蒸汽机原理与构造部件详解

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1、1 2 蒸汽机原理与构造部件蒸汽机原理与构造部件详详解解 蒸汽机的结构蒸汽机的结构 图图 258258 上所示为蒸汽机的结构。该图所示为卧式蒸汽机。它由机座、汽 缸、活塞、连杆曲柄机构、蒸汽分配装置和飞轮组成。 蒸汽机的工作原理如下。 蒸汽从蒸汽锅炉经蒸汽管路和蒸汽分配装置(滑阀室)进入汽缸、汽缸内 的活塞在蒸汽压力作用下按次序地自一端到另一端作往复运动。当活塞的一 面在进汽时， 废汽从活塞的另一面排出。 活塞借活塞杆与连杆的一端相连接 。 连杆的另一端与曲柄轴相迎接，蒸汽分配装置(滑阀)是由安装在蒸汽机曲柄 轴上的偏心轮来带动的。当活塞在蒸汽压力作用下向右移动时，滑阀向左移 动；当活塞向左移

2、动时，滑阀则向右移动。 现在来研究一下盒式滑阀配汽装置的蒸汽分配图(图图 259259)。滑阀室和汽 缸相连接。 在此滑阀室中有一抛光的平面 2-滑阀面，在滑阀面内开有三条 汽路：两条 3 在两侧，一条 4 在中间。蒸汽经过中间的汽路向外排出，而经 3 过两侧的汽路进入汽缸内。滑阀借偏心轮可以在滑阀面上沿滑阀室纵方向作 往复运动。滑阀如一盒子，在其移动时能关闭汽路的所有的三个汽口、或者 其中两个汽口。 从锅炉进入滑 阀室的蒸汽经汽路 中的一条，例如， 经左侧汽路进入汽 缸。此时，右侧的 汽路 3 被滑阀关 闭：并且在滑阀下 与排汽汽路 4 相连 通。从锅炉出来的蒸汽往汽缸内进汽，直到滑阀向左移

3、动，把左侧的汽路 3 关闭，并使左侧汽路 3 与排汽汽路 4 相连通时为止。使滑阀作往复运动的偏 心轮应正确地安装在曲柄轴上；即当活塞移至死点时，滑阀能使蒸汽开始从 活塞的一侧进汽，而从另一侧排汽。 蒸汽在蒸汽机汽缸内的工作可以分成四个阶段：1、进汽；2、膨胀；3、 排汽；4、压缩。这些阶段可以参看 图图 260260，图图 261261，图图 262262，图图 263263。 4 图图 260260 下半个图所示为活塞位于左面死点，而上半个图所示是与活塞相 应的滑阀位置。此时，蒸汽经过隙缝开始进汽；并经过隙缝排汽。 图图 261261 所示为滑阀处于极右的位置，此时活塞已离开死点。左侧汽路

4、完 全启开进汽，右侧汽路则排汽。 图图 262262 所示为停止进汽(进汽切断)； 进汽切断以后， 汽缸内之压力降低 ， 但活塞继续向右移动；与此同时，继续排出废汽。 5 图图 263263 所示为排汽停止；活塞左侧的蒸汽继续膨胀；而右侧的蒸汽被活 塞压缩，形成弹性的“汽垫”。接着滑阀继续向左移动，启开右侧汽路进汽， 左侧汽路便排汽，此后，活塞将开始向左运动，重复以上所述的全部过程。 摇摆式汽缸的单作用蒸汽机摇摆式汽缸的单作用蒸汽机 这种蒸汽机的制造十分简单而使用可靠。其结构如图图 264264 所示。 在汽缸上面焊有一块短的平板 1，其上垂直于汽缸纵向中心线装有轴 2。 在蒸汽机工作时汽缸绕

5、该轴作摆动。轴 2 装入机架 4 上的孔内。焊在汽缸上 的平板被小弹簧 3 紧压在机架平面上，弹簧套在轴上并用螺母调节。在汽缸 上部和在平板 1 上高于轴 2 处开有孔 5，而在固定机架上或焊在机架上的专 门平板 6 上开有另外两个孔 7 和 8。孔 7 与孔 8 的位置能使得当曲柄处于极 左端位置时，汽缸上的孔 5 与和蒸汽管及锅炉相连的右孔 7 贯通。此时蒸汽 进入汽缸，就能带动飞轮的轴开始旋转(图图 265265，1)。当活塞靠近下死点(图图 265265，2)以及蒸汽停止进入汽缸时，飞轮则继续旋转，使汽缸移位越过死点。 当汽缸上孔 5 接近左(排汽)孔 8 时。 在曲柄位于右极端位置(

