Proiectul de abur oferă încă o mare parte din energia de care avem nevoie. Chiar și cele mai bune reactoare nucleare moderne sunt doar surse de căldură, transformând apa în abur pentru rotația turbinelor conectate la generatoarele electrice.
Primul motor cu aburi a fost inventat în I în n. e. Inginerul grec Gero din Alexandria. Bilele goale au fost fixate mobil pe două țevi prin care a fost alimentat aburul de la un cazan mic. Aburul a umplut mingea și a ieșit prin două tuburi, care au ieșit din părțile opuse. Jeturile perechii emergente au făcut mingea să se rotească. Deși acest dispozitiv a fost de un interes, în acele zile sa dovedit a fi inutil.
Primul motor cu aburi, care a găsit aplicații practice, a fost creat în 1698 de către inginerul englez Thomas Saveri. Aburul a fost răcit în cameră până la formarea condensului. Ca urmare a scăderii drastice a volumului, a apărut un vid parțial, utilizat pentru a pompa apa din minele de cărbune.
În motorul inventat de inginerul englez Thomas Newcomen ca. 1710 g, aburul din interiorul cilindrului a împins pistonul. Apoi cilindrul a fost răcit pentru a condensa aburul și pentru a readuce pistonul în poziția inferioară. Când aburul a fost condensat, presiunea din cilindru a căzut, iar presiunea atmosferică a fost suficientă pentru ca pistonul să cadă. Prin urmare, Newcomen a numit motorul său paratmosferic. A fost folosită pentru operarea pompelor miniere. Deși eficiența acestui motor a fost mai mare decât cea a mașinii Savery, a funcționat foarte încet și cu eficiență scăzută. Acest lucru se datorează faptului că, după răcire, cilindrul a trebuit să fie încălzit din nou pentru a forța aburul să împingă pistonul în sus, în caz contrar s-ar condensa imediat.
Această problemă a fost rezolvată de inginerul scoțian James Watt. În motorul creat de el în 1769, aburul a fost trimis într-o cameră separată pentru condensare.
Deoarece cilindrul nu trebuie să fie încălzit și răcit alternativ, pierderile termice ale motorului au fost relativ mici. In plus, motorul Watt a fost rapid, deoarece a fost posibil să se aplice o cantitate mai mare de abur în cilindru, deoarece pistonul revine în poziția inițială. Datorită acestui fapt și altor îmbunătățiri inventate de Watt, s-au găsit numeroase aplicații practice pentru motorul cu abur.
Către ofensiva erei victoriene, locomotivele puternice au făcut o revoluție în mijloacele de transport pe uscat. Mașinile de aburi asigură, de asemenea, energie pentru imprimarea ziarelor, țeserea și pentru mașinile de spălat în spălătoriile cu abur. Motoarele cu aburi au fost folosite în parcurile de distracții, iar fermierii au folosit aburul pentru a arăta pământul. Curățitorii lucrau la o pereche de aspiratoare, iar în saloanele de coafură de prestigiu au existat chiar și perii pentru masajul scalpului cu un sistem de abur.
În cele mai multe mașini primele pistoanele cu abur care se deplasează în cilindri a creat o mișcare alternativă, care ar putea transforma apoi în mișcare de rotație prin intermediul unor dispozitive mecanice.
Marquis de Dion a fost unul dintre fondatorii industriei de automobile din Franța. În fotografie, el operează o mașină cu trei roți cu motor cu aburi, pe care a construit-o în 1897. Motorul este instalat în față și are o roată din spate.
Turbinele cu abur transformă imediat energia aburului în mișcare rotativă. În secolul XIX unii inventatori au experimentat cu turbine cu abur, dar numai în 1884 limba engleză inginer Charles Parsons a creat un design profitabil și funcțional. La câțiva ani după invenție, turbinele sale au început să fie utilizate pe nave și în generatoare curente
Motoarele cu aburi și turbinele transformă căldura în energie. În același timp, căldura provenită de la arderea combustibilului ajunge la fierberea apei, volumul căruia în stare de vapori crește de 1600 de ori, iar presiunea de vapori creează mișcare. În motoarele cu piston, aburul se extinde în cilindru și împinge pistonul.
