煤礦,已發(fā)展到相當(dāng)?shù)囊?guī)模,,單靠人力,、畜力已難以滿足排除礦井地下水的要求,而現(xiàn)場又有豐富而廉價(jià)的煤作為燃料?,F(xiàn)實(shí)的需要促使許多人,,如英國的帕潘、薩弗里,、紐科門等就致力于“以火力提水”的探索和試驗(yàn),。 薩弗里制成的世界上第一臺實(shí)用的蒸汽提水機(jī),在1698年取得標(biāo)名為“礦工之友”的英國專利,。他將一個(gè)蛋形容器先充滿蒸汽,,然后關(guān)閉進(jìn)汽閥,在容器外噴淋冷水使容器內(nèi)蒸汽冷凝而形成真空,。打開進(jìn)水閥,,礦井底的水受大氣壓力作用經(jīng)進(jìn)水管吸入容器中;關(guān)閉進(jìn)水閥,,重開進(jìn)汽閥,,靠蒸汽壓力將容器中的水經(jīng)排水閥壓出,。待容器中的水被排空而充滿蒸汽時(shí),,關(guān)閉進(jìn)汽閥和排水閥,重新噴水使蒸汽冷凝,。如此反復(fù)循環(huán),,用兩個(gè)蛋形容器交替工作,可連續(xù)排水。 薩弗里的提水機(jī)依靠真空的吸力汲水,,汲水深度不能超過六米,。為了從幾十米深的礦井汲水,須將提水機(jī)裝在礦井深處,,用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上,,這在當(dāng)時(shí)無疑是困難而又危險(xiǎn)的。 紐科門及其助手卡利在1705年發(fā)明了大氣式蒸汽機(jī),,用以驅(qū)動(dòng)獨(dú)立的提水泵,,被稱為紐科門大氣式蒸汽機(jī)。這種蒸汽機(jī)先在英國,,后來在歐洲大陸得到迅速推廣,,它的改型產(chǎn)品直到19世紀(jì)初還在制造。紐科門大氣式蒸汽機(jī)的熱效率很低,,這主要是由于蒸汽進(jìn)入汽缸時(shí),,在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量,只在煤價(jià)低廉的產(chǎn)煤區(qū)才得到推廣,。 1764年,,英國的儀器修理工瓦特為格拉斯哥大學(xué)修理紐科門蒸汽機(jī)模型時(shí),注意到了這一缺點(diǎn),,并于1765年發(fā)明了設(shè)有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機(jī),,并于1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機(jī)仍用平衡杠桿和拉桿機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)提水泵,,為了從凝汽器中抽除凝結(jié)水和空氣,,瓦特裝設(shè)了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層,,用蒸汽加熱汽缸壁,,以減少冷凝損失。 1782年前后,,瓦特將機(jī)器進(jìn)一步改進(jìn),,完成了兩項(xiàng)重要發(fā)明:在活寒工作行程的中途,關(guān)閉進(jìn)汽閥,,使蒸汽膨脹作功以提高熱效率,;使蒸汽在活塞兩面都作功(雙作用式),以提高輸出功率,。這時(shí)的活塞既要向下拉動(dòng)杠桿又要向上推動(dòng)杠桿,,扇形平衡杠桿和拉鏈已不再適用,瓦特使發(fā)明了平行四邊形機(jī)構(gòu),。瓦特還于18世紀(jì)末將曲柄連桿機(jī)構(gòu)用在蒸汽機(jī)上,。 瓦特的創(chuàng)造性工作使蒸汽機(jī)迅速地發(fā)展,,他使原來只能提水的機(jī)械,成為了可以普遍應(yīng)用的蒸汽機(jī),,并使蒸汽機(jī)的熱效率成倍提高,,煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機(jī)最主要的發(fā)明人,。 自18世紀(jì)晚期起,,蒸汽機(jī)不僅在采礦業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,在冶煉,、紡織,、機(jī)器制造等行業(yè)中也都獲得迅速推廣。它使英國的紡織品產(chǎn)量在20多年內(nèi)(從1766年到1789年)增長了5倍,,為市場提供了大量消費(fèi)商品,,加速了資金的積累,并對運(yùn)輸業(yè)提出了迫切要求,。 在船舶上采用蒸汽機(jī)作為推進(jìn)動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)始于1776年,經(jīng)過不斷改進(jìn),,至1807年,美國的富爾頓制成了第一艘實(shí)用的明輪推進(jìn)的蒸汽機(jī)船“克萊蒙脫”號,。此后,,蒸汽機(jī)在船舶上作為推進(jìn)動(dòng)力歷百余年之久。 1801年,,英國的特里維西克提出了可移動(dòng)的蒸汽機(jī)的概念,,1803年,這種利用軌道的可移動(dòng)蒸汽機(jī)首先在煤礦區(qū)出現(xiàn),,這就是機(jī)車的雛型,。英國的斯蒂芬森將機(jī)車不斷改進(jìn),于1829年創(chuàng)造了“火箭”號蒸汽機(jī)車,,該機(jī)車拖帶一節(jié)載有30位乘客的車廂,,時(shí)速達(dá)46公里/時(shí),引起了各國的重視,,開創(chuàng)了鐵路時(shí)代,。 19世紀(jì)末,隨著電力應(yīng)用的興起,,蒸汽機(jī)曾一度作為電站中的主要?jiǎng)恿C(jī)械,。1900年,美國紐約曾有單機(jī)功率達(dá)五兆瓦的蒸汽機(jī)電站,。 蒸汽機(jī)的發(fā)展在20世紀(jì)初達(dá)到了頂峰,。它具有恒扭矩、可變速,、可逆轉(zhuǎn),、運(yùn)行可靠、制造和維修方便等優(yōu)點(diǎn),,因此曾被廣泛用于電站,、工廠、機(jī)車和船舶等各個(gè)領(lǐng)域中,,特別在軍艦上成了當(dāng)時(shí)唯一的原動(dòng)機(jī),。 蒸汽機(jī)按蒸汽在活塞一側(cè)或兩側(cè)工作,可分為單作用和雙作用式,;按汽缸布置方式,,可分為立和臥式;按蒸汽是在一個(gè)汽缸中膨脹或依次連續(xù)在多個(gè)汽缸中膨脹,,可分為單脹式和多脹式,;按蒸汽在汽缸中的流向,可分為回流式和單流式,;按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式,、大氣式和背壓式。 