蒸汽機原理


蒸汽機是將蒸汽的能量轉換為(wei) 機械功的往複式動力機械。原理是將水蒸氣中的動能轉換為(wei) 功,由於(yu) 其中的燃燒過程在熱機外部進行,屬於(yu) 熱機中的外燃機。蒸汽機的主要功能是將熱能轉化為(wei) 機械能,為(wei) 機械提供動力。蒸汽機主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連杆機構、滑閥配汽機構、調速機構和飛輪等部分組成。

蒸汽機的出現曾引起了18世紀的工業(ye) 革命,在工業(ye) 革命中起了基本的作用。直到20世紀初,它仍然是世界上最重要的原動機,後來才逐漸讓位於(yu) 內(nei) 燃機和汽輪機等。蒸汽機需要一個(ge) 使水沸騰產(chan) 生高壓蒸汽的鍋爐(在該演示實驗中使用空氣壓縮機替代高壓蒸汽鍋爐),這個(ge) 鍋爐可以使用木頭、煤、石油或天然氣甚至垃圾作為(wei) 熱源。蒸汽膨脹推動活塞做功。早期的蒸汽機使用蒸汽凝結時產(chan) 生的真空來做功,後來的則使用蒸汽膨脹來做功。

以下是蒸汽機的工作原理:

蒸汽推動活塞做往複運動,活塞通過連杆、搖杆、曲柄將往複直線運動轉變為(wei) 圓周運動。蒸汽機中滑動閥門由偏心輪和連杆來控製。當活塞向右運動時偏心輪帶動連杆推動滑動閥向左運動,當活塞運動到最左端時滑動閥擋住左側(ce) 進氣口,使蒸汽不能進入左側(ce) 氣缸。當滑動閥向右運動同時滑塊下方連接排氣口,左側(ce) 低溫氣體(ti) 由滑動閥下腔進入排氣口排出。滑動閥運動到最左端後左側(ce) 排氣口關(guan) 閉,進氣口打開,高溫高壓蒸汽進入右側(ce) 氣缸,推動活塞向右運動,同時滑動閥在偏心輪的帶動下向右運動,打開左側(ce) 排氣道。當活塞運動到最左端時,右側(ce) 進氣道關(guan) 閉,左側(ce) 排氣口打開……如此往複,蒸汽不斷推動活塞帶動輪轉動,蒸汽的內(nei) 能轉變為(wei) 飛輪的動能對外做功,用皮帶將機械與(yu) 外邊的皮帶輪鏈接,就能利用蒸汽機實現工業(ye) 生產(chan) 。

蒸汽機的出現和改進促進了社會(hui) 經濟的發展,但同時經濟的發展反過來又向蒸汽機提出了更高的要求,如要求蒸汽機功率大、效率高、重量輕、尺寸小等。盡管人們(men) 對蒸汽機作過許多改進,不斷擴大它的使用範圍和改善它的性能,但是隨著汽輪機和內(nei) 燃機的發展,蒸汽機因存在不可克服的弱點而逐漸衰落。

蒸汽機的弱點是:

離不開鍋爐,整個(ge) 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;它是一種往複式機器,慣性力限製了轉速的提高;工作過程是不連續的,蒸汽的流量受到限製,也就限製了功率的提高。

蒸汽機的出現,推動了社會(hui) 的發展,將人類帶入機械化時代,雖然現在已經被淘汰,但是蒸汽機上麵的很多零件如氣缸、活塞、飛輪、閥門和密封件等構成了現代機械的基本組件,因此,蒸汽機的出現具有劃時代的意義(yi) 。


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