Un motor cu abur cu două cilindri, cu un raport de compresie ridicat, a fost instalat anterior pe o navă de marfă mică.
În turbinele cu abur, extinderea aburului rotește rotoarele echipate cu rotoare. În ambele cazuri, aburul generează energie termică
Motoarele cu aburi și turbinele aparțin motoarelor cu combustie externă, deoarece încălzirea are loc în afara camerei de lucru, de obicei prin arderea combustibilului. Aburul este produs în cazane încălzite prin arderea de petrol sau cărbune. La centralele nucleare, căldura oferă reacții nucleare.
În motoarele cu aburi simple, aburul creează presiune pe o parte a cilindrului, determinând mutarea acestuia. Dar în majoritatea motoarelor cu aburi, ambele părți ale pistonului sunt folosite pentru a obține energie mecanică. La început, aburul lovește o parte și mișcă pistonul înainte, apoi spre cealaltă parte, întorcându-l înapoi. Prin urmare, astfel de motoare se numesc motoare cu acțiune dublă.
Ciclul de funcționare începe cu abur pe o parte a cilindrului prin orificiul de admisie, după care acesta este blocat, iar aburul se dilată și împinge pistonul în jos aburul cilindru este apoi alimentat în cealaltă parte a pistonului, forțând-o să se întoarcă la aceleași perechi de pe prima parte este evacuat prin țeava de eșapament Aburul este aplicat alternativ pe o parte a pistonului, iar cealaltă parte este conectată automat la orificiul de evacuare.
În majoritatea motoarelor cu abur, întregul ciclu de funcționare al fiecărui piston este controlat de o singură supapă D. Se alunecă înainte și înapoi, asigurând conexiunea necesară la orificiile de admisie și evacuare a aburului. Unele motoare cu aburi mari au supape separate de fiecare parte a pistonului.
Mișcarea cu piston este transformată în mișcare rotativă cu ajutorul unei tije de legătură și a unui arbore cotit. Arborele cotit este o pârghie conectată la un volant greu, iar tija de legătură leagă acest arbore de piston sau de tija acestuia. Când pistonul se deplasează înainte și înapoi, arborele cotit se rotește, iar volantul aliniază forța de rotație generată.
Temperatura vaporilor scade pe măsură ce se extinde în cilindru. Un efect similar poate fi observat, prin utilizarea unei cutii de aerosoli, datorită expansiunii gazului de propulsie, există un sentiment de răcire din sprayul cu aerosoli. Într-un motor simplu cu aburi de acțiune dublă, aburul, care se extinde, răcește acea parte a cilindrului în care va fi alimentat aburul proaspăt.
Cu o expansiune puternică a aburului, efectul de răcire poate provoca pierderi mari în motor. Aceste pierderi pot fi compensate prin arderea mai multor combustibili, dar în același timp eficiența motorului este redusă. Schimbările de temperatură pot fi reduse dacă presiunea aburului furnizat cilindrului este limitată pentru a reduce expansiunea acestuia. Cu toate acestea, puterea motorului devine mai mică.
Această problemă este rezolvată prin faptul că permite aburului să se extindă parțial într-un cilindru mic de înaltă presiune. Apoi, aburul epuizat intră într-un cilindru cu presiune scăzută, unde are loc o expansiune ulterioară. Motoarele cu aburi cu două sau mai multe astfel de cilindri se numesc motoare combinate sau compuși.
Motoarele cu o extindere triplă sunt compuși cu cilindri de înaltă, medie și joasă presiune. Astfel de motoare au fost utilizate pe scară largă pe nave, iar unele nave germane au fost echipate cu motoare cu o a patra etapă de expansiune.
