為什么讓讓蒸汽機,成為富商

【專家解說】：1769年尼古拉·約瑟夫·居紐首次用他的“蒸汽車”展示了自動的蒸汽車的可行性.這輛車可以說是第一輛汽車.這輛車作為運輸工具不太有用,但用來拖農(nóng)具卻很不錯.
一直到20世紀初蒸汽機汽車依然可以與其它驅(qū)動方式的汽車抗衡.今天大多數(shù)汽車是用內(nèi)燃機驅(qū)動的.蒸汽機汽車最大的缺點是它至少需要30秒鐘時間來獲得足夠的壓力.
世界上第一列蒸汽機火車是1804年2月21日理查德·特拉維斯克在威,爾,士展示的.
現(xiàn)代蒸汽機的最大的優(yōu)點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉(zhuǎn)化為機械能.不像內(nèi)燃機那樣對其燃料很挑剔.此外沒有蒸汽機的話原,子,能無法被使用.原,子,反,應(yīng),堆既不直接產(chǎn)生機械能,又不直接產(chǎn)生電能,原,子,反,應(yīng),堆實際上只是加熱水,這個水被沸騰后的蒸汽通過蒸汽機來轉(zhuǎn)化為有用的功.蒸汽不一定需要通過燃燒來產(chǎn)生,比如使用太陽能聚熱器也可以產(chǎn)生蒸汽推動蒸汽機.
另一種有類似優(yōu)點的小巧的外燃機是斯特林發(fā)動機.其缺點是它在許多情況下難以運行.現(xiàn)代的混合動力汽車就是為了彌補這個缺點而設(shè)計的.
尤其在高山上蒸汽機機車的優(yōu)點顯著,因為它們也可以在比較低的氣壓下運行.當南美洲將用柴油-電力機車取代它們的蒸汽機車后這一點就被發(fā)現(xiàn)了.在高山上他們不得不使用功率比較高的柴油機車.
在瑞士和奧地利新的齒軌鐵路使用現(xiàn)代的蒸汽機,這些蒸汽機只需要一個人來運行,比起過去的蒸汽機它節(jié)省60%的燃料,比起電力機和柴油機它輕50%,因此對齒軌的磨損小得多.在日內(nèi)瓦湖上也有一艘新的蒸汽機船,它是世界上第一艘遙控的蒸汽機船.
顯然任何純的熱機的效率無法超過卡諾循環(huán)的效率.而卡諾循環(huán)的效率與循環(huán)中的溫差有關(guān).因此蒸汽機的蒸汽溫度越高,而其做功后蒸汽溫度越低,它的效率就越高.
實際上一個將使用后的蒸汽直接排入大氣的蒸汽機（包括鍋爐）的效率可以達到5%,加上冷凝器效率可以提高到25%或更好.一個使用廢氣加熱的發(fā)電站可以達到30%的效率.首先讓燃氣推動一個燃氣輪機后再進入鍋爐的裝置可以達到60%的效率.熱電聯(lián)產(chǎn)裝置利用余熱供暖,綜合熱效率可達90%.
降級效率的原因之一是冷凝器的溫度比周圍溫度高.通過使用熱交換器使用余熱來預(yù)熱空氣可以降低這個損失.
蒸汽機不一定需要蒸汽來操作,任何高壓氣可以用來操作蒸汽機.有時人們用高壓氣來操作小的模型來測試一個新型式的可行性.
早期的真空蒸汽機的效率有限,但它們比較安全,因為它們的壓力比較低,在物質(zhì)發(fā)生損壞的情況下機器向內(nèi)收縮,而不是向外爆炸.它們的效率受外部氣壓、氣缸變形、燃燒和沸騰的效率和凝結(jié)能力的限制.理論最高效率受水在普通大氣壓下比較低的沸騰溫度限制.使用高溫高壓的蒸汽為蒸汽機的效率帶來了巨大的提高.但這種蒸汽機比真空蒸汽機危險得多.鍋爐和機器的爆炸造成了許多大事故.安全閥在這里帶來了很大的改進,在壓力過高的情況下安全閥放氣減壓.但真正保證安全只有依靠建造、運行和維護的經(jīng)驗和安全規(guī)則.
帶壓蒸汽技術(shù)被發(fā)明后下一個重要的改進是使用雙動活塞,帶壓蒸汽在一個汽缸壓力降低到普通大氣壓或在其凝結(jié)過程中可以推動另一個汽缸.大多數(shù)往復(fù)式引擎今天使用這個技術(shù).汽缸完全封閉來防止蒸汽逃散.一根滑桿通過一根搖臂軸和曲壁將往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動.另一個曲壁和軸承用來控制閥門.
另一種蒸汽機由多個直徑不斷增大的單動汽缸組成.一般由三個汽缸組成.稱為三脹式蒸汽機.
從鍋爐出來的高壓蒸汽首先推動第一個和最小的一個活塞（蒸汽首先在高壓氣缸做功）.當這個活塞開始回退時一部分擴張的蒸氣被驅(qū)入第二個汽缸推動它的活塞（高壓缸排出的蒸汽在中壓氣缸繼續(xù)做功）,這樣繼續(xù)使用在第一個汽缸膨脹的蒸汽.第三個汽缸則使用在第二個汽缸中膨脹的蒸汽（中壓缸排出的蒸汽在低壓氣缸繼續(xù)做功）.這些分級做功的方式是為了更加有效的利用蒸汽的內(nèi)能.
有時人們也使用兩個面積總和與最大的那個活塞的面積相同的小一些的活塞來取代最大的那個活塞,這樣的引擎可以四步工作,比較平穩(wěn).
