5 galvenie tvaika mašīnu veidi

Dažādi tvaika dzinēju veidi visā vēsturē ir notikušas daudzas izmaiņas, un nepārtraukti tehnoloģija ir ļāvusi tiem attīstīties izcilā veidā.

Būtībā tie ir ārdedzes dzinēji, kas pārvērš ūdens tvaiku siltumenerģiju mehāniskajā enerģijā.

Tie ir izmantoti sūkņu, lokomotīvju, kuģu un traktoru vadīšanai, kas ir būtisks laiks rūpniecības revolūcijai. Pašlaik tos izmanto elektroenerģijas ražošanai, izmantojot tvaika turbīnas.

Tvaika dzinējs sastāv no katla, ko izmanto, lai vārītu ūdeni un ražotu tvaiku. Tvaiks izplešas un nospiež virzuli vai turbīnu, kuras kustība veic riteņu pagriešanu vai citu mašīnu vadīšanu.

Pirmais tvaika dzinējs tika izstrādāts Aleksandrijas Heronā pirmajā gadsimtā, un to sauca par eolipilu.

Tā sastāvēja no dobas sfēras, kas savienota ar katlu, kam piestiprinātas divas izliektas caurules. Sfēra tika piepildīta ar ūdeni, kas bija vārīšanās, izraisot tvaika izplūdi no caurulēm lielā ātrumā, vērpjot bumbu.

Lai gan eolipilam nebija praktiska mērķa, tas neapšaubāmi ir pirmais tvaika kā dzinējspēka avota ieviešana..

Tomēr lielāko daļu sistēmu, kas izmanto tvaiku, var iedalīt divos veidos: virzuļmašīnas un tvaika turbīnas. 

Galvenie tvaika dzinēju veidi

1- Plunger mašīnas

Virzuļa mašīnas izmanto spiediena tvaiku. Ar dubultas darbības virzuļiem spiediena tvaiks pāriet pārmaiņus katrā pusē, bet, no otras puses, tas tiek atbrīvots vai nosūtīts uz kondensatoru.

Enerģiju absorbē hermetizēts slaidu stienis pret tvaika noplūdi. Šis stienis, savukārt, vada savienotājstieni, kas pievienota kloķim, lai pārveidotu virzošo kustību rotācijas kustībā..

Turklāt vārstu pārnesuma vadīšanai tiek izmantots cits dzinējs, parasti ar mehānismu, kas ļauj apgriezt rotācijas kustību.

Ja tiek izmantots dubultas darbības virzuļu pāris, kloķa iepriekšēja nobīde ir 90 grādu leņķī. Tas nodrošina, ka dzinējs vienmēr strādās, neatkarīgi no tā, kurā pozīcijā kloķis atrodas.

2 - vairāki izplešanās motori

Cita veida tvaika dzinējs izmanto vairākus viena darbības cilindrus, kas pakāpeniski palielina tā diametru un kustību.

Augstspiediena tvaiks no katla tiek izmantots, lai virzītu pirmo mazāka diametra virzuli uz leju.

Augšējā kustībā daļēji paplašināts tvaiks tiek virzīts otrajā cilindrā, kas sāk kustību.

Tas rada papildu palielinājumu pirmajā kamerā atbrīvotajam relatīvi augstajam spiedienam.

Arī starpkameras izplūst uz galīgo kameru, kas savukārt tiek atlaists kondensatoram. Šāda tipa dzinēja modifikācija pēdējā kamerā ietver divus mazākus virzuli.

Šāda veida dzinēja izstrāde bija svarīga tās izmantošanai tvaika tvertnēs, jo kondensators, atgūstot mazliet jaudas, pārveidoja tvaiku atpakaļ ūdenī atkārtotai izmantošanai katlā..

Sauszemes tvaika dzinēji var iztukšot lielu daļu tvaika un tikt piepildīti ar saldūdens torni, bet jūrā tas nebija iespējams.

Pirms Otrā pasaules kara un tās laikā paplašināšanas dzinējs tika izmantots jūras transportlīdzekļos, kuriem nebija jāiet lielā ātrumā. Tomēr, ja bija vajadzīgs lielāks ātrums, to nomainīja tvaika turbīna.

