Паровые машины двойного действия.

Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало появление машин двойного действия. В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, но обратно он возвращался или под действием гравитации, или за счёт момента инерции массивного вращающегося маховика, соединённого с паровой машиной.

В паровых машинах двойного действия (рис. 1.4) свежий пар поочередно подается по обе стороны рабочего поршня 1 в цилиндре 2, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения. Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода.

Поршень 1 паровой машины соединён со скользящим штоком 3, выходящим из цилиндра через уплотнительную муфту. К штоку через ползунок 4 крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип 10 маховика 6. Система парораспределения приводится в действие другим кривошипным механизмом 8, приводящим в возвратно-поступательное движение коробчатый плоский золотник 7 парораспределителя. При своём движении золотник своими поршнями закрывает и открывает соответствующие каналы доступа свежего пара в цилиндр и для выпуска отработавшего пара из цилиндра. Механизм парораспределения также может иметь функцию реверса для того, чтобы можно было менять направление вращения маховика машины. Маховик машины играет роль сглаживающей силы, участвующей в процессе лишь в крайних положениях поршня в рабочем цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано с использованием кривошипно-шатунного механизма в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Дальнейшее повышение мощности машин потребовало использование паровых котлов “высокого” давления, разработанных механиком Корнишем. Приблизительно в 1811 году Ричарду Тревитику удалось усовершенствовать машину Уатта, приспособив её к новым котлам Корниша. Давление пара над поршнем достигло 2,8 атмосферы, и именно оно давало основную мощность для совершения рабочего хода. Кроме того, был существенно усовершенствован конденсатор отработанного пара, что существенно повышало эффективность машин. Такие машины получили название машин Корниша, они строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано до этого уровня. Некоторые машины Корниша имели весьма большой размер.

Паровая машина двойного действия примерно вдвое мощнее обычной паровой машины, и, кроме того, может работать с намного более лёгким маховиком. Это уменьшает вес и стоимость машин. Большинство поршневых паровых машин использует именно этот принцип работы, что хорошо видно на примере паровозов. Когда такая машина имеет два или более цилиндров, кривошипы устанавливаются со сдвигом в 90 градусов для того, чтобы гарантировать возможность запуска машины при любом положении поршней в цилиндрах. Некоторые колёсные пароходы имели одноцилиндровую паровую машину двойного действия, и на них приходилось следить, чтобы колесо не останавливалось в мёртвой точке, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.

В 1832 году впервые в России на Адмиралтейском заводе была построена паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом для военного парохода «Геркулес». Это была первая в мире удачная для пароходов паровая машина в 240 сил без маховика-балансира. Англичане дважды, в 1822 и 1826 годах, делали попытку изготовить такие машины для своих пароходов, но они оказались неудачными, и их пришлось заменить обычными балансирными машинами. Лишь на пароходе "Горгон" ("Gorgon"), спущенном на воду в 1837 году, они смогли установить машину прямого действия (без балансира), которая стала работать нормально.