DE 5 HOVEDTYPER AF DAMPMOTORER - TEKNOLOGI - 2025

De forskellige typer dampmaskiner har gennemgået mange ændringer gennem historien, og teknologi har kontinuerligt gjort det muligt for dem at udvikle sig på en bemærkelsesværdig måde.

Grundlæggende er dampmotorer ekstern forbrændingsmotor, der omdanner vanddampens termiske energi til mekanisk energi. De er blevet brugt til at pumpe, lokomotiver, skibe og traktorer, da de var essentielle for den industrielle revolution. I øjeblikket bruges de til produktion af elektrisk energi ved hjælp af dampturbiner.

En dampmotor består af en kedel, der bruges til at koge vand og producere damp. Dampen udvides og skubber et stempel eller en turbine, hvis bevægelse gør arbejdet med at dreje hjulene eller køre andre maskiner.

Den første dampmotor blev udtænkt af Heron fra Alexandria i det 1. århundrede og blev kaldt Eolipila. Den bestod af en hul kugle forbundet til en kedel, hvortil to buede rør var fastgjort. Kuglen blev fyldt med vand, der blev kogt, hvilket fik dampen til at udvises gennem rørene med høj hastighed, hvilket fik bolden til at dreje.

Selvom eolipila ikke havde et praktisk formål, repræsenterer det utvivlsomt den første implementering af damp som en kilde til fremdrift.

Herons Aeolipian

De fleste systemer, der bruger damp, kan imidlertid opdeles i to typer: stempelmaskiner og dampturbiner.

Hovedtyper af dampmotorer

1- Stempelmaskiner

Stempelmaskiner bruger damp under tryk. Gennem dobbeltvirkende stempler trænger dampen skiftevis ind på hver side, mens den på den anden frigøres eller sendes til en kondensator.

Energien absorberes af en glidestang forseglet mod dampens flugt. Denne stang driver på sin side en forbindelsesstang, der er forbundet til en krumtap for at omdanne den frem- og tilbagegående bevægelse til roterende bevægelse.

Derudover bruges en anden krumtap til at drive ventilgearet, sædvanligvis gennem en mekanisme, der tillader vending af roterende bevægelse.

Når du bruger et par dobbeltvirkende stempler, udlignes krumtaget fremad med en vinkel på 90 grader. Dette sikrer, at motoren altid kører, uanset hvilken position kranken er i.

2- Flere ekspansionsmotorer

En anden type dampmotor bruger flere enkeltvirkende cylindre, som gradvist øges i diameter og bevægelse. Højtryksdamp fra kedlen bruges til at drive det første stempel med mindre diameter ned.

I den opadgående bevægelse drives den delvist ekspanderede damp ind i en anden cylinder, der begynder sin nedadgående bevægelse. Dette genererer en yderligere ekspansion af det relativt høje tryk frigivet i det første kammer.

Mellemkammeret udledes også til det endelige kammer, som igen frigøres til en kondensator. En modifikation af denne type motor inkorporerer to mindre stempler i det sidste kammer.

Udviklingen af ​​denne type motor var vigtig for dens anvendelse i dampskibe, da kondensatoren, når den genvindede lidt af strømmen, igen omdannede dampen til vand til genanvendelse i kedlen.

Terrestriske dampmotorer kunne udtømme meget af deres damp og blive genpåfyldt fra et tårn med ferskvand, men til søs var dette ikke muligt.

Før og under 2. verdenskrig blev ekspansionsmotoren brugt i marine køretøjer, som ikke behøvede at køre i høj hastighed. Når der var behov for mere hastighed, blev den imidlertid erstattet af dampturbinen.

3 - Uniflow eller ensartet flowmotor

En anden type stempelmaskine er uniflow eller ensartet flowmotor. Denne type motor bruger damp, der kun strømmer i en retning i hver halvdel af cylinderen.

Termisk effektivitet opnås ved at have en temperaturgradient over cylinderen. Damp kommer altid ind i cylinderens varme ender og går gennem åbninger i midten af ​​køleren.

Dette resulterer i en reduktion i den relative opvarmning og afkøling af cylindervæggene.

I uniflow-motorer styres indløbet af damp sædvanligvis af klapventiler (som fungerer som dem, der bruges i forbrændingsmotorer), der aktiveres af en knastaksel.

Indgangsventiler åbnes for at tillade damp, når minimum udvidelsesvolumen nås i begyndelsen af ​​bevægelse.

På et specifikt øjeblik, når drejepunktet drejer sig, trænger dampen ind, og indløbet af muffen lukkes, hvilket tillader en kontinuerlig udvidelse af dampen ved at aktivere stemplet.

Ved slutningen af ​​stryget finder stemplet en ring af udstødningshuller omkring midten af ​​cylinderen.

Disse huller er forbundet til kondensatoren, hvilket sænker trykket i kammeret, hvilket forårsager en hurtig frigørelse. Den kontinuerlige rotation af krumtap er det, der bevæger stemplet.

4- Dampturbiner

Højeffekt-dampturbiner bruger en række roterende skiver, der indeholder en slags propell-type klinger på deres ydre kant. Disse bevægelige skiver eller rotorer skifter med stationære ringe eller statorer, der er fastgjort til turbinestrukturen for at omdirigere dampstrømmen.

På grund af den høje driftshastighed er sådanne turbiner normalt forbundet til et reduktionsgear for at drive en anden mekanisme, såsom et skibs propell.

Dampturbiner er mere holdbare og kræver mindre vedligeholdelse end stempelmaskiner. De producerer også glattere rotationskræfter på deres udgangsaksel, hvilket bidrager til lavere vedligeholdelsesbehov og mindre slid.

Den vigtigste anvendelse af dampturbiner er i elproduktionsstationer, hvor deres høje driftshastighed er en fordel, og deres relative volumen ikke er en ulempe.

De bruges også til marine applikationer, der driver store skibe og ubåde. Næsten alle atomkraftværker producerer elektricitet ved opvarmning af vand og fodring af dampturbiner.

5- Fremdrivningsmotorer

Der er en undervandsfremdrivningsmotor, der bruger damp med højt tryk til at trække vand gennem et indtag foran og udvise det med høj hastighed bagpå.

Når dampen kondenserer på vandet, skaber det en stødbølge, der uddriver vandet bagfra.

For at forbedre motoreffektiviteten trækker motoren luft ind gennem en udluftning foran dampstrålen, der skaber luftbobler og ændrer den måde dampen blandes med vandet.

Referencer

1. Marshall Brain (2017). "Sådan fungerer dampmotorer". Hentet 14. juni 2017 på science.howstuffworks.com.
2. New World Encyclopedia (2015). "Damp maskine". Hentet den 14. juni 2017 på newworldencyclopedia.org.
3. SOS Børn (2008-2009). "Damp maskine". Hentet den 14. juni 2017 på cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Damp motorer". Hentet den 14. juni 2017 på declarthatstuff.com.