На рис. 1 представлена схема парораспределения вспомогательной паровой машины. Парораспределительное устройство состоит из цилиндров и с золотниками, пускового (дифференциального) золотника, поршней и кривошипно-шатунных механизмов каждого цилиндра, которые передают вращательное движение коленчатому валу паровой машины. Все золотники цилиндрические, без перекрыш. Пусковой золотник имеет внешний подвод пара через пароподводящую трубу. Подвод пара к каналам цилиндров меняется с внешнего на внутренний в зависимости от положения дифференциального золотни в результате чего вал паровой машины вращается в одну или другую сторону.
Рис. 1. Схема парораспределения вспомогательной паровой машины
Поршень левого цилиндра начнет двигаться вверх, как указано стрелкой а, что вызовет поворот коленчатого вала по часовой стрелке, а следовательно, и смещение вниз золотника, соединенного со своим эксцентриком, насаженных на коленчатый вал. В результате свежий пар начнет поступать в верхнюю полость через паровпускной канал и поршень цилиндра, двигаясь вниз, будет через свой кривошипно-шатунный механизм вращать коленчатый вал в ту же сторону по часовой стрелке. Отработавший пар из нижней полости цилиндра паровой машины отводится по трубопроводу под пусковой золотник и далее через трубу отработавшего пара в конденсатор. Паровая машина остановится, когда пусковой золотник возвратится в среднее оложение и прекратится впуск пара. Кривошипы вала паровой а шины и эксцентриков расположены под углом 90°, чтобы обеспечить страгивание машины с любого положения поршней и получить более равномерный вращающий момент. Перемещение пускового золотника влево приведет к внутреннему подводу пара к золотникам цилиндров по трубе, после чего поршни в них будут двигаться вверх и коленчатый вал будет вращаться влево, т. е. против часовой стрелки.
Паровые машины с парораспределением, осуществляемым золотниками без перекрыш, неэкономичны вследствие того, что пар в них не расширяется и поступает в цилиндры в течение всего времени движения поршня от одной до другой мертвой точки. Изменение вращения паровой машины на обратное перемещением каждого золотника тем же самым эксцентриком возможно только тогда, когда угол между эксцентриситетом и мотылем один и тот же как при внутреннем, так и при внешнем впуске пара, и равен первоначальному (90°).
Рис. 2. Теоретическая диаграмма работы пара в цилиндре без расширения и с расширением
Паровые машины, имеющие описанную машину, являются быстроходными, так как работают с числом оборотов 300—400 в минуту (иногда 200).
Работа пара в цилиндре паровой машины. Общие понятия о работе пара в цилиндре паровой машины можно установить из рассмотрения приведенных на рис. 96 теоретических диаграмм, показывающих изменение величины давления пара в полости цилиндра при движении поршня от левой до правой мертвой точки и обратно. Во вспомогательных паровых машинах рабочие процессы пара в цилиндре могут протекать без расширения и с расширением, в зависимости от конструктивного выполнения парораспределения и назначения машины. Диаграимы построены в координатной системе U—P (объем —давление) для левой полости цилиндров, изображенных под каждой из диаграмм. На рис. 2, а показана диаграмма 1—2—3—4 процесса без расширения пара в цилиндре машины, площадь которой в некотором масштабе изображает теоретическую работу пара в полости цилиндра за один оборот коленчатого вала (площадь 1—2—3— 4=*L i).
Линия 1—2 обозначает впуск свежего пара в цилиндр в течение всего хода поршня при неизменном давлении Р1. В крайнем правом положении поршня теоретически мгновенно открывается окно для выпуска из цилиндра отработавшего пара, вследствие чего давление пара в цилиндре падает (линия 2—3) до величины Р2- Далее пар при неизменном давлении выпускается (линия 3—4). В крайнем левом положении поршня выпуск отработавшего пара прекращается и начинается впуск свежего пара. При впуске давление пара возрастает теоретически мгновенно (линия 4—1) до Р1.
