De 5 typerna av huvuddampmaskiner

De olika typer av ångmotorer har genomgått många förändringar genom historien och kontinuerligt har tekniken lett till att dessa utvecklas på ett anmärkningsvärt sätt.

I huvudsak är de externa förbränningsmotorer som omvandlar värmeenergin av vattenånga till mekanisk energi.

De har använts för att driva pumpar, lokomotiv, fartyg och traktorer, vid den tidpunkt som är nödvändigt för den industriella revolutionen. För närvarande används de för elproduktion med ångturbiner.

En ångmotor består av en panna som används för att koka vatten och producera ånga. Ångan expanderar och skjuter en kolv eller en turbin, vars rörelse gör det att arbeta med att vrida hjulen eller driva andra maskiner.

Den första ångmotorn utformades av Heron of Alexandria under första århundradet och kallades eolipil.

Den bestod av en ihålig sfär ansluten till en panna, till vilken två krökta rör fästes. Sfären fylldes med vatten som kokade, vilket ledde till att ångan utstöttes från rören med hög hastighet, snurra bollen.

Även om eolipilen inte hade något praktisk syfte, representerar det utan tvekan den första genomförandet av ånga som en framkallningskälla.

Men de flesta system som använder ånga kan delas in i två typer: kolvmaskiner och ångturbiner. 

Huvudtyp av ångmotorer

1- plungermaskiner

Kolvmaskiner använder trycksatt ånga. Genom dubbelverkande kolvar inträder trycksatt ånga växelvis på varje sida medan den andra släpps eller skickas till en kondensor.

Energin absorberas av en förseglad glidstång mot ångflöde. Denna stång driver i sin tur en anslutningsstång ansluten till en vev för att omvandla den fram och återgående rörelsen till en roterande rörelse..

Dessutom används en annan vev för att driva ventilkugghjulet, vanligen genom en mekanism som möjliggör vridning av den roterande rörelsen.

När ett par dubbelverkande kolvar används används förskjutningen av vevet med 90 grader. Detta säkerställer att motorn alltid kommer att fungera, oavsett vilken position vevet är i.

2- Multipla expansionsmotorer

En annan typ av ångmotor använder flera enhetscylindrar som ökar dess diameter och rörelse progressivt.

Högtrycksångan från pannan används för att driva den första kolven med mindre diameter nedåt.

I den uppåtriktade rörelsen drivs delvis expanderad ånga i en andra cylinder som börjar sin nedåtgående rörelse.

Detta alstrar en ytterligare expansion av det relativt höga trycket som frigörs i den första kammaren.

Dessutom utmatar mellankammaren till slutkammaren, som i sin tur släpps till en kondensor. En modifiering av denna typ av motor innehåller två mindre kolvar i den sista kammaren.

Utvecklingen av denna typ av motor var viktig för dess användning i ångfartyg, eftersom kondensorn, vid återhämtning av lite kraft, omvandlade ångan i vatten för återanvändning i pannan.

Terrestriska ångmotorer kan uttömma mycket av sin ånga och fyllas med ett sötvattentorn, men i havet var det inte möjligt.

Före och under andra världskriget användes expansionsmotorn i marina fordon som inte behövde gå i hög fart. Men när mer fart krävdes ersattes den av ångturbinen.

3- Uniflow-flöde likformig motor

En annan typ av kolvmaskin är uniflow eller likformig flödesmotor. Denna typ av motor använder ånga som bara strömmar i en riktning i varje hälft av cylindern.

Den termiska effektiviteten uppnås genom att ha en temperaturgradient längs cylindern. Ångan går alltid igenom cylinderns heta ändar och går ut genom öppningar i kylarens mitt.

Detta resulterar i en minskning av den relativa upphettningen och kylningen av cylinderväggarna.

I uniflow-motorer styrs ånginloppet vanligen av skaftventiler (som fungerar på samma sätt som de som används i förbränningsmotorer) som drivs av en kamaxel.

Inloppsventilerna är öppna för att fånga ånga när minsta expansionsvolymen är uppnådd i början av rörelsen.

Vid ett visst ögonblick av vevets återkomst går ångan in och inloppet på locket är stängd, vilket möjliggör kontinuerlig expansion av ångan, påverkande av kolven.

I slutet av rörelsen kommer kolven att upptäcka en ring av avgashål runt cylinderns mitt.

Dessa hål är anslutna till kondensorn, vilket sänker trycket i kammaren och orsakar snabb frigöring. Den kontinuerliga vridningen av vevet är vad som rör kolven.

4- ångturbiner

Högdrivna ångturbiner använder en serie roterande skivor som innehåller en slags skruvbladsblad på ytterkanten.

Dessa mobila skivor eller rotorer växlar med stationära ringar eller statorer som är fästa på turbins struktur för att omdirigera ångflödet.

På grund av den höga hastigheten är sådana turbiner normalt anslutna till ett reduktionsväxel för att driva en annan mekanism, såsom ett fartygs propellern..

Ångturbiner är mer hållbara och kräver mindre underhåll än kolvmaskiner. De producerar också mjukare rotationsstyrkor på sin utgående axel, vilket bidrar till lägre underhållskrav och mindre slitage.

Huvudanvändningen av ångturbiner är i elproduktionsstationerna där deras höga hastighet av drift är en fördel och deras relativa volym inte är en nackdel.

De används också i marina applikationer, vilket ökar stora fartyg och ubåtar. Nästan alla kärnkraftverk producerar el genom att värma vatten och matar ångturbiner.

5- Framdrivningsmotorer

Det finns en undervattensdrivningsmotor som använder högtrycksånga för att dra vatten genom ett uttag på framsidan och spruta ut det med hög hastighet genom rygg.

När ångan kondenserar i vattnet skapas en chockvåg som släpper ut vattnet bakifrån.

För att förbättra motorens effektivitet drar motorn luft genom en ventilation framför ångstrålen, vilket skapar luftbubblor och förändrar hur ångblandningen blandas med vatten.

referenser

1. Marshall Brain (2017). "Hur Steam Motorer Arbetar". Hämtad den 14 juni 2017 på science.howstuffworks.com.
2. New World Encyclopedia (2015). "Steam engine". Hämtad 14 juni 2017 på newworldencyclopedia.org.
3. SOS-barn (2008-2009). "Steam engine". Hämtad den 14 juni 2017 på cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Ångmotorer" Hämtad den 14 juni 2017 på explainthatstuff.com.