- Glavne vrste parnih strojev
- 1- Stroji za bat
- 2- Več motorjev za razširitev
- 3- enotočni ali enakomerni motor
- 4- parne turbine
- 5- pogonski motorji
- Reference
Različne vrste parnih strojev so skozi zgodovino doživele številne spremembe, tehnologija pa jim je nenehno omogočala, da se razvijajo na izjemen način.
Parni stroji so v bistvu motorji z zunanjim zgorevanjem, ki pretvorijo toplotno energijo vodne pare v mehansko. Uporabljali so jih za napajanje črpalk, lokomotiv, ladij in traktorjev, ki so bili ključni za industrijsko revolucijo. Trenutno se uporabljajo za pridobivanje električne energije s pomočjo parnih turbin.
Parni stroj je sestavljen iz kotla, ki se uporablja za vrelo vodo in proizvodnjo pare. Para se razširi in potisne bat ali turbino, katere gibanje deluje kot obračanje koles ali vožnja drugih strojev.
Prvi parni stroj je v 1. stoletju zasnoval čaplja iz Aleksandrije in se imenoval Eolipila. Sestavljen je iz votle krogle, povezane s kotlom, na katerega sta bili pritrjeni dve ukrivljeni cevi. Krogla je bila napolnjena z vodo, ki je vrela, zaradi česar se je para skozi veliko cev izpuščala skozi cevi, zaradi česar se je krogla vrtela.
Čeprav eolipila ni imela praktičnega namena, to nedvomno predstavlja prvo izvedbo pare kot vir pogona.
Heronov Aeolip
Vendar pa večino sistemov, ki uporabljajo paro, lahko razdelimo na dve vrsti: batne stroje in parne turbine.
Glavne vrste parnih strojev
1- Stroji za bat
Stroji s batnimi napravami uporabljajo paro pod pritiskom. Skozi dvojno delujoče bate se para na pritisk na vsako stran izmenično vstopa, na drugi strani pa se sprosti ali pošlje v kondenzator.
Energijo absorbira drsna palica, zapečatena proti uhajanju pare. Ta palica poganja povezovalno palico, povezano z ročico, za pretvorbo izmeničnega gibanja v vrtljivo gibanje.
Poleg tega se za pogon ventila zobnika uporablja še ena ročica, običajno prek mehanizma, ki omogoča obratno vrtenje gibanja.
Pri uporabi para baterij z dvojnim delovanjem se krmilo ročice izravna pod kotom 90 stopinj. To zagotavlja, da bo motor vedno tekel, ne glede na to, v katerem položaju je ročica.
2- Več motorjev za razširitev
Druga vrsta parnih strojev uporablja več enosmernih cilindrov, ki postopoma naraščajo v premeru in gibanju. Visokotlačna para iz kotla se uporablja za pogon prvega bata manjšega premera navzdol.
V gibanju navzgor se delno razširjena para poganja v drugi valj, ki začenja gibanje navzdol. To ustvarja nadaljnjo širitev relativno visokega tlaka, ki se sprosti v prvi komori.
Prav tako se vmesna komora izprazni v končno komoro, ki se nato sprosti v kondenzator. Modifikacija tega tipa motorja vključuje dva manjša bata v zadnji komori.
Razvoj te vrste motorja je bil pomemben zaradi njegove uporabe na parnih ladjah, saj je kondenzator, ko pridobiva malo moči, ponovno pretvoril paro v vodo za njeno ponovno uporabo v kotlu.
Kopenski parni stroji bi lahko večino svoje pare izčrpali in jo napolnili iz stolpa s sladko vodo, vendar na morju to ni bilo mogoče.
Pred in med drugo svetovno vojno je bil ekspanzijski motor uporabljen v morskih vozilih, ki jim ni bilo treba voziti z veliko hitrostjo. Ko pa je bila potrebna večja hitrost, jo je nadomestila parna turbina.
3- enotočni ali enakomerni motor
Druga vrsta batnih strojev je enoprostorski ali enakomerni motor. Ta tip motorja uporablja paro, ki teče le v eni smeri v vsaki polovici valja.
Toplotni izkoristek je dosežen s temperaturnim gradientom skozi jeklenko. Para vedno vstopi v vroče konce jeklenke in izstopi skozi odprtine na sredini hladilnika.
Posledica tega je zmanjšanje relativnega segrevanja in hlajenja sten valja.
V enoprotočnih motorjih dovod pare običajno nadzirajo ventili za popetosti (ki delujejo podobno kot pri motorjih z notranjim zgorevanjem), ki jih poganja odmična gred.
Dovodni ventili so odprti za sprejem pare, ko je na začetku gibanja dosežena najmanjša ekspanzijska prostornina.
V določenem trenutku med obračanjem ročice vstopi para in odprtina pokrovke se zapre, kar omogoča nenehno raztezanje pare in aktiviranje bata.
Na koncu udarca bo bat odkril obroč izpušnih lukenj okoli središča valja.
Te luknje so povezane s kondenzatorjem, kar zniža tlak v komori in povzroči hitro sproščanje. Nenehno vrtenje ročice je tisto, kar premika bat.
4- parne turbine
Parne turbine z visoko močjo uporabljajo vrsto vrtljivih plošč, ki na svojem zunanjem robu vsebujejo lopatice tipa propelerja. Ti premični diski ali rotorji se izmenjujejo s stacionarnimi obroči ali statorji, pritrjeni na turbinsko strukturo, da preusmerijo pretok pare.
Zaradi visoke hitrosti delovanja so takšne turbine običajno povezane z reduktorjem, ki poganja drug mehanizem, kot je ladijski propeler.
Parne turbine so bolj trpežne in zahtevajo manj vzdrževanja kot batni stroji. Na izhodni gredi proizvajajo tudi bolj gladke rotacijske sile, kar prispeva k manjšim potrebam glede vzdrževanja in manjši obrabi.
Glavna uporaba parnih turbin je v postajah za proizvodnjo električne energije, kjer je njihova visoka hitrost delovanja prednost in njihova relativna prostornina ni pomanjkljivost.
Uporabljajo se tudi v pomorskih aplikacijah za napajanje velikih plovil in podmornic. Skoraj vse jedrske elektrarne proizvajajo elektriko s segrevanjem vode in dovajanjem parnih turbin.
5- pogonski motorji
Obstaja podvodni pogonski motor, ki uporablja visokotlačno paro, da črpa vodo skozi vhod spredaj in jo odganja z veliko hitrostjo zadaj.
Ko se para kondenzira na vodi, ustvari udarni val, ki vodo izžene od zadaj.
Za izboljšanje učinkovitosti motorja motor skozi zrak odteče pred parnim curkom, ki ustvarja zračne mehurčke in spreminja način, kako se para meša z vodo.
Reference
- Marshall Brain (2017). "Kako delujejo parni motorji". Pridobljeno 14. junija 2017 na science.howstuffworks.com.
- Nova svetovna enciklopedija (2015). "Parni motor". Pridobljeno 14. junija 2017 na newworldencyclopedia.org.
- SOS otroci (2008–2009). "Parni motor". Pridobljeno 14. junija 2017 na cs.mcgill.ca.
- Woodford, Chris (2017). "Parni motorji". Pridobljeno 14. junija 2017 na spletnem mestu obrazložitev.