Inny rodzaje silników parowych przeszły wiele zmian w historii, a technologia nieustannie pozwala im ewoluować w niezwykły sposób.
Zasadniczo silniki parowe są silnikami o spalaniu zewnętrznym, które przekształcają energię cieplną pary wodnej w energię mechaniczną. Były używane do napędzania pomp, lokomotyw, statków i traktorów, będąc w tym czasie niezbędne dla rewolucji przemysłowej. Obecnie wykorzystywane są do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą turbin parowych.
Silnik parowy składa się z kotła, który służy do gotowania wody i wytwarzania pary. Para rozpręża się i popycha tłok lub turbinę, której ruch polega na obracaniu kół lub napędzaniu innych maszyn..
Pierwsza maszyna parowa została wynaleziona przez Herona z Aleksandrii w I wieku i nosiła nazwę Eolipila. Składał się z wydrążonej kuli połączonej z kotłem, do którego przymocowano dwie zakrzywione rurki. Kula została wypełniona gotowaną wodą, co spowodowało, że para została wyrzucona przez rury z dużą prędkością, powodując wirowanie kulki..
Chociaż eolipila nie miała praktycznego zastosowania, to niewątpliwie stanowi ona pierwsze zastosowanie pary jako źródła napędu..
Jednak większość systemów wykorzystujących parę można podzielić na dwa typy: maszyny tłokowe i turbiny parowe..
Maszyny tłokowe wykorzystują parę pod ciśnieniem. Poprzez tłoki dwustronnego działania para pod ciśnieniem wpływa naprzemiennie z każdej strony, podczas gdy z drugiej jest uwalniana lub przesyłana do skraplacza.
Energia jest pochłaniana przez suwak zabezpieczony przed ucieczką pary. Ten pręt z kolei napędza korbowód połączony z korbą, aby przekształcić ruch posuwisto-zwrotny w ruch obrotowy..
Ponadto do uruchamiania mechanizmu zaworowego służy inna korba, zwykle poprzez mechanizm umożliwiający odwrócenie ruchu obrotowego..
W przypadku zastosowania pary tłoków dwustronnego działania posuw korby jest przesunięty o 90 stopni. Gwarantuje to, że silnik będzie zawsze działał, niezależnie od położenia korby.
Inny typ silnika parowego wykorzystuje kilka cylindrów jednostronnego działania, które stopniowo zwiększają średnicę i ruch. Para pod wysokim ciśnieniem z kotła jest wykorzystywana do napędzania pierwszego tłoka o mniejszej średnicy w dół.
Podczas ruchu do góry częściowo rozprężona para jest kierowana do drugiego cylindra, który rozpoczyna swój ruch w dół. Powoduje to dalsze rozszerzenie stosunkowo wysokiego ciśnienia uwolnionego w pierwszej komorze..
Również komora pośrednia jest odprowadzana do komory końcowej, która z kolei jest uwalniana do skraplacza. Modyfikacja tego typu silnika obejmuje dwa mniejsze tłoki w ostatniej komorze..
Rozwój tego typu silnika był ważny ze względu na jego zastosowanie w statkach parowych, ponieważ skraplacz odzyskując niewielką część mocy, ponownie przekształcił parę w wodę w celu jej ponownego wykorzystania w kotle..
Naziemne silniki parowe mogły zużywać większość swojej pary i być ponownie napełniane z wieży ciśnień, ale na morzu nie było to możliwe..
Przed i podczas II wojny światowej silnik rozszerzenia był używany w pojazdach morskich, które nie musiały jechać z dużą prędkością. Jednak gdy wymagana była większa prędkość, zastąpiono ją turbiną parową..
Innym typem maszyny tłokowej jest silnik jednoprzepływowy lub jednostajny przepływ. Ten typ silnika wykorzystuje parę, która przepływa tylko w jednym kierunku w każdej połowie cylindra..
Sprawność cieplną uzyskuje się poprzez gradient temperatury w cylindrze. Para zawsze wpływa do gorących końców cylindra i wypływa przez otwory w środku chłodnicy..
Powoduje to zmniejszenie względnego nagrzewania i chłodzenia ścian cylindra..
W silnikach typu uniflow dopływ pary jest zwykle kontrolowany przez zawory grzybkowe (które działają podobnie jak w silnikach spalinowych), które są uruchamiane przez wałek rozrządu..
Zawory wlotowe otwierają się, aby wpuścić parę, gdy minimalna objętość rozprężenia zostanie osiągnięta na początku ruchu.
W określonym momencie obrotu korby para wchodzi i wlot tulei zamyka się, umożliwiając ciągłe rozszerzanie się pary, uruchamiając tłok.
Pod koniec suwu tłok odkryje pierścień otworów wydechowych wokół środka cylindra..
Otwory te połączone są ze skraplaczem, obniżając ciśnienie w komorze powodując szybkie wypuszczenie. Ciągły obrót korby jest tym, co porusza tłok.
Turbiny parowe dużej mocy wykorzystują serię wirujących tarcz, które zawierają rodzaj łopatek przypominających śmigła na ich zewnętrznej krawędzi. Te ruchome tarcze lub wirniki naprzemiennie ze stacjonarnymi pierścieniami lub stojanami, przymocowanymi do konstrukcji turbiny w celu przekierowania przepływu pary..
Ze względu na dużą prędkość działania takie turbiny są zwykle połączone z przekładnią redukcyjną w celu napędzania innego mechanizmu, takiego jak śruba napędowa statku..
Turbiny parowe są trwalsze i wymagają mniej konserwacji niż maszyny tłokowe. Wytwarzają również łagodniejsze siły obrotowe na wale wyjściowym, co przyczynia się do mniejszych wymagań konserwacyjnych i mniejszego zużycia..
Turbiny parowe są wykorzystywane głównie w elektrowniach, gdzie ich duża prędkość robocza jest zaletą, a ich objętość względna nie jest wadą..
Są również wykorzystywane w zastosowaniach morskich, zasilając duże statki i okręty podwodne. Praktycznie wszystkie elektrownie jądrowe wytwarzają energię elektryczną poprzez podgrzewanie wody i zasilanie turbin parowych.
Istnieje podwodny silnik napędowy, który wykorzystuje parę pod wysokim ciśnieniem do zasysania wody przez wlot z przodu i wyrzucania jej z dużą prędkością z tyłu..
Kiedy para skrapla się w wodzie, powstaje fala uderzeniowa, która wypycha wodę od tyłu.
Aby poprawić wydajność silnika, silnik zasysa powietrze przez otwór wentylacyjny znajdujący się przed dyszą parową, co powoduje powstawanie pęcherzyków powietrza i zmienia sposób mieszania się pary z wodą..
Jeszcze bez komentarzy