Таким образом, одно и то же количество пара при одинаковых Давлениях Рх и Р2 в машинах с расширением совершает значительно большую работу, чем в машинах без расширения. Прира-Щение работы выражается площадью теоретической диаграммы =площади 2—3—4—2“.
Следовательно, расширение пара в машине экономически Целесообразно, так как при этом используется более полно его внутренняя энергия и расход пара на единицу мощности уменьша-TDC*- Для паровой машины, работающей без расширения пара, Обуется меньший полезный объем цилиндра, и она будет конструктивно компактнее, чем машина, работающая с расширением пара. Судовые вспомогательные паровые машины работают с расширением пара, если они являются приводами циркуляционных и других насосов, парогенераторов, лебедок и других вспомогательных механизмов, которые по условиям эксплуатации непременно работают в течение длительного времени. Вспомогательные механизмы сравнительно меньшей мощности и с кратковременным действием, например рулевые машины, брашпили, шпили, некоторые типы лебедок, приводятся в действие вспомогательными паровыми машинами, работающими без расширения пара. В отличие от изображенных теоретических диаграмм, индикаторная (действительная) диаграмма, снятая с работающей машины, будет отличаться отсутствием резких переходов периодов работы пара. Из рис. 96, б видно, что индикаторная диаграмма 1—2—3—4 по площади меньше теоретической диаграммы а—b—с—d—е, что объясняется наличием различного рода потерь при работе вспомогательной паровой машины. По индикаторным диаграммам определяют мощность машины, а также проверяют правильность парораспределения. При определении мощности парового привода рулевой машины, брашпиля, шпиля, а также при определении тягового усилия по данным, снятым с натуры, пользуются уравнением акад. В. Л. Поз-дюнина, в которое входит степень полноты индикаторной диаграммы а,. Из приведенного рисунка лёгко определить это понятие.
Численные значения степени (коэффициента) полноты индикаторной диаграммы а,=0,76-г0,85 для паровой машины, работающей без расширения пара и при абсолютном давлении отработавшего пара 1,2 кгс/см2. Для вспомогательных машин однократного расширения степень полноты индикаторной диаграммы аг=0,16-7 -f-0,58 в зависимости
от состояния пара и работы на конденсатор или противодавление.Паровые брашпили стали применяться сравнительно реже. Они еще находят применение на танкерах, так как обеспечивают взрывобезопасность, и устанавливаются на тех судах, где это целесообразно. Давление пара перед паровой машиной брашпиля равно 9—12 атм. Пар используется с подогревом до 200 °С.
На рис. 3 в трех проекциях изображен пароручной брашпиль с разъемным грузовым валом. Этот брашпиль имеет двойную зубчатую передачу и ручной привод. Брашпиль монтируется на фундаментной плите, установленной на подушке и станине. Он имеет двухцилиндровую сдвоенную горизонтальную паровую машину, управление которой осуществляется пусковым золотником при помощи рукоятки. Паровые машины брашпилей работают без расширения пара и имеют пусковой золотник, аналогично описанной вспомогательной паровой машине. Давление пара в цилиндрах передается через поршни штока и шатуны кривошипным дискам и валу паровой машины. На этом же валу насажены эксцентрики распределительных золотников. Цилиндры снабжены продувочными каналами. Вал паровой машины и промежуточный вал, несущий швартовные барабаны (турачки), связаны при помощи шестерен, сидящих на шпонках. На валу на скользящих шпонках сидят подвижные кулачковые полумуфты и свободно — шестерни. Подвижные полумуфты, как и ступицы, снабжены впадинами и выступами. Разобщение и сцепление полумуфт и шестерен производится при помощи приводов. Каждый привод состоит из двуплечего рычага с вилкообразными концами. Нижняя вилка рычага снабжена штырями с насаженными на них бронзовыми камнями, входящими в кольцевое углубление полумуфты. В верхней вилке рычагов между их плечами насажены на цапфах гайки, внутри которых проходят винтовые нарезные концы стержней с закрепленными маховиками.