Motoarele cu curent direct permit reducerea pierderilor de căldură datorită scăderii drastice a fluctuațiilor de temperatură din cilindru. Aburul furnizat în diferite părți ale cilindrului este extins și descărcat prin inelul orificiilor de evacuare din centru. Prin urmare, cilindrul rămâne relativ fierbinte la margini și răcitor în mijloc, unde intră în contact cu vaporii expandați. Pierderile termice sunt reduse la minimum, deoarece nici o parte a cilindrului nu este supusă unor schimbări mari de temperatură.
Elementul principal de lucru al turbinei este un rotor echipat cu un șir de lame. Este localizat în interiorul corpului cu lame fixe, direcționând fluxul de abur. Aburul de înaltă presiune rotește rotorul.
Aburul intră în carcasa turbinelor prin duze. Când aburul este eliberat, presiunea scade și se extinde. Aceasta duce la o creștere a vitezei sale, care poate depăși de mai multe ori viteza sunetului. Deci, cu expansiunea aburului și căderea presiunii sale de la 12 atm. până la 0,5 atm. se atinge o viteză de aproximativ 1100 m / s.
De mare viteză, de energie înaltă
Mutând la o asemenea viteză, aburul are o mare energie, dar nu este ușor transferat la lamele rotorului turbinei. Pentru transferul maxim de energie, turbina lamei sale trebuie să se rotească la o viteză care este de jumătate din viteza de abur. Dar de multe ori acest lucru este dificil de realizat, iar pierderile de energie pot fi mari. O modalitate de a rezolva această problemă este de a instala mai multe rânduri de lame de turbină astfel încât presiunea să scadă treptat pe fiecare dintre ele. Astfel de turbine sunt numite compuse prin presiune. Lungimea lamelor crește treptat în direcția de la intrare la canalul de ieșire, astfel încât perechea să se extindă acolo unde este posibil.
În unele turbine, aburul, după trecerea unui rând de lame, fără o extindere ulterioară, este îndreptat spre cel de-al doilea și uneori către cel de-al treilea rând. Turbinele de acest tip se numesc agregate de viteză.
Pe unele nave cu vapori, turbinele sunt utilizate ca unitate pentru un generator electric care generează energie pentru un motor electric care rotește o elice. Pe alte nave, turbina rotește elicea printr-o serie de reductoare reducând viteza de rotație la o valoare relativ mică necesară pentru funcționarea economică a elicei.
Pe vasele mari, în loc de un rotor cu turbină lungă, doi rotori mai scurți conectați la o singură sursă de abur pot fi instalați unul lângă celălalt. Aceasta reduce lungimea totală a motorului. Astfel de rotoare sunt numite încrucișate.
Turbinele gigante ale centralelor electrice funcționează ca unități pentru generatoarele curente. La capacități de până la 300 MW (300.000 kW), o singură linie de rotoare de turbină este utilizată pentru un generator. La puteri mari, doi rotoare încrucișate sunt conectate la generatoare separate.
Generatoarele de centrale electrice produc curent alternativ. Acest curent își schimbă direcția de mai multe ori într-o secundă.
Conform tradiției tehnice stabilite, care a devenit standardul industrial, în majoritatea țărilor din Europa de Vest și din Europa de Est, sistemele de alimentare cu energie furnizează o sursă de curent de 50 de cicluri (un ciclu numit două modificări complete în direcție) pe secundă. Aceasta este frecvența rețelei, exprimată în hertz (Hz) și egală în acest caz cu 50 Hz. (1 Hz = 1 ciclu pe secundă).
Frecvența curentului produs depinde de viteza de rotație a turbinelor și a generatoarelor. Pentru a produce curent la o frecvență de 50 Hz, viteza de rotație a turbinei ar trebui să fie de 3000 rpm. În America de Nord, frecvența rețelelor de alimentare cu 60 Hz este asigurată de viteza turbinei de 3600 rpm.
Site-ul dvs. este foarte util! Ia o pauză, student te distrezi: cel mai real efecte negative ale fumatului - este atunci când te duci afară pentru un fum, și vecinii în cămin au mâncat găluște dumneavoastră. Apropo, un anecdot este luat de chatanekdotov.ru