6、图图 265265，3)的瞬 间进行排汽。排汽经孔 8 继续进行到活塞升到上死点为止，然后以同样的程 序重复蒸汽机的整个工作循环：汽缸自右孔 7 获得一部份蒸汽，而废汽由左 孔 8 排出。这种蒸汽机是单作用的蒸汽机，因为蒸汽只在活塞的一侧进汽。 6 在制造这种蒸汽机时必须特别注意孔 5、7 和 8 的位置，并注意使摇摆 式汽缸和机架的接触平面与汽缸的摆动平面平行，且互相很好地研磨。 汽缸可以用黄铜或青铜棒料车制成，或 者用内表面平滑的管子制作，活塞按照汽缸 直径加上少量的加工余量来车制，然后研 磨，活塞最好做成空心的，以减轻其重量， 并且与整根金属棒做成的连杆同时车制。软 的机器钢、青铜、黄铜

7、和硬铝都可作为活塞 的制造材料。 在连杆下端做出一粗大部分，从其相对 的两面用锉刀锉出两个平面。在这两个平面 上钻一个贯通孔，孔之大小应与曲柄销直径 相适应。活塞与安装在车床上的汽缸用混有 润滑油的细金刚砂来研磨。为此，活塞的粗 大部分用手虎钳夹紧，并将活塞顺着回转的 汽缸均匀地向前后作移动。这样的研磨应延 续 1015 分钟，检查研磨精密性的方法如 7 下：用煤油或汽油清洗汽缸和活塞，将活塞装入汽缸(到底)，然后将活塞拉 到汽缸边缘再松手放下。精密研磨的活塞拉出后，汽缸内应形成真空，所以 如果活塞自己能回进去，则说明空气没有从汽缸壁和活塞之间通过。 若用管子来制造汽缸时，应在管子的一端焊上一

8、个白铁盖。如果汽缸用 整根铁棒制造时，则铁棒应首先照汽缸外径车削并用细金刚砂纸打光。然后 汽缸用夹紧在车床后顶针上的钻头钻孔，钻到需要的深度为止。钻头应比汽 缸的内径细 0.2 公厘，然后用圆柱形铰刀代替钻头以修平汽缸的内表面。平 板 1(图图 264264)用手锉刀锉平。并在与汽缸相连接的平面上需切出一条半圆形 的纵向槽以便与汽缸连接。在平扳 1 的中央钻一螺线孔，孔内拧进充作汽缸 轴的螺柱(两面带螺纹)。螺柱不应摇动，并且须垂直于平板。然后，须用铁 丝将平板固紧在汽缸上，并用手虎钳将汽缸夹紧后，用焊料将平扳焊在汽缸 上。两零件应很好地加热，使焊料在其中间渗透，并在整个接触面上将其焊 牢。

9、然后可以进行孔 5 的划线工作(图图 264264)， 并通过平板和汽缸壁钻出此孔。 孔边缘处的毛刺应仔细地予以清除。 机架可用 3 公厘厚的铁条或黄铜条弯成。在和汽缸摆动平面接触的平扳 6 的表面上，用冲子打上汽缸轴孔的中心记号。以此为中心，以汽缸轴和孔5 中心(在平板 1 上)间的距离作半径，画一弧线，在此弧线上应开两个孔- 进汽孔和排汽孔。为了确定在弧线上此两孔间的距离，须在选定汽缸轴到曲 柄轴的距离以及活塞行程(图图 266266)之后，绘制蒸汽机图。划线后用直径等于 孔 5(田 264)直径的钻头钻这些孔。 最后一进重要工序是在机架上钻两个装曲柄轴的孔。在机架成直角折曲的两 端间应紧

10、紧地插入一根木条，钻上一个孔后，倒转机架再钻另一孔。标出这 些孔的中心时应使曲轴平行于汽缸的摆动轴心。为了将机器固定于基座上， 在机架的水平部分钻两个埋头孔，以便拧入木螺丝。曲柄用直径为 3-4 公厘 的钢棒弯成，并且应使曲柄轴中心线到曲柄销中心线的距离等于 1/2 活塞行 程，并使两中心线互相平行。 8 飞轮可以用钢料在车床上车制成或用铅铸造成；飞轮的尺寸要选择最大 的，但需安置方便。 蒸汽机应按下列程序装配。首先将曲柄轴装入机架内，并且用一块木头 垫在下面，将飞轮套在曲柄轴上用 锤子轻轻的敲进去。然后将连杆 (活塞杆)套在已装入汽缸内的活 塞的销子上。汽缸摆动轴装入机架 孔内，然后将钢丝弹

11、簧套在轴上， 并用螺母加以固紧。此后，须转动 飞轮， 看平板 1 有否与平板6 脱开 。 在汽缸摆动时须使接触面没有间 隙。如果平板 1 和平板 6 的平面研磨得不好，则应立即消除这一缺陷。最后 可以将进汽管和排汽管焊在机架上；并进行蒸汽机的磨车。 像这种结构的蒸汽机不但可以制造单缸的，而且还可以制造双缸的，其 功率将大一倍。 所有零件(除少数零件以外)的结构与原来的相同，而机器将为 V字形。 单作用双缸蒸汽机的外形如图图 267267 所示。制造这种蒸汽机用的锅炉时，应考 虑到两倍大的蒸汽发生量。 摆动式汽缸的双作用双缸蒸汽机摆动式汽缸的双作用双缸蒸汽机 汽缸尺寸和单作用蒸汽机相同的双作用蒸

