5 GŁÓWNYCH TYPÓW SILNIKÓW PAROWYCH - TECHNOLOGIA - 2024

Różne typy maszyn parowych przeszły wiele zmian w historii, a technologia nieustannie umożliwia im niezwykłą ewolucję.

Zasadniczo silniki parowe są silnikami o spalaniu zewnętrznym, które przekształcają energię cieplną pary wodnej w energię mechaniczną. Były wykorzystywane 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 używanego 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 wymyślona 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.

Czapla eolipska

Jednak większość systemów wykorzystujących parę można podzielić na dwa typy: maszyny tłokowe i turbiny parowe.

Główne typy silników parowych

1- Maszyny tłokowe

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.

Dodatkowo do napędu przekładni zaworu używana jest inna korba, zwykle poprzez mechanizm umożliwiający odwrócenie ruchu obrotowego.

W przypadku zastosowania pary tłoków dwustronnego działania posuw korby jest przesunięty o 90 stopni. Zapewnia to, że silnik będzie zawsze działał, bez względu na położenie korby.

2- Wiele silników rozszerzeń

Inny typ silnika parowego wykorzystuje kilka cylindrów jednostronnego działania, które stopniowo zwiększają średnicę i ruch. Para pod wysokim ciśnieniem z kotła napędza pierwszy tłok 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 zastosowanie go 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 wypełnione wieżą świeżej wody, 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.

3- Silnik typu Uniflow lub silnik o równomiernym przepływie

Innym typem maszyny tłokowej jest silnik jednoprzepływowy lub jednolity 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 wlot pary jest zwykle kontrolowany przez zawory grzybkowe (które działają podobnie do tych stosowanych 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, a wlot nasadki 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 powoduje ruch tłoka.

4- Turbiny parowe

Turbiny parowe dużej mocy wykorzystują serię wirujących dysków, które zawierają rodzaj łopatek typu 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 płynniejsze 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 pracy jest zaletą, a ich objętość względna nie jest wadą.

Są również wykorzystywane w zastosowaniach morskich, zasilając duże jednostki pływające i okręty podwodne. Praktycznie wszystkie elektrownie jądrowe wytwarzają energię elektryczną poprzez podgrzewanie wody i zasilanie turbin parowych.

5- Silniki napędowe

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 na wodzie, tworzy falę uderzeniową, która wyrzuca wodę od tyłu.

Aby poprawić sprawność silnika, silnik zasysa powietrze przez otwór wentylacyjny znajdujący się przed dyszą parową, co tworzy pęcherzyki powietrza i zmienia sposób mieszania się pary z wodą.

Bibliografia

1. Marshall Brain (2017). „Jak działają silniki parowe”. Pobrano 14 czerwca 2017 r. Z science.howstuffworks.com.
2. New World Encyclopedia (2015). "Silnik parowy". Pobrane 14 czerwca 2017 r. Z newworldencyclopedia.org.
3. SOS Children (2008-2009). "Silnik parowy". Pobrane 14 czerwca 2017 r. Z cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Silniki parowe". Pobrane 14 czerwca 2017 r. Z wyjaśnienia.