Устройство паровых машин грузоподъемных кранов

Паровые машины, устанавливаемые на кранах, относятся к машинам малой мощности. Их мощность колеблется в пределах 40-140 л. с., при частоте вращения коленчатого вала 100- 500 об/мин. Машины с числом оборотов в 1 мин свыше 150 считаются быстроходными.

В табл. 9 приведены технические характеристики некоторых крановых паровых машин.

Паровые машины кранов бывают обычно однократного расширения, т. е. в этих машинах пар подается в цилиндр лишь 1 раз, а затем отработавший выпускается в атмосферу. В некоторых машинах отработавший пар используется для усиления тяги в котле посредством специального дутьевого устройства, устанавливаемого в дымовой камере. Для работы механизмов кранов не имеет особого значения равномерность хода, поскольку работа крана носит прерывистый характер, поэтому крановые машины не имеют регулятора и специального маховика. Скорость работы машины изменяется в зависимости от количества подаваемого в нее пара.

Цилиндры в паровой машине располагают горизонтально или вертикально. Соответственно этому и машины называются горизонтальными или вертикальными. В зависимости от характера пара, подаваемого в цилиндры, паровые машины делятся на машины насыщенного пара и машины перегретого пара.

Крановые паровые машины в большинстве своем работают с постоянной степенью наполнения.

Большинство паровых машин на кранах имеет по два раздельных цилиндра, работающих на главный вал крана или сдвоенных в одном корпусе, работающих на коленчатый вал машины. Если коленчатый вал машины всегда вращается в одном направлении, машина называется нереверсивной; если же направление вращения можно изменять, машина считается реверсивной.

Таблица 9

Параметры паровой машины

ПК-6 завода им. 1 Мая

ПК-ЦУМЗ-15 завода им. 1 Мая

Тип машины

Г оризонтальная

Сдвоенная

Максимальная мощность, л.с.

40-45

100

Номинальная частота вращения, об/мин

120

300

Диаметр цилиндра, мм

200

190

Ход поршня, мм

240

230

Число цилиндров

Два в одном блоке

Два раздельных

Тип золотника

Плоский

Цилиндрический

Направление вращения вала

Реверсивное, кулиса Стефенсона

Нереверсивное

Ход золотника, мм

56

17

Рабочее давление пара, кгс/см2

9

10

Пар

Насыщенный

Рис. 34. Горизонтальная реверсивная паровая машина крана ПК-6:

/ - поршневые кольца; 2 - поршень;

3 - гайка штока; 4 - цилиндр; 5 - задняя крышка цилиндра; 6 - шиберная крышка; 7 - золотник, 8 - контргруз;

9 - шток золотника;

10 - балансирный рычаг; 11 - подвеска; 12 - вилка штока; 13 - кулиса, 14 - ползун, 15 - шатун, 16 - крышка шатуна, 17-коленчатый вал, 18 - эксцентрик; 19 - эксцентриковый бугель; 20 - станина; 21 - эксцентриковая тяга; 22 - контргайка; 23-шток поршня; 24 - сальник; 25 - корпус сальника; 26 - крышка коренного подшипника

Пар в паровых машинах распределяется парораспределительным механизмом. Большинство крановых машин имеет парораспределительный механизм кулисного или эксцентрикового типа, наибольшее распространение имеет кулиса Стефенсона, при этом парораспределение осуществляется плоским или цилиндрическим золотником.

На рис. 34 показана горизонтальная реверсивная паровая машина крана ПК-6. Эта машина выполнена в виде обособленного агрегата с горизонтальными цилиндрами; реверсивная - е эксцентриковым кулисным парораспределительным механизмом и плоским золотником.

На кране ПК-ЦУМЗ-15 установлена двухцилиндровая машина с горизонтально расположенными цилиндрами, укрепленными раздельно на щековинах лебедки крана (рис. 35). Эта машина имеет также золотниковое парораспределение; так как кулисного механизма нет, то машина нереверсивна, поэтому на ней нельзя изменять направление вращения главного вала.

Одним из основных элементов технической характеристики паровой машины является ее мощность. Как изложено выше, площадь индикаторной диаграммы в определенном масштабе отображает работу пара, совершенную в цилиндре за один ход поршня. Замерив эту работу, и зная число ходов поршня в 1 с, можно вычислить величину работы, совершенную паром в 1 с, что и является мощностью этой машины. Таким образом, сняв индикаторную диаграмму, зная число цилиндров и число ходов поршня, можно всегда определить мощность паровой машины. Эта мощность называется индикаторной Ni.

Рассмотрим устройство и действие основных частей паровой машины.

Станина паровой машины (см. рис. 34) является ее основой. На ней монтируются все части и механизмы машины, поэтому станина должна обладать высокой прочностью и жесткостью. Чаще всего она представляет собой массивную чугунную отливку, укрепленную на поворотной части крана болтами. В некоторых кранах, как, например, ПК-ЦУМЗ-15, в качестве станины используется металлическая конструкция самого крана. В этих случаях цилиндры машины устанавливают и крепят к щекови- * 28

Рис. 35. Паровая машина крана ПК-ЦУМЗ-15:

1 - задняя крышка цилиндра; 2 - цилиндр; 3 - поршневое кольцо; 4 - поршень; 5 - шток поршня; 6 - передняя крышка цилиндра; 7 и 30 - сальники; 8 - масленка; 9 - гайка; 10 - ползун; 11 - палец ползуна; 12 - шатун; /3 -вкладыш шатуна; 14 и 18 - прокладки; 15 - крышка шатуна; 16 - эксцентриковый бугель; 17 - крышка бугеля; 19 - эксцентрик; 20 и 24-кронштейны; 21 - параллели; 22 - вкладыш ползуна; 23 - планка ползуна; 25 - крыша золотниковой камеры; 26 - гайка штока, 27 - кольцо золотника;

28 - золотник; 29 - втулка золотниковая; 31 - шток золотника; 32 - внлка штока золотника; 33 - валик эксцентриковой тяги; 34 - эксцентриковая тяга; 35 - шековина лебедки; 36 - диск кривошип?

нам лебедки крана. Зачастую станина используется для образования рабочих поверхностей параллелей, как это имеет место в паровых машинах кранов ПК-6 и ПЛС-15.

Цилиндр паровой машины является одной из важнейших ее частей. В нем протекает основной рабочий процесс и преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию движения. Цилиндр чаще всего отливается из серого чугуна марки СЧ21-40. Твердость рабочей поверхности цилиндра бывает в пределах 180-230 единиц по Бринеллю. Конструкция цилиндра определяется типом паровой машины и может быть выполнена в виде отдельного цилиндра или блока, состояшего из двух цилиндров, отлитых в общем блоке.

На рис. 36 показан блок цилиндров паровой машины крана ПК-6 с парораспределением плоским золотником, а на рис 37- цилиндр горизонтальной паровой машины крана ПК-ЦУМЗ-15 с парораспределением цилиндрическим золотником

Каждый из этих цилиндров имеет с обоих концов закрываемую крышками рабочую камеру 8, в которой движется поршень; золотниковую камеру 5, также закрываемую крышками; паровые каналы 4, соединяющие рабочую плоскость цилиндра с золотниковой камерой, по которым свежий пар поступает в рабочую камеру цилиндра и выходит из нее; впускное и выпускное окна, через которые пар входит в цилиндр и выходит из него; прива-лочную часть 6 цилиндра, укрепленную на станине Для подвода смазки в цилиндре имеются отверстия 1, для установки индикатора - отверстия 2 и, кроме того, в нем сделаны паровпускные каналы 3, а также отверстия 9 для продувочных краников

Рабочая часть цилиндра представляет собой хорошо обработанную шлифованную поверхность. По концам эта поверхность имеет конусные части 7 (узкие пояски). Они сделаны для более равномерного износа рабочей поверхности цилиндра

Растояние между крышками цилиндра определяет длину цилиндра. Крышка цилиндра, расположенная ближе к коленчатому валу, называется передней, а противоположная ей - задней. Задняя крышка выполняется обычно глухой, тогда как передняя имеет отверстие, через которое проходит шток поршня.

Зазор между отверстием крышки и штоком уплотняет сальниковое устройство в виде гр^ндбуксы с набивкой из промасленного асбестового шнура. Сальник, кроме уплотнительной набивки, имеет смазочное устройство в виде колпачковой масленки или масленки под жидкую смазку. В целях уплотнения соединений крышки с цилиндром ставят прокладки из паронита.

Золотниковая камера в зависимости от типа золотника имеет коробчатую или цилиндрическую форму. В первом случае камера закрывается одной золотниковой крышкой, во втором - двумя крышками, одна из которых имеет отверстие с сальниковым уплотнением для прохода штока золотника. В коробчатой золотниковой камере имеется хорошо отшабренная площадка, называемая золотниковым зеркалом цилиндра. По этому зеркалу движется коробчатый золотник В цилиндрической золотниковой камере золотниковое зеркало образуется внутренней шлифованной поверхностью золотниковой втулки, запрессованной в тело золотниковой камеры, соединенной посредством паровпускных каналов с полостью цилиндра.

В золотниковой камере с плоским золотником каналы выходят на золотниковое лицо, а в цилиндрических золотниках подходят к отверстиям золотниковой втулки.

Для спуска образующегося конденсата в цилиндре сделаны отверстия, выходящие на конические части его внутренней поверхности; в эти отверстия ставят на резьбе продувочные краники

Цилиндры имеют дополнительные отверстия, закрытые пробками. При необходимости в эти отверстия можно установить индикатор для снятия индикаторных диаграмм.

Рис 37 Цилиндр горизонтальной машины крана ПК-ЦУМЗ-15

Поршень предназначен воспринимать на себя усилие давления пара и, перемещаясь внутри цилиндра, передавать движение с этим усилием через поршневой шток, ползун и шатун на коленчатый или кривошипный вал. Поршень разделяет цилиндр на две изолированные друг от друга полости, в которых попеременно происходит рабочий процесс.

Движение поршня в цилиндре неравномерное. По мере приближения к крайним положениям скорость его уменьшается и доходит до нуля, после чего он начинает двигаться в обратном направлении, постепенно увеличивая скорость и вновь замедляя ее при подходе к противоположному крайнему положению. Величина перемещения поршня от одного крайнего положения до другого называется ходом поршня и равна двойной величине радиуса кривошипа.

Конструктивно поршень выполняется в виде цилиндрического диска, закрепленного на штоке (рис. 38).

Для уменьшения динамических воздействий при движении поршня его стремятся сделать возможно более легким, поэтому поршню придают форму или сравнительно тонкого диска со ступицей в центре и ободом снаружи, или делают в виде широкого, но пустотелого диска. Поршень такой конструкции применяется в паровой машине крана ПК-6.

Центральной частью 2, называемой ступицей, поршень садится на поршневой шток 3 и закрепляется гайкой 4. Соединение поршня со штоком, подверженное большим силовым и тепловым воздействиям, должно быть прочным. Поэтому его почти всегда делают с коническими поверхностями, пришабренными и притертыми по краске. Гайка, закрепляющая диск поршня на штоке, должна быть хорошо затянута и зашплинтована.

Поршневой шток служит для передачи движения поршня ползуну и шатуну паровой машины и представляет собой цилиндрический стержень с хорошо обработанной шлифованной поверхностью. Материалом для изготовления поршневого штока служит обычно углеродистая сталь марки Ст. 5. Второй конец штока имеет резьбу, посредством которой он соединяется с ползуном.

На цилиндрической поверхности поршня 1 в канавках помещаются поршневые кольца, уплотняющие пространство между

поршнем и рабочей поверхностью цилиндра. Количество колец бывает различно, но не менее двух.

Поршневые кольца изготовляют преимущественно из серого специально обработанного чугуна, что придает им высокую упругость, необходимую для хорошего уплотнения в цилиндре. Твердость поршневых колец обычно бывает почти равной твердости рабочей поверхности цилиндра. Однако, имея рабочую поверхность намного меньше, чем у цилиндра, кольца быстрее изнашиваются сами, чем изнашиваются поверхности цилиндра.

Поршневые кольца (рис. 39) должны иметь чисто обработанные поверхности. Разрезы (замки) поршневых колец бывают прямые, косые и ступенчатые. Величина выреза поршневого кольца делается из такого расчета, чтобы обеспечить требуемое усилие нажатия кольца на стенку цилиндра и необходимый температурный зазор в замке.

Для уменьшения пропуска пара через зазоры в замках кольца устанавливают на поршне так, чтобы их замки не совпадали друг с другом. С этой же целью в ручей (канавку) иногда ставят по два кольца вместо одного. В канавках некоторых поршней сделаны штифтики, удерживающие кольца от проворачивания.

Параллели и ползун. Между поршневым штоком, совершающим прямолинейное поступательно-возвратное движение, и шатуном (сложное движение) помещается ползун. Ползун воспринимает боковые усилия и предохраняет шток от изгиба.

Конструктивно ползун выполняется различно, но должен всегда состоять из следующих основных частей: тела ползуна, пальца и сменных башмаков.

На рис. 40 показан ползун крана ПК-6 и его соединение с шатуном. Сменные башмаки 3 присоединяются к корпусу ползуна 7 стопорными винтами 2, головки которых утоплены и залиты баббитом 1. Шатун 4, имеющий цкладыш 5, соединяется с ползуном пальцем 6, закрепляемым гайкой 9 с замком. Рабочая поверхность сменных башмаков соответствует форме рабочих поверхностей параллелей 8.

Ползун крана ПК-ЦУМЗ-15 (рис. 41) имеет несколько иную конструкцию, так как в отличие от ползуна крана ПК-6 перемещается не по двум желобчатым параллелям, а по одной параллели, имеющей прямоугольное сечение. Для удобства сборки ползуна 1 на параллели 4 он имеет съемную крышку 3, устанавливаемую на винтах 2.

Если палец й теле ползуна закреплен неподвижно, то такой ползун называется закрытым Если же палец закреплен неподвижно только к головке шатуна, а в ползуне может вращаться в специальной втулке или во вкладышах, то такой ползун называют открытым

Палец ползуна изготовляют из стали с закаленной поверхностью и закрепляют точной приточкой его конусных поверхностей и гайкой. Чтобы палец не проворачивался, в него ставят штифт или шпонку.

На рабочую поверхность башмаков передаются значительные усилия, поэтому для упрощения их ремонта башмаки делают съемными стальными, а поверхности их заливают антифрикционными сплавами или изготовляют из бронзы и мягкого чугуна.

Поверхности скольжения параллелей и башмаков должны быть хорошо смазаны; для этого они имеют смазочные канавки. По этим канавкам смазка легко поступает на поверхности скольжения. Параллели располагаются строго параллельно оси цилиндра, для чего их устанавливают и выверяют по струнке, проходящей через ось цилиндра и ось коленчатого или главного вала.

Шатун (рис. 42) предназначен для передачи движения от ползуна к коленчатому валу с преобразованием прямолинейного поступательно-возвратного движения во вращательное. Он состоит из стержня, кривошипной головки, ползунковой головки,

Рис 42 Шатун крана ПК-ЦУМЗ 15

1 - вкладыш кривошипной головки, 2 - крышка, 3 -болт, 4 - мае ленка, 5 - прокладка, 6 - стержень шатуна, 7- гайка клина, 8 - шай ®а* * сухарь, 10 - вкладыш ползунковой головки, П - клин натяжной

Рис 43 Кривошипный вал крана ПК-ЦУМЗ 15 / - главный вал, 2 -палец кри вошипа, 3 - диск кривошипа втулок или вкладышей. Стержень шатуна может быть круглого, овального или таврового сечения. Кривошипную головку шатуна наиболее часто делают разъемной с крышкой, укрепленной болтами, и с вставленными в нее бронзовыми или стальными с баббитовой заливкой вкладышами. В соединении кривошипной головки и ее крышки обычно предусматриваются тонкие прокладки, за счет изъятия которых при ремонте регулируется и восстанавливается необходимый радикальный зазор во вкладышах.

Ползунковая головка шатуна чаще делается неразъемной с запрессованной в нее втулкой или с вставленными вкладышами и клиновым натяжным устройством. Ползунковая головка пальцем шарнирно соединена с ползуном, а кривошипная головка охватывает шейку коленчатого вала или палец кривошипа. Расстояние между центрами ползунковой и кривошипной головок называется длиной шатуна.

Коленчатый вал имеет назначение воспринимать усилия от шатуна и преобразовывать его сложное движение во вращательное. В некоторых машинах, как, например, в машинах кранов ПК-ЦУМЗ-15 (рис 43), коленчатый вал заменен главным валом 1 и кривошипным диском 3 с пальцем 2

Коленчатый вал является одной из самых ответственных и сильно нагруженных деталей паровой машины. Ввиду сложного движения шатуна и различного направления нагрузок коленчатый вал испытывает большие динамические и инерционные усилия. Поэтому его изготовляют из высококачественной стали с последующей термической обработкой. Поверхностные повреждения - задиры, риски на шейках и забоины - могут явиться причиной поломки вала.

Коленчатый вал крана ПК-6 (рис. 44) представляет собой деталь сложной конфигурации, имеющую но числу цилиндров колена с чисто обработанными кривошипными шейками 2.

Колено вала образуется двумя щеками 4 и кривошипной шейкой, расположенной между этими щеками. Смежные колена вала смещены относительно друг друга чаще всего на угол 90й.

Кроме кривошипных, коленчатый вал имеет коренные шейки 1, которыми ложится в опорные так называемые коренные подшипники. Коренные подшипники представляют собой чаще всего соответствующие гнезда в станине машины, в которые закладываются бронзовые вкладыши или вкладыши, залитые тонким слоем антифрикционного сплава.

Рис. 44. Коленчатый вал крана ПК-6:

/ - коренные шейки; 2 - кривошипные шейки; 3 - шпоночные пазы под эксцентрики; 4 - щеки, 5 - хвостовик под ведущее зубчатое колесо; 6 - шпоночный паз под зубчатое колесо

Переходы от цилиндрической части шеек к телу вала сделаны по радиусу, т. е. в виде галтелей. Все острые кромки щек вала устранены снятием фасок, что уменьшает вредное влияние напряжений, концентрирующихся в острых углах.

Расстояние между центрами коренной и кривошипной шеек называется радиусом кривошипа.

На конец коленчатого вала насажено зубчатое колесо, передающее движение механизмам крана.

В большинстве случаев на коленчатом валу крепятся и эксцентрики парораспределительного механизма.

Однако в ряде случаев эксцентрики размещают на отдельном валу, вращающемся от коленчатого вала специальной зубчатой передачей, как это имело место в паровых машинах крана ПК-6 первых выпусков.

Понятие о рабочем процессе в цилиндре паровой машины | Грузоподъемные краны на железнодорожном ходу | Парораспределение и типы парораспределительных механизмов