شارك:
5 أنواع من آلات البخار الرئيسية
مختلفة أنواع المحركات البخارية لقد مرت بالعديد من التغييرات على مر التاريخ ، وقد سمحت التكنولوجيا باستمرار لهذه التطورات بطريقة ملحوظة.
بشكل أساسي ، فهي محركات احتراق خارجية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية لبخار الماء إلى طاقة ميكانيكية.
لقد تم استخدامها لدفع المضخات والقاطرات والسفن والجرارات ، والتي كانت في ذلك الوقت ضرورية للثورة الصناعية. حاليا يتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام التوربينات البخارية.
يتكون محرك البخار من غلاية تُستخدم لغلي الماء وإنتاج البخار. يمتد البخار ويدفع مكبسًا أو توربينًا ، تعمل حركته على قلب العجلات أو قيادة الآلات الأخرى.
تم تصميم أول محرك بخار من قبل هيرون الأسكندرية في القرن الأول وكان يطلق عليه eolipil.
وتتكون من كرة مجوفة متصلة بغلاية تم ربط أنبوبين منحنيين بها. تمتلئ الكرة بالماء الذي كان يغلي ، مما تسبب في إخراج البخار من الأنابيب بسرعة عالية ، ودور الكرة.
على الرغم من أن eolipile ليس له أي غرض عملي ، فإنه بلا شك يمثل أول تطبيق للبخار كمصدر للدفع.
ومع ذلك ، يمكن تقسيم معظم الأنظمة التي تستخدم البخار إلى نوعين: آلات المكبس وتوربينات البخار.
الأنواع الرئيسية للمحركات البخارية
1- آلات الغطاس
آلات المكبس تستخدم البخار المضغوط. من خلال مكابس مزدوجة الفعل ، يدخل البخار المضغوط بالتناوب على كل جانب بينما يتم إطلاقه من جهة أخرى أو إرساله إلى مكثف.
يتم امتصاص الطاقة بواسطة شريط منزلق مغلق ضد هروب البخار. يقوم هذا القضيب ، بدوره ، بدفع قضيب توصيل متصل بكرنك لتحويل الحركة الترددية إلى حركة دوارة..
بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام كرنك آخر لقيادة ترس الصمام ، عادة من خلال آلية تسمح بعكس الحركة الدورانية.
عند استخدام زوج من المكابس ثنائية المفعول ، يتم تعويض تقدم الكرنك بمقدار 90 درجة. هذا يضمن أن المحرك سوف يعمل دائمًا ، بغض النظر عن موضع الكرنك.
2- محركات توسع متعددة
يستخدم نوع آخر من المحركات البخارية عدة أسطوانات أحادية الإجراء تزيد من قطرها وحركتها تدريجياً.
يتم استخدام البخار العالي الضغط من المرجل لدفع المكبس الأول من قطر أصغر إلى أسفل.
في الحركة الصعودية ، يتم توجيه البخار الموسع جزئيًا إلى اسطوانة ثانية تبدأ حركته الهبوطية.
هذا يولد توسعا إضافيا للضغط المرتفع نسبيا الذي تم إطلاقه في الحجرة الأولى.
أيضا ، تصريف الغرفة الوسيطة إلى الغرفة النهائية ، والتي بدورها يتم تحريرها إلى مكثف. يتضمن تعديل هذا النوع من المحركات مكابس أصغر في الحجرة الأخيرة.
كان تطوير هذا النوع من المحركات مهمًا لاستخدامه في الأوعية البخارية ، لأن المكثف ، عند استعادة قدر قليل من الطاقة ، حوّل البخار مرة أخرى إلى ماء لإعادة استخدامه في الغلاية.
يمكن لمحركات البخار الأرضية أن تستنفد الكثير من بخارها وتمتلئ ببرج للمياه العذبة ، لكن هذا لم يكن ممكناً في البحر.
قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام محرك التوسعة في المركبات البحرية التي لم تكن بحاجة إلى السير بسرعة عالية. ومع ذلك ، عندما كانت هناك حاجة إلى مزيد من السرعة ، تم استبداله بالتوربينات البخارية.
