5 GALVENIE TVAIKA DZINĒJU VEIDI - TEHNOLOĢIJAS - 2025

Dažādie tvaika dzinēju veidi vēstures gaitā ir piedzīvojuši daudz izmaiņu, un tehnoloģija ir nemitīgi ļāvusi tiem attīstīties ievērojamā veidā.

Būtībā tvaika dzinēji ir ārdedzes dzinēji, kas ūdens tvaiku siltumenerģiju pārvērš mehāniskajā enerģijā. Tie ir izmantoti sūkņu, lokomotīvju, kuģu un traktoru darbināšanai, un tajā laikā tie bija nepieciešami rūpniecības revolūcijai. Pašlaik tos izmanto elektriskās enerģijas ražošanai, izmantojot tvaika turbīnas.

Tvaika dzinējs sastāv no katla, kuru izmanto ūdens vārīšanai un tvaika ražošanai. Tvaiks izplešas un