簡單蒸汽機(jī)主要由汽缸,、底座,、活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu),、滑閥配汽機(jī)構(gòu),、調(diào)速機(jī)構(gòu)和飛輪等部分組成,汽缸和底座是靜止部分,。從鍋爐來的新蒸汽,,經(jīng)主汽閥和節(jié)流閥進(jìn)入滑閥室,受滑閥控制交替地進(jìn)入汽缸的左側(cè)或右側(cè),,推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),。 蒸汽機(jī)的發(fā)展首先體現(xiàn)在功率和效率的提高,而這又主要取決于蒸汽參數(shù)的提高,。初期蒸汽機(jī)的蒸汽壓力僅為0.11~0.13兆帕,,19世紀(jì)初才達(dá)到0.35~0.7兆帕,20世紀(jì)20年代曾用到6~10兆帕,。在蒸汽溫度上,,19世紀(jì)末還不超過250℃,而到20世紀(jì)30年代曾用到450~480℃,。 至于效率,,瓦特初期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī),按燃料熱值計(jì)總效率不超過3%,;到1840年,,最好的凝汽式蒸汽機(jī)總效率可達(dá)8%,;到20世紀(jì),蒸汽機(jī)最高效率可達(dá)到20%以上,。 在轉(zhuǎn)速方面,,18世紀(jì)末瓦特蒸汽機(jī)僅40~50轉(zhuǎn)/分;20世紀(jì)初轉(zhuǎn)速達(dá)到100~300轉(zhuǎn)/分,,個(gè)別蒸汽機(jī)曾達(dá)到2500轉(zhuǎn)/分,。在功率方面,最初單機(jī)功率僅幾馬力,,20世紀(jì)初的一臺船用蒸汽機(jī)的功率可達(dá)25000馬力,。 隨著蒸汽參數(shù)和功率的提高,蒸汽已不可能在一個(gè)汽缸中繼續(xù)膨脹,,還必須在相連接的汽缸中繼續(xù)膨脹,,于是出現(xiàn)了多級膨脹的蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)因受到潤滑油閃點(diǎn)的限制,,所用蒸汽的最高溫度一般都不超過400℃,,機(jī)車,船用等移動(dòng)式蒸汽機(jī)還略低一些,,多數(shù)不高于350℃,。考慮到膨脹的可能性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性,,常用壓力在2.5兆帕以下,。蒸汽參數(shù)受到限制,從而也限制了蒸汽機(jī)功率的進(jìn)一步提高,。 蒸汽機(jī)的出現(xiàn)和改進(jìn)促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,,但同時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展反過來又向蒸汽機(jī)提出了更高的要求,如要求蒸汽機(jī)功率大,、效率高,、重量輕、尺寸小等,。盡管人們對蒸汽機(jī)作過許多改進(jìn),,不斷擴(kuò)大它的使用范圍和改善它的性能,但是隨著汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展,,蒸汽機(jī)因存在不可克服的弱點(diǎn)而逐漸衰落,。 蒸汽機(jī)的弱點(diǎn)是:離不開鍋爐,整個(gè)裝置既笨重又龐大,;新蒸汽的壓力和溫度不能過高,,排氣壓力不能過低,熱效率難以提高,;它是一種往復(fù)式機(jī)器,,慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高,;工作過程是不連續(xù)的,蒸汽的流量受到限制,,也就限制了功率的提高,。 因此,拋棄了笨重鍋爐的內(nèi)燃機(jī),,最終以其重量輕,體積小,、熱效率高和操作靈活等優(yōu)點(diǎn),,在船舶和機(jī)車上逐漸取代了蒸汽機(jī)。汽輪機(jī)則以其熱效率高,、單機(jī)功率大,、轉(zhuǎn)速高、單位功率重量輕和運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn),,將蒸汽機(jī)排擠出了電站,。 接著電動(dòng)機(jī)又以其使用方便,代替了蒸汽機(jī)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用,。然而小功率蒸汽機(jī)熱效率比汽輪機(jī)高,,所以在產(chǎn)煤區(qū)或只有劣質(zhì)燃料的地區(qū)或某些特殊場合,蒸汽機(jī)仍有發(fā)揮作用的余地,。 蒸汽機(jī)有很大的歷史作用,,它曾推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)甚至社會(huì)的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)為汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),;汽輪機(jī)繼承了蒸汽機(jī)以蒸汽為工質(zhì)的特點(diǎn),,和采用凝汽器以降低排汽壓力的優(yōu)點(diǎn),摒棄了往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間斷進(jìn)汽的缺點(diǎn),;內(nèi)燃機(jī)繼承了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)形式,,采用了將燃油直接輸入汽缸內(nèi)燃燒的方式,形成了熱效率高得多的熱力循環(huán),;同時(shí),,蒸汽機(jī)所采用的汽缸、活塞,、飛輪,、飛錘調(diào)速器,閥門和密封件等,,均是構(gòu)成多種現(xiàn)代機(jī)械的基本元件,。
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