3- محرك موحد التدفق الموحد
نوع آخر من آلات المكبس هو محرك التدفق الأحادي أو الموحد. يستخدم هذا النوع من المحركات البخار الذي يتدفق فقط في اتجاه واحد في كل نصف الاسطوانة.
يتم تحقيق الكفاءة الحرارية من خلال وجود درجة حرارة التدرج على طول الاسطوانة. يدخل البخار دائمًا عبر الأطراف الساخنة للأسطوانة ويخرج من الفتحات الموجودة في وسط المبرد.
هذا يؤدي إلى تقليل التسخين والتبريد النسبي لجدران الأسطوانة.
في المحركات أحادية التدفق ، يتم التحكم في مدخل البخار عادةً بواسطة صمامات عرقوب (تعمل بشكل مشابه لتلك المستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي) والتي يتم تشغيلها بواسطة عمود الحدبات.
تفتح صمامات المدخل لإدخال البخار عند الوصول إلى الحد الأدنى لحجم التوسيع في بداية الحركة.
في لحظة محددة من عودة الساعد ، يدخل البخار ويغلق مدخل الغطاء ، مما يسمح بالتوسع المستمر للبخار ، ويعمل على تشغيل المكبس.
في نهاية الحركة ، سوف يكتشف المكبس حلقة من فتحات العادم حول مركز الاسطوانة.
ترتبط هذه الثقوب بالمكثف ، مما يقلل من الضغط في الغرفة مما يؤدي إلى إطلاق سريع. الدوران المستمر للكرنك هو ما يحرك المكبس.
4- التوربينات البخارية
تستخدم التوربينات البخارية عالية القدرة سلسلة من الأقراص الدوارة التي تحتوي على نوع من شفرات نوع المروحة على حوافها الخارجية.
تتناوب هذه الأقراص المحمولة أو الدوارات مع حلقات ثابتة أو ثابتة ، مثبتة على هيكل التوربينات لإعادة توجيه تدفق البخار.
نظرًا لسرعة التشغيل العالية ، يتم توصيل هذه التوربينات عادة بمعدات تخفيض السرعة لدفع آلية أخرى مثل مراوح السفينة..
توربينات البخار أكثر دواما وتتطلب صيانة أقل من آلات المكبس. كما أنها تنتج قوى دوران أكثر ليونة على عمود الإخراج الخاص بها ، مما يساهم في تقليل متطلبات الصيانة وتقليل التآكل.
الاستخدام الرئيسي للتوربينات البخارية هو في محطات توليد الكهرباء حيث تعد سرعة تشغيلها العالية ميزة ولا يكون حجمها النسبي عيبًا.
كما أنها تستخدم في التطبيقات البحرية ، وتعزيز السفن الكبيرة والغواصات. تكاد جميع محطات الطاقة النووية تولد الكهرباء عن طريق تسخين المياه وتغذية التوربينات البخارية.
5. محركات الدفع
يوجد محرك دفع تحت الماء يستخدم بخار عالي الضغط لسحب المياه عبر مقبس في المقدمة وإخراجها بسرعة عالية عبر الظهر.
عندما يتكثف البخار في الماء ، يتم إنشاء موجة صدمة تطرد الماء من الخلف.
لتحسين كفاءة المحرك ، يقوم المحرك بسحب الهواء من خلال فتحة أمام طائرة البخار ، مما يخلق فقاعات هواء ويغير الطريقة التي يختلط بها البخار مع الماء.
مراجع
- مارشال الدماغ (2017). "كيف تعمل محركات البخار". تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017 على الموقع science.howstuffworks.com.
- موسوعة العالم الجديد (2015). "محرك البخار". تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017 في newworldencyclopedia.org.
- الأطفال SOS (2008-2009). "محرك البخار". تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017 في cs.mcgill.ca.
- وودفورد ، كريس (2017). "المحركات البخارية" تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017 في explainthatstuff.com.