12、汽机其功率增加一倍。图图 268268 所示的为此种蒸汽机的外形。蒸汽机按下列方法制造。 9 两端封闭的汽缸(图图 269269)上下有两个进汽孔。在此两孔中心之间的中央 装有一根轴，汽缸即绕此轴摆动。 与每个汽缸相接触的机架平面上各有四个孔：两个进汽孔和两个排汽 孔。当汽缸上端的孔与机架的排汽孔相重合时，蒸汽由汽缸下端的孔进入汽 缸。而当汽缸下端的孔与机架的排汽孔相重合时，蒸汽由汽缸上端的孔进入 汽缸。这种蒸汽机的活塞在曲柄轴转一转的时间内，完成两个工作行程。 这种蒸汽机的制造程序以船长为 1-2 公尺的船模用的蒸汽机作例子来 说明。蒸汽机的汽缸用黄铜管或钢管制作，研磨后的汽缸内径应等 16

13、 公厘， 10 高 29 公厘。当汽缸摆动时，焊在汽缸上的 2.5 公厘厚的矩形钢质平板与机 架平面相接触。平板在焊接前按下列方法研磨和划线：从汽缸摆动轴孔的中 心画两个半径等于 11 公厘的圆弧，在圆弧上板宽的中央处定出两个进汽孔 的和排汽孔的中心。在中间的摆动轴孔内插入一个直径为 5 公厘长度为 20 公厘的螺栓；然后，两块平板各自焊在所属的汽缸上，并在平板上穿透汽缸 钻两个直径为 2.5 公厘的进汽孔和排汽孔。每块平板的平面应精确地平行于 汽缸壁。汽缸里面在钻孔后要清除毛刺并研磨。两汽缸的上下两端都用盖封 闭(图图 270270，和)，并且在下面，应开有活塞杆孔，安上第二个盖(图图 27

14、270 0， )，作为消除漏汽用的填料。汽缸盖首先车成圆形，然后用锉刀按图图 270270 上所示尺度的形状加工。 汽缸盖应像图图 271271 上所示， 用直径 3 公厘长 40-42 公厘的螺栓拉紧。汽缸盖的凸部应紧嵌在汽缸内。在汽缸盖(图图 270270，)上 为了安装螺栓应切有螺纹，借此将汽缸盖缔紧在汽缸盖上。 11 活塞和活塞杆的图见图图 272272 所示。活塞上所开的环形槽是滑油槽，当蒸 汽机工作时，滑油一点点地填满油槽，并保证所需的润滑。为了能用铆接活 塞杆端头的方法将活塞杆固定在活塞上，在活塞杆的上端车制出一连接端； 为此， 活塞内孔的一面应铰出埋头形状， 即扩成圆锥孔。 在

15、铆活塞杆端头时 ， 为了避免活塞产生偏斜，应在各处均匀地进行顶锻。应该记住；活塞杆之另 一端是分叉的(叉形)，与另一根活塞杆的一端相连接。二端连接后一起套在 12 曲柄销上(见图图 268268)。 曲柄轴(图图 273273)由两部分组成：带有曲柄臂和平衡块的轴以及压入曲柄 臂孔内的曲柄销。 直径为 45-50 公厘的飞轮紧紧地套在曲柄轴上，并用螺栓固紧。 机架用 3-4 公厘厚的黄铜板切割制成，并弯成直角，如图图 274274所示， 然后将其研磨， 并在其上用划线盘划出摆动轴的孔。 画出我们所知道的图(图图 275275)以后，根据该图确定进汽孔和排汽孔的中心，并用 13 冲子冲孔。汽缸上

16、进汽孔和排气孔的直径为 2.5 公厘。这些孔应准确地与机 架上的孔重合，在蒸汽导管焊到机架上之前必须进行检查。在机架的下面部 分，为了固紧轴承钻有 4 个直径为 4 公厘孔及 4 个同样直径的木螺丝孔。图图 276276 上所示的是用青铜或黄铜制作的轴承。制作轴承首先应按其外形锯出， 然后将其锯成两部分，而轴承的接触平面应用锉刀锉平；此后两部分用螺栓 连接，并在其上钻一个曲柄轴孔。 蒸汽分配器(图图 276276)用尺寸为 1588 公厘的黄铜棒制作。 在黄铜棒上 14 钻 3 个直径为 3 公厘的孔，孔内焊入几根供进入蒸汽用的细黄铜管。 蒸汽机的装配从机架上安装轴承和曲柄轴开始。然后在汽缸轴上安装汽 缸并检查汽缸摆动时是否有间隙。安装曲柄轴后，检查轴是否有卡住现象， 以及机架上和汽缸上的各孔是否重合。消除各种可能发生的毛病后，将蒸汽 导管弯曲，并将蒸汽导管焊在左汽缸的右面两个孔上(如果从汽缸方面看)， 和右汽缸的左面两个孔上(图图 274274 上涂黑的孔)。然后用管子和小开关将蒸汽 机和锅炉连接起来后，就可以开始试运蒸汽机了。为了排出废汽可在机