Криза парової техніки

Протягом усього XIX ст. тривало удосконалення парової машини. З 1800 р, коли закінчилося дію патентів Уатта, конструктори різних країн особливо активно включилися в роботу по поліпшенню технічних показників паросилових установок з поршневим паровим двигуном.

Хоча основні конструктивні деталі парової машини і термодинамічні основи її роботи залишалися незмінними, відбулася якісна зміна парової техніки, що виразилося у підвищенні показників інтенсивності: зросли тиск і перегрів пара, число оборотів, питомі теплові і силові навантаження і т. Д.

Використання перегріву пара, розпочате ще в 60-х роках, особливо широко поширилося в 90-х роках. Поява швидкохідних технологічних машин і двигунів транспортних засобів зажадало збільшення ККД парових машин.

Велика увага завжди приділялася також системам паророзподілу, завдяки чому з'явилися технічно досконалі пристрої. Цьому значною мірою сприяли розробки американського інженера Джорджа Корлис. Регулювання в його конструкціях поєднувалося з невеликою витратою пара і дало основу для виготовлення машин великої потужності.

На Філадельфійської виставці 1876 р експонувалася балансирная машина Корлис потужністю 2500 л. с. і швидкістю обертання 36 об / хв. Однак паророзподільні крани в його машинах не могли працювати при перегрітому парі, а балансир - при великій кількості оборотів і тому не могли слідувати за основною тенденцією розвитку паротехнікі останньої чверті XIX ст.

Подальший розвиток парових поршневих двигунів пішло по шляху створення мпогоціліндрових конструкцій з багаторазовим розширенням пара; це привело до підвищення ККД в результаті використання високого перепаду тисків і зменшення теплообміну між парою і стінками робочих циліндрів. У 90-х роках з'явилися машини з дво-, три- і чотириразовим розширенням пара. Завдяки багатьом технічним удосконаленням до кінця XIX в. термічний ККД парових машин зріс в 5 разів. Парова машина як універсальний двигун крупної машинної індустрії, транспорту і до певної міри сільського господарства (локомобілі) займала все більш міцні позиції аж до 70-80-х років.

Разом з розширенням машинного способу виробництва в другій половині XIX ст. поступально розвивалася теплоенергетика в цілому. У цей період створювалися досить економічні і надійні парогенератори, які задовольняли потреби стаціонарної та транспортної енергетики. У розвитку котлобудування явно виявилася тенденція до підвищення тиску пара і зростання продуктивності. Поступово вироблялася найбільш раціональна конструкція з розподілом газового тракту і водяного об'єму котла на велике число труб малого діаметра.

В результаті склалися два основних види парогенераторів: газо- і водотрубні.

Газотрубні котли найбільше визнання знайшли в суднових, локомотивних і локомобільних установках, водотрубні - в стаціонарних установках, в тому числі на перших теплових електростанціях. У 60-70-х роках виникли двокамерні водотрубні котли, в кінці XIX ст. - Секційні.

Двокамерні котли, що відрізнялися лише деякими деталями, виготовляли з тиском в межах 3-8 ат західноєвропейські заводи.

Типовою конструкцією двокамерних котлів був котел Штейнмюллера, що випускався в Німеччині. Підвищення тиску пари привело до необхідності поділу камер на секції (котли «Babcock and Wilcox», Шухова, Бельвіля і ін.).

Особливо високоякісними секційними водотрубними котлами були котли фірми «Babcock and Wilcox» і конструкції В. Г. Шухова. Запатентований в 1896 р котел Шухова, який відрізнявся невисокою вартістю, малу металоємність і легкої транспортабельностью, набув поширення головним чином в Росії.

До кінця минулого століття відноситься також поява вертикально-водотрубних котлів з прямими і вигнутими трубками, ввальцовани безпосередньо в барабан. Характерним прикладом стаціонарного вертикального котла може служити чотиритрубний котел конструкції американця Стерлінга (1894 г.). Завдяки конструкції, що дозволяла компонувати три, чотири, п'ять і шість барабанів, він набув широкого поширення. Одночасно з котлом Стірлінга використовували багатобарабанних котел Гарбі (Німеччина), також допускав різні компонування барабанів.

До кінця XIX в. в водотрубних парових котлах була досягнута досить висока паропродуктивність: окремі конструкції дозволяли отримувати сумарну поверхню нагріву понад 500 м2 з сумарною паропродуктивністю більше 20 т / год.

З укрупненням промислових підприємств, зі збільшенням ваги і габаритів оброблюваних матеріалів і напівфабрикатів зросли вимоги до енергетичної базі промисловості, істотно збільшився витрата енергії окремими підприємствами, виникала все більша необхідність в залученні потужних двигунів.

Поступово зростання потужності теплосилових установок перестав супроводжуватися пропорційним збільшенням кількості виробленої продукції або зниженням її собівартості. Ця обставина було викликано збільшенням непродуктивних витрат на доставку палива від місця його природного розташування до силових установок і збільшуються втратами на передачу і розподіл механічної енергії від парової машини до машин-знарядь. Головним недоліком парового двигуна ставала труднощі передачі і «дроблення» одержуваної від нього енергії.

Енергія передавалася в основному по трансмісіям, що забезпечує обертальний рух робочих машин. У другій половині XIX ст. посилилися пошуки раціональних конструкцій всіх ланок передавальних пристроїв; під впливом запитів практики розроблялися теоретичні основи механічних передач.

Незважаючи на вдосконалення в конструкціях кожного з окремих вузлів трансмісії, частка потужності на подолання втрат енергії росла, а загальний коефіцієнт корисної дії неухильно знижувався. Оскільки втрати різко зростали разом зі збільшенням кількості енергії, що передається і відстаней її передачі, то обмежувалася потужність окремих силових установок і, як наслідок, ускладнювалась концентрація виробництва. В умовах безперервно розвивається великої промисловості це було істотним недоліком парової енергетики, які приводили її в стан кризи.

Інший недолік парового приводу був пов'язаний з неможливістю переходу при його використанні до прогресивних форм організації промисловості, чого настійно вимагала все більша механізація виробничих процесів і зростання числа машин. У 90-х роках стала чітко проявлятися тенденція поточного виробництва як найбільш економічна форма організації праці при масовому використанні машин. Трансмісійна система механічного розподілу енергії виключала можливість налагодження поточного виробництва. Значно рідше застосовували індивідуальний привід механізмів від дрібних парових машин, але цього виду механізації перешкоджала нерентабельність невеликих теплосилових установок.

Недоліки парового приводу з механічним розподілом енергії гальмували концентрацію і інтенсифікацію промислового виробництва. З'явилися двигуни внутрішнього згоряння, але їх частка в загальному енергетичному балансі світу була ще відчутнішою. Таким чином, в останній третині XIX ст. енергетична техніка переживала глибоку кризу, і в цей період став зароджуватися електричний спосіб передачі і розподілу механічної енергії.

Шухардін С. В. "Техніка в її історичному розвитку"