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Die 5 Arten von Hauptdampfmaschinen
Der Unterschied Arten von Dampfmaschinen Sie haben im Laufe der Geschichte viele Veränderungen erfahren und durch die kontinuierliche Technologie konnten sie sich auf bemerkenswerte Weise weiterentwickeln.
Im Wesentlichen sind dies externe Verbrennungsmotoren, die die thermische Energie von Wasserdampf in mechanische Energie umwandeln.
Sie wurden zum Antrieb von Pumpen, Lokomotiven, Schiffen und Traktoren verwendet, da sie für die industrielle Revolution unerlässlich waren. Zurzeit werden sie zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels Dampfturbinen verwendet.
Eine Dampfmaschine besteht aus einem Kessel, mit dem Wasser gekocht und Dampf erzeugt wird. Der Dampf dehnt sich aus und schiebt einen Kolben oder eine Turbine, deren Bewegung die Arbeit macht, die Räder zu drehen oder andere Maschinen zu fahren.
Die erste Dampfmaschine wurde von Heron von Alexandria im ersten Jahrhundert erfunden und hieß Eolípila.
Es bestand aus einer hohlen Kugel, die mit einem Kessel verbunden war, an dem zwei gebogene Röhren befestigt waren. Die Kugel war mit kochendem Wasser gefüllt, wodurch der Dampf mit hoher Geschwindigkeit durch die Röhren ausgestoßen wurde und den Ball drehte.
Obwohl das Eolipila keinen praktischen Zweck hatte, stellt es zweifellos die erste Implementierung von Dampf als Antriebsquelle dar.
Die meisten Systeme, die Dampf verwenden, können jedoch in zwei Arten unterteilt werden: Kolbenmaschinen und Dampfturbinen.
Haupttypen von Dampfmaschinen
1- Plungermaschinen
Kolbenmaschinen verwenden unter Druck stehenden Dampf. Durch doppelt wirkende Kolben tritt der unter Druck stehende Dampf abwechselnd auf jeder Seite ein, während er auf der anderen Seite freigegeben wird oder zu einem Kondensator geschickt wird.
Die Energie wird durch eine abgedichtete Gleitschiene gegen das Austreten von Dampf absorbiert. Diese Stange wiederum treibt eine Verbindungsstange an, die mit einer Kurbel verbunden ist, um die alternative Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln.
Zusätzlich wird eine andere Kurbel verwendet, um den Ventiltrieb anzutreiben, üblicherweise durch einen Mechanismus, der eine Umkehrung der Drehbewegung ermöglicht.
Wenn ein Paar doppeltwirkender Kolben verwendet wird, ist der Vorschub der Kurbel um 90 Grad versetzt. Dies stellt sicher, dass der Motor immer funktioniert, egal in welcher Position sich die Kurbel befindet.
2- Mehrere Expansionsmotoren
Eine andere Art von Dampfmaschine verwendet mehrere einfach wirkende Zylinder, die ihren Durchmesser und ihre Bewegung progressiv erhöhen.
Der Hochdruckdampf aus dem Kessel wird verwendet, um den ersten Kolben kleineren Durchmessers nach unten zu treiben.
Bei der Aufwärtsbewegung wird der teilweise expandierte Dampf in einen zweiten Zylinder getrieben, der seine Abwärtsbewegung beginnt.
Dies erzeugt eine zusätzliche Ausdehnung des relativ hohen Drucks, der in der ersten Kammer freigesetzt wird.
Auch die Zwischenkammer entlädt sich in der Endkammer, die wiederum zu einem Kondensator freigegeben wird. Eine Modifikation dieses Motortyps enthält zwei kleinere Kolben in der letzten Kammer.
Die Entwicklung dieses Motortyps war wichtig für seine Verwendung in Dampfbehältern, da der Kondensator bei der Rückgewinnung eines kleinen Teils der Leistung den Dampf wieder in Wasser umwandelte, um ihn im Kessel wieder zu verwenden.
Terrestrische Dampfmaschinen könnten einen großen Teil ihres Dampfes verbrauchen und mit einem Süßwasserturm gefüllt werden, aber im Meer war dies nicht möglich.
Vor und während des Zweiten Weltkriegs wurde der Expansionsmotor in Wasserfahrzeugen eingesetzt, die nicht mit hoher Geschwindigkeit fahren mussten. Wenn jedoch mehr Geschwindigkeit benötigt wurde, wurde sie durch die Dampfturbine ersetzt.