3. Uniflow plūsmas vienāds motors

Vēl viens virzuļa mašīnas veids ir vienlaidu vai vienota plūsmas motors. Šāda veida dzinējs izmanto tvaiku, kas ieplūst vienā virzienā katrā cilindra pusē.

Termiskā efektivitāte tiek sasniegta, temperatūras gradientam gar cilindru. Tvaiks vienmēr iziet cauri cilindra karstajiem galiem un iziet caur atverēm dzesētāja centrā.

Tā rezultātā samazinās cilindru sienu relatīvā apkure un dzesēšana.

Uniflow motoros tvaika ieplūdi parasti kontrolē ar vārpstas vārstiem (kas darbojas līdzīgi tiem, ko izmanto iekšdedzes dzinējos), kurus darbina ar sadales vārpstu..

Ieejas vārsti ir atvērti, lai uzņemtu tvaiku, kad kustības sākumā tiek sasniegts minimālais izplešanās tilpums.

Konkrētā kloķa atgriešanās brīdī tvaiks iekļūst un vāciņa ieplūde ir aizvērta, ļaujot nepārtraukti paplašināt tvaiku, iedarbinot virzuli.

Pārvietošanas beigās virzulis atklās izplūdes caurumu gredzenu ap cilindra centru.

Šie caurumi ir savienoti ar kondensatoru, samazinot spiedienu kamerā, izraisot ātru atbrīvošanu. Nepārtraukta kloķa rotācija ir virzuļa virzīšana.

4- Tvaika turbīnas

Augstas jaudas tvaika turbīnas izmanto virkni rotējošu disku, kas satur sava veida dzenskrūves lāpstiņas to ārmalā.

Šie mobilie diski vai rotori pārmaiņus ar stacionāriem gredzeniem vai statoriem, kas piestiprināti pie turbīnas struktūras, lai novirzītu tvaika plūsmu..

Liela darbības ātruma dēļ šādas turbīnas parasti ir savienotas ar reduktoru, lai vadītu citu mehānismu, piemēram, kuģa propelleri..

Tvaika turbīnas ir izturīgākas un prasa mazāk apkopes nekā virzuļmašīnas. Tās rada arī mīkstākus rotācijas spēkus uz to izejas vārpstas, kas veicina zemākas apkopes prasības un mazāku nodilumu.

Tvaika turbīnu galvenā izmantošana ir elektroenerģijas ražošanas stacijās, kur to augstais darbības ātrums ir priekšrocība, un to relatīvais apjoms nav neizdevīgs stāvoklis..

Tos izmanto arī jūras lietojumos, palielinot lielus kuģus un zemūdenes. Praktiski visas atomelektrostacijas ražo elektroenerģiju, sildot ūdeni un barojot tvaika turbīnas.

5- Dzinēju dzinēji

Ir zemūdens dzinējs, kas izmanto augstspiediena tvaiku, lai piesaistītu ūdeni caur kontaktligzdu priekšpusē un izņemtu to lielā ātrumā caur aizmuguri..

Kad tvaiks kondensējas ūdenī, tiek radīts šoka vilnis, kas izspiež ūdeni no aizmugures.

Lai uzlabotu dzinēja efektivitāti, dzinējs ieplūst gaisu caur ventilatoru tvaika strūklas priekšā, kas rada gaisa burbuļus un maina tvaika sajaukšanos ar ūdeni.

Atsauces

1. Marshall Brain (2017). "Kā darbojas tvaika dzinēji". Saturs saņemts 2017. gada 14. jūnijā uz science.howstuffworks.com.
2. Jaunās pasaules enciklopēdija (2015). "Tvaika dzinējs". Saturs saņemts 2017. gada 14. jūnijā vietnē newworldencyclopedia.org.
3. SOS Bērni (2008-2009). "Tvaika dzinējs". Saturs iegūts 2017. gada 14. jūnijā vietnē cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Tvaika dzinēji" Saturs saņemts 2017. gada 14. jūnijā, at clickinthatstuff.com.