De forskellige typer dampmaskiner har gennemgået mange ændringer gennem historien, og teknologien har løbende tilladt disse at udvikle sig på en bemærkelsesværdig måde.
I det væsentlige er dampmaskiner eksterne forbrændingsmotorer, der omdanner vanddampens termiske energi til mekanisk energi. De er blevet brugt til at drive pumper, lokomotiver, skibe og traktorer, da de var afgørende for den industrielle revolution. I øjeblikket bruges de til generering af elektrisk energi ved hjælp af dampturbiner.
En dampmaskine består af en kedel, der bruges til at koge vand og producere damp. Dampen udvides og skubber et stempel eller en turbine, hvis bevægelse gør arbejdet med at dreje hjulene eller køre andet maskineri..
Den første dampmaskine blev udtænkt af Heron of Alexandria i det 1. århundrede og blev kaldt Eolipila. Den bestod af en hul kugle forbundet til en kedel, hvortil der var fastgjort to buede rør. Kuglen blev fyldt med vand, der blev kogt, hvilket fik dampen til at uddrives gennem rørene i høj hastighed, hvilket fik bolden til at dreje..
Selvom eolipila ikke havde et praktisk formål, repræsenterer det utvivlsomt den første implementering af damp som kilde til fremdrift..
Imidlertid kan de fleste systemer, der bruger damp, opdeles i to typer: stempelmaskiner og dampturbiner..
Stempelmaskiner bruger damp under tryk. Gennem dobbeltvirkende stempler trænger dampen skiftevis ind på hver side, mens den på den anden frigøres eller sendes til en kondensator.
Energien absorberes af en glidestang, der er forseglet mod dampudslip. Denne stang driver igen en forbindelsesstang forbundet til en krumtap for at omdanne den frem- og tilbagegående bevægelse til roterende bevægelse..
Derudover bruges en anden krumtap til at aktivere ventilgearet, normalt gennem en mekanisme, der muliggør vending af den roterende bevægelse..
Når du bruger et par dobbeltvirkende stempler, forskydes krumtappen fremad med en 90 graders vinkel. Dette sikrer, at motoren altid kører, uanset hvilken position krumtappen er i.
En anden type dampmaskine bruger flere enkeltvirkende cylindre, der gradvist øges i diameter og bevægelse. Højtryksdamp fra kedlen bruges til at drive det første stempel med mindre diameter ned.
I den opadgående bevægelse drives den delvist ekspanderede damp ind i en anden cylinder, der begynder sin nedadgående bevægelse. Dette genererer en yderligere udvidelse af det relativt høje tryk frigivet i det første kammer..
Mellemrummet udledes også til det sidste kammer, som igen frigøres til en kondensator. En modifikation af denne type motor inkorporerer to mindre stempler i det sidste kammer..
Udviklingen af denne type motor var vigtig for dens anvendelse i dampskibe, da kondensatoren, når den genvundet lidt af kraften, igen omdannede dampen til vand til dets genbrug i kedlen..
Jordbaserede dampmaskiner kunne udtømme meget af deres damp og genopfyldes fra et ferskvandstårn, men til søs var det ikke muligt..
Før og under 2. verdenskrig blev ekspansionsmotoren brugt i marine køretøjer, der ikke behøvede at køre i høj hastighed. Men når der kræves mere hastighed, blev den erstattet af dampturbinen..
En anden type stempelmaskine er motoren med ensstrømning eller ensartet flow. Denne type motor bruger damp, der kun flyder i en retning i hver halvdel af cylinderen..
Termisk effektivitet opnås ved at have en temperaturgradient over cylinderen. Damp kommer altid ind i cylinderens varme ender og kommer ud gennem åbninger i midten af køleren..
Dette resulterer i en reduktion i den relative opvarmning og afkøling af cylindervæggene..
I uniflow-motorer styres dampindgangen normalt af skubventiler (som fungerer på samme måde som dem, der anvendes i forbrændingsmotorer), der aktiveres af en knastaksel..
Indgangsventiler åbner for at tillade damp, når minimumsekspansionsvolumen nås i begyndelsen af bevægelse.
På et specifikt øjeblik af krumtapens drejning kommer dampen ind, og muffens indløb lukkes, hvilket tillader kontinuerlig ekspansion af dampen, der aktiverer stemplet.
I slutningen af slaglængden opdager stemplet en ring med udstødningshuller omkring midten af cylinderen..
Disse huller er forbundet med kondensatoren, hvilket sænker trykket i kammeret og forårsager hurtig frigivelse. Den kontinuerlige rotation af kranken er det, der bevæger stemplet.
Dampturbiner med høj effekt bruger en række roterende skiver, der indeholder en slags propellignende knive på deres ydre kant. Disse bevægelige skiver eller rotorer skifter med stationære ringe eller statorer, der er fastgjort til turbinstrukturen for at omdirigere dampstrømmen..
På grund af den høje driftshastighed er sådanne turbiner normalt forbundet til et reduktionsgear for at drive en anden mekanisme, såsom et skibs propel..
Dampturbiner er mere holdbare og kræver mindre vedligeholdelse end stempelmaskiner. De producerer også mildere rotationskræfter på deres udgangsaksel, hvilket bidrager til lavere vedligeholdelseskrav og mindre slid..
Hovedanvendelsen af dampturbiner er i elproduktionsstationer, hvor deres høje driftshastighed er en fordel, og deres relative volumen ikke er en ulempe..
De bruges også til marine applikationer, der driver store skibe og ubåde. Næsten alle atomkraftværker genererer elektricitet ved opvarmning af vand og fodring af dampturbiner.
Der er en undervandsfremdrivningsmotor, der bruger højtryksdamp til at trække vand gennem et indtag foran og udvise det med høj hastighed bagpå..
Når dampen kondenserer i vandet, dannes der en stødbølge, der uddriver vandet bagfra.
For at forbedre motoreffektiviteten trækker motoren luft ind gennem en udluftning foran dampstrålen, hvilket skaber luftbobler og ændrer den måde, hvorpå dampen blandes med vandet..
Endnu ingen kommentarer