3- Gleichstrom-Gleichstrommotor
Eine andere Art von Kolbenmaschine ist der Gleichstrommotor oder der Gleichstrommotor. Diese Art von Motor verwendet Dampf, der nur in einer Richtung in jeder Hälfte des Zylinders strömt.
Die thermische Effizienz wird durch einen Temperaturgradienten entlang des Zylinders erreicht. Dampf tritt immer durch die heißen Enden des Zylinders ein und tritt durch Öffnungen in der Mitte des Kühlers aus.
Dies führt zu einer Verringerung der relativen Erwärmung und Abkühlung der Zylinderwände.
Bei Gleichstrommotoren wird der Dampfeinlass üblicherweise durch Schaftventile (die ähnlich wie in Verbrennungsmotoren arbeiten) gesteuert, die von einer Nockenwelle angetrieben werden.
Die Einlassventile öffnen sich, um Dampf einzulassen, wenn das minimale Expansionsvolumen zu Beginn der Bewegung erreicht ist.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt der Rückkehr der Kurbel tritt der Dampf ein und der Einlass der Kappe wird geschlossen, was die kontinuierliche Expansion des Dampfes ermöglicht und den Kolben aktiviert.
Am Ende der Bewegung wird der Kolben einen Ring von Auspufflöchern um die Mitte des Zylinders entdecken.
Diese Löcher sind mit dem Kondensator verbunden, wodurch der Druck in der Kammer gesenkt wird, was eine schnelle Freigabe bewirkt. Die kontinuierliche Drehung der Kurbel bewegt den Kolben.
4- Dampfturbinen
Dampfturbinen mit hoher Leistung verwenden eine Reihe von rotierenden Scheiben, die an ihrem äußeren Rand eine Art Propellerflügel enthalten.
Diese beweglichen Scheiben oder Rotoren wechseln sich mit stationären Ringen oder Statoren ab, die an der Struktur der Turbine befestigt sind, um den Dampfstrom umzuleiten.
Aufgrund der hohen Betriebsgeschwindigkeit sind solche Turbinen normalerweise mit einem Reduktionsgetriebe verbunden, um einen anderen Mechanismus wie einen Schiffspropeller anzutreiben.
Dampfturbinen sind langlebiger und benötigen weniger Wartung als Kolbenmaschinen. Sie erzeugen auch weichere Drehkräfte auf ihrer Abtriebswelle, was zu einem geringeren Wartungsbedarf und weniger Verschleiß beiträgt.
Der Haupteinsatz von Dampfturbinen liegt in den Stromerzeugungsstationen, wo ihre hohe Betriebsgeschwindigkeit von Vorteil ist und ihr relatives Volumen kein Nachteil ist.
Sie werden auch in Marineanwendungen verwendet, um große Schiffe und U-Boote zu fördern. Praktisch alle Kernkraftwerke erzeugen Strom, indem sie das Wasser erwärmen und Dampfturbinen speisen.
5- Propulsionsmotoren
Es gibt einen Unterwasser-Antriebsmotor, der Hochdruckdampf verwendet, um Wasser durch eine Steckdose in der Front zu ziehen und es mit hoher Geschwindigkeit durch die Rückseite auszustoßen.
Wenn der Dampf im Wasser kondensiert, entsteht eine Schockwelle, die Wasser von hinten ausstößt.
Um den Motorwirkungsgrad zu verbessern, zieht der Motor Luft durch eine Entlüftung vor dem Dampfstrahl, was Luftblasen erzeugt und die Art und Weise verändert, wie sich Dampf mit Wasser vermischt.
Referenzen
- Marshall Brain (2017). "Wie Dampfmaschinen arbeiten". Abgerufen am 14. Juni 2017 bei science.howstuffworks.com.
- Neue Welt-Enzyklopädie (2015). "Dampfmaschine". Abgerufen am 14. Juni 2017 bei newworldlineclopedia.org.
- SOS-Kinder (2008-2009). "Dampfmaschine". Abgerufen am 14. Juni 2017 bei cs.mcgill.ca.
- Woodford, Chris (2017). "Dampfmaschinen" Abgerufen am 14. Juni 2017 at explainthatstuff.com.