這種蒸汽機尤其對海上的輪船非常重要,因為它的蒸汽在做功的過程中不斷減壓后可以重新進入鍋爐加熱.海上的輪船必須節(jié)約用水,因為它可能很長時間無法補充水,而陸上的蒸汽機則可以不斷加水.一直到二,戰(zhàn),大多數(shù)商船都使用這種蒸汽機.1905年以前所有的戰(zhàn),艦也使用這種蒸汽機.缺點是它的效率稍低.
另一種往復(fù)式蒸汽機是單流蒸汽機.在這些蒸汽機中閥門由凸輪來控制.汽缸容積最小時入汽閥門打開.然后入汽閥門關(guān)閉,蒸汽膨脹.汽缸容積最大時汽缸側(cè)面的排氣閥門打開.這些排氣口與凝結(jié)腔相連,它們使汽缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓以下.軸承的慣性使活塞重新向上運動.單流蒸汽機總是組成蒸汽機組一起運行.單流蒸汽機入氣口和出氣口的溫度恒定,不像其它蒸汽機那樣不斷變化.
高壓汽輪機由一系列帶有螺旋槳式的槳葉的轉(zhuǎn)盤組成.這些旋輪與不動的定輪交替,定輪的作用是導(dǎo)引氣流的方向.這樣的蒸汽機比往復(fù)蒸汽機要平穩(wěn).
1883年瑞,典,工,程,師,拉,瓦,爾設(shè)計制造出了第一臺單級沖動式汽輪機,隨后在1884年英,國,工,程,師,帕,森,斯設(shè)計制造了第一臺單級反動式汽輪機,雖然當時的汽輪機和我們現(xiàn)在的汽輪機相比結(jié)構(gòu)非常簡單,但是從此推動了汽輪機在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用,被廣泛應(yīng)用在電站、航海和大型工業(yè)中.
在60年代,世界工業(yè)發(fā)達的國家生產(chǎn)的汽輪機已經(jīng)達到500—600MW等級水平.1972年瑞士BBC公司制造的1300MW雙軸全速汽輪機在美,國投入運行,設(shè)計參數(shù)達到24Mpa,蒸汽溫度538°C,3600rpm；1974年西,德KWU公司制造的1300MW單軸半速（1500 rpm）飽和蒸汽參數(shù)汽輪機投入運行,；1982年世界上最大的1200MW單軸全速汽輪機在前蘇聯(lián)投入運行,壓力24 Mpa,蒸汽溫度540°C.
目前世界各國都在研究大容量、高參數(shù)汽輪機的研究和開發(fā),如俄羅斯正在研究2000MW汽輪機.主要是大容量汽輪機有如下特點：
降低單位功率投資成本.如800MW機組比500MW汽輪機的千瓦造價低17%；1200MW機組比800MW機組的千瓦造價低15%—20%.
提高運行經(jīng)濟性.如法國的600MW機組比國產(chǎn)的125MW機組的熱耗率低276kj/kW.h,每年可節(jié)約燃煤4萬噸.
加快電網(wǎng)建設(shè)速度,滿足經(jīng)濟發(fā)展需要.
提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力.
汽輪機按照工作原理分為沖動式汽輪機和反動式汽輪機.汽輪機是一種以蒸汽為動力,并將蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為機械功的旋轉(zhuǎn)機械,是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的原動機.汽輪機具有單機功率大、效率高、壽命長等優(yōu)點.
沖動式汽輪機蒸汽主要在靜葉中膨脹,在動葉中只有少量的膨脹.
反動式汽輪機蒸汽在靜葉和動葉中膨脹,而且膨脹程度相同.
由于反動級不能作成部分進汽,因此第一級調(diào)節(jié)級通常采用單列沖動級或雙列速度級.如,中,國,引,進,美,國,西,屋技術(shù)生產(chǎn)的300MW、600MW機組.目前世界上生產(chǎn)沖動式汽輪機的企業(yè)有：美,國,通,用、英,國,通,用、日,本,東,芝和,日,立、俄,羅,斯的列寧格勒金屬工廠等.制造反動式汽輪機的有美,國,西,屋,公,司、日,本,三,菱、英,國,帕,森,斯,公,司、法,國,電,器,機,械,公,司等,德,國,西,門,子.沖動式汽輪機為隔板型,如中國產(chǎn)的300MW高中壓合缸汽輪機；反動式汽輪機為轉(zhuǎn)鼓型（或筒型）,如中國上海汽輪機廠引進的300MW、600MW汽輪機.
汽輪機按照蒸汽參數(shù)（壓力和溫度）分為：
低壓汽輪機：主蒸汽壓力小于1.47Mpa；
中壓汽輪機：主蒸汽壓力在1.96—3.92Mpa；
高壓汽輪機：主蒸汽壓力在5.88—9.8Mpa；
超高壓汽輪機：主蒸汽壓力在11.77—13.93Mpa；
亞臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力在15.69—17.65Mpa；
超臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力大于22.15Mpa；
超超臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力大于32Mpa；
由于冶金技術(shù)的不斷發(fā)展,使得汽輪機結(jié)構(gòu)也有了很大改進.目前的大機組普遍采用了高中壓合缸的雙層結(jié)構(gòu),高中壓轉(zhuǎn)子采用一根轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),高、中、低壓轉(zhuǎn)子全部采用整鍛結(jié)構(gòu),軸承較多地采用了可傾瓦結(jié)構(gòu).目前各國都在進行大容量、高參數(shù)機組的開發(fā)和設(shè)計,如,俄,羅,斯正在開發(fā)的2000MW汽輪機.日,本正在開發(fā)一種新的合金材料,將使高中、低壓轉(zhuǎn)子一體化成為可能.