Рис. 3. ГТароручной брашпиль
Вращающий момент от промежуточного вала через шестерни передается зубчатым колесам, имеющим скользящее шпоночное соединение с грузовым валом. Так как торцы ступиц шестерен снабжены такими же выступами и впадинами, как и торцы ступиц звездочек, свободно сидящих на валу, то вращающий момент к звездочкам передается при сцеплении с шестернями. Это сцепление (и расцепление) осуществляется вращением рукояток нарезных валиков, в результате чего происходит перемещение ползунов, насаженных на валики, на цапфах которых надеты тяги, шарнирно соединенные с угловыми рычагами. При повороте угловых рычагов вокруг точек опоры их свободные концы входят в выточки ступицы шестерен, что вызывает перемещение последних вдоль вала в необходимом направлении.
Ручной ленточный тормоз брашпиля состоит из ленты с деревянной набойкой, уложенной в выемку тормозных дисков, изготовленных заодно со звездочками. Лента снабжена шарнирно соединенной с ней гайкой, закрепленной на оси. В гайку входит нарезной конец стержня, имеющий рукоятку. Средняя, утолщенная часть этого стержня проходит через втулку, шарнирно соединенную с колодкой, которая поворачивается вокруг оси. Ось прикреплена к верхнему концу ленты ручного тормоза, вместе с которой она шарнирно связана тягой с фундаментной плитой брашпиля. Нижний конец колодки тягой шарнирно связан с другим концом ленты. Таким образом, при вращении стержня рукояткой нарезной конец его, передвигаясь по нарезке гайки, поворачивает колодку вокруг оси , действуя на тормозную ленту и осуществляя требуемое от тормозов действие.
Ручной привод данного брашпиля аналогичен рассмотренному выше и состоит из рычагов с рукоятками, вставляемых в гнезда арматуры, которая может поворачиваться вокруг оси, лежащей в подшипниках. Последние расположены в стойке, которая прикреплена к станинам брашпиля. При работе брашпиля от паровой машины палы ручного привода откидываются и ложатся на чеку, а балансир устанавливается горизонтально при помощи чеки.
Для подъема одного якоря вращением рукоятки вводится в зацепление одна из звездочек, а при подъеме двух якорей в зацепление необходимо ввести обе звездочки с их шестернями. В целях сохранения цепной линии смещаются шестерни, а не звездочки.
При швартовных операциях звездочки и шестерни должны быть разъединены. В этом случае турачки приводятся в действие от вала через пару шестерен.
При выбирании якоря вручную должны быть соединены соответствующие звездочки и шестерни и разъединены обе шестерни со своими кулачковыми полумуфтами. Палы при этом должны упираться в зубья шестерни, а чека должна быть вынута.
Клапанная коробка пускового золотника брашпиля снабжена предохранительным клапаном. Подшипники звездочек получают смазку из масленок.
Для предотвращения заедания звеньев якорной цепи в звездочке и сбрасывания заклинивающихся звеньев брашпиль снабжен отбойными палами. Чтобы турачки и части промежуточного вала при недопускаемых дефектах можно было заменить, его делают составным, соединяемым фланцами.
Брашпили малых моделей изготавливают однопалубными с горизонтальными сдвоенными паровыми машинами, а брашпили крупных моделей — двухпалубными с вертикальными паровыми машинами, более удобными для компоновки в стесненных судовых условиях. Паровой брашпиль БП-1 — один из больших брашпилей отечественной постройки, установлен на танкерах типа «Варшава». Он имеет вертикальную двухцилиндровую паровую машину и обеспечивает операции с якорями массой 7000 кг каждый и литыми цепями калибра 82 мм. На супертанкере 150 000 т масса якоря только 15—16 т.
Паровые шпили изготовляют в однопалубном исполнении с горизонтальным расположением сдвоенной паровой машины. Эти шпили, как и паровые брашпили, с 40-х годов стали заменяться электрическими шпилями. Отечественные швартовные паровые шпили (ШП4, ШП5-1, ШП7) имеют номинальное тяговое усилие на швартовном барабане в 3000, 5000, 8000 кгс и мощность паровой машины (соответственно) 25,3; 42,7; 58,7 л. с.