Vad är Steam Engine? – Översikt, delar och funktion

Vad är Steam Engine?

En ångmaskin är en värmemotor som utför mekaniskt arbete med ånga som arbetsvätska. Ångmaskinen använder kraften som produceras av ångtrycket för att trycka en kolv fram och tillbaka inuti en cylinder.

Denna tryckkraft kan omvandlas, med en vevstång och svänghjul, till rotationskraft för arbete. Termen "ångmaskin" används i allmänhet endast på kolvmotorer som just beskrivits, inte på ångturbinen.

Ångmaskiner är externa förbränningsmotorer, där arbetsvätskan separeras från förbränningsprodukterna. Den idealiska termodynamiska cykeln som används för att analysera denna process kallas Rankine-cykeln.

I allmänt bruk kan termen ångmaskin hänvisa till antingen kompletta ånganläggningar (inklusive pannor, etc.), såsom järnvägsånglokomotiv och bärbara motorer, eller kan hänvisa till enbart kolv- eller turbinmaskineriet, som i strålmotorn och stationära motorer. ångmaskin.

Även om ångdrivna enheter var kända så tidigt som vid aeolipilen under det första århundradet e.Kr., med några andra användningar registrerade på 1500- och 1600-talen, anses Thomas Savery vara uppfinnaren av den första kommersiellt använda ångdrivna enheten, en ångpump som använde ångtryck direkt på vattnet.

Vem uppfann ångmotorn?

Den första kommersiellt framgångsrika motorn som kunde överföra kontinuerlig kraft till en maskin utvecklades 1712 av Thomas Newcomen. James Watt gjorde en kritisk förbättring genom att avlägsna förbrukad ånga till ett separat kärl för kondensering, vilket avsevärt förbättrade mängden arbete som erhållits per förbrukad bränsleenhet.

På 1800-talet drev stationära ångmaskiner fabrikerna under den industriella revolutionen. Ångmaskiner ersatte segel för fartyg på hjulångare, och ånglok körde på järnvägarna.

Ångmotorer av fram- och återgående kolvtyp var den dominerande kraftkällan fram till början av 1900-talet när framstegen i konstruktionen av elmotorer och förbränningsmotorer resulterade i att ångmotorer gradvis ersattes i kommersiellt bruk. Ångturbiner ersatte kolvmotorer i kraftgenerering på grund av lägre kostnad, högre driftshastighet och högre effektivitet.

Hur fungerar en ångmotor?

I en ångmaskin expanderar het ånga, vanligtvis tillförd av en panna, under tryck och en del av värmeenergin omvandlas till arbete. Resten av värmen kan tillåtas rinna ut, eller, för maximal motoreffektivitet, kan ångan kondenseras i en separat apparat, en kondensor, vid jämförelsevis låg temperatur och tryck.

För hög effektivitet måste ångan falla genom ett brett temperaturområde som en konsekvens av dess expansion i motorn. Den mest effektiva prestandan, det vill säga den största arbetseffekten i förhållande till den tillförda värmen säkras genom att använda en låg kondensortemperatur och ett högt panntryck.

Ångan kan värmas upp ytterligare genom att den passerar genom en överhettare på väg från pannan till motorn. En vanlig överhettare är en grupp parallella rör med deras ytor exponerade för de heta gaserna i pannugnen.

Med hjälp av överhettare kan ångan värmas upp över den temperatur vid vilken den produceras genom att koka vatten.

I en kolvmotor, kolv- och cylindertyp av ångmotor, släpps ånga under tryck in i cylindern av en ventilmekanism. När ångan expanderar trycker den på kolven, som vanligtvis är ansluten till en vev på ett svänghjul för att producera roterande rörelse. I den dubbelverkande motorn släpps ånga från pannan in växelvis till varje sida av kolven.

I en enkel ångmaskin sker expansion av ångan i endast en cylinder, medan det i den sammansatta motorn finns två eller flera cylindrar av ökande storlek för större expansion av ångan och högre effektivitet; den första och minsta kolven drivs av den initiala högtrycksångan och den andra av den lägre trycksångan som utmatas från den första.

I ångturbinen släpps ånga ut med hög hastighet genom munstycken och strömmar sedan genom en serie stationära och rörliga blad, vilket får en rötor att röra sig med höga hastigheter. Ångturbiner är mer kompakta och tillåter vanligtvis högre temperaturer och större expansionsförhållanden än fram- och återgående ångmaskiner. Turbinen är det universella medlet som används för att generera stora mängder elektrisk kraft med ånga.

Delar av Steam Engine

• Firebox: Det är här bränslet förbränns för att skapa värme.
• Panna: Lindy använder en eldrörspanna. Heta gaser som produceras i eldstaden dras genom ett ställ med rör i pannan. Rören värmer vattnet som omger dem för att producera ånga. Ångan samlas i ångkupolen på toppen av pannan.
• Steam Dome: Inuti ångkupolen finns regulatorventilen, säkerhetsventilen och visselpipan. Regulatorventilen är fäst på gasreglaget i hytten. Ingenjören använder gasreglaget för att kontrollera mängden ånga som levereras till cylindrarna. Visselpipan är en Baldwin-visselpipa från 1925 som blåser av ångtrycket. Säkerhetsventilen öppnas för att släppa ut ånga när trycket blir för högt.
• Ventiler, cylindrar och kolvar: Ångan omvandlas till mekanisk energi i cylindrarna. Ånga under tryck leds genom cylinderventiler in i en kammare och driver kolven. Lindy, som de flesta lok, använder dubbelverkande cylindrar. Detta uppnår dubbelt så mycket kraft genom att växelvis tillföra ånga på vardera sidan av kolven så att kolvstången både trycks och dras, vilket genererar kraft på båda slagen.
• Spön: Kolven är inriktad i cylindern med ett tvärhuvud som löper på en styrning. Tvärhuvudet bär den lilla änden av vevstaken. Den andra änden, den stora änden, överför kraften till hjulen med vevstiftet. Lindy, som de flesta lok, har mer än en uppsättning drivande hjul för att dela kraften som genereras av de dubbelverkande cylindrarna. Vevar på vardera sidan av loket är förskjutna 90° för att sprida kraften över ett helt varv av hjulen.
• Smokebox: Förbrukad ånga släpps ut från cylindrarna genom sprängröret under stapeln. Detta arrangemang ger en minskning av trycket i röklådan som drar eldstadsgaserna genom pannrören. Ju hårdare lokomotivet arbetar, desto mer gas dras genom rören, vilket genererar mer ånga.
• Stacken: Den förbrukade ångan från sprängröret blandas med gaserna från pannrören och kommer ut genom skorstenen. Ju hårdare loket arbetar, desto mer gaser och ånga kommer ut ur traven.
• Cab: Tågpersonalen styr motorn från hytten. Brandmannens uppgift är att göra ångan genom att kontrollera elden i eldstaden och vattentillförseln till pannan. Ingenjören använder ångan genom att manövrera gasreglaget och övervakar ångtrycket, bränslet och vattnet.
• Sanddome: Kupolen innehåller sand som ska användas av ingenjören genom att spruta framför eller bakom drivhjul för dragkraft mellan hjulen och skenan.

Tillämpning av steam Engine

Ångmaskiner användes i alla möjliga tillämpningar inklusive

• Fabriker,
• Gruvor,
• Lok,
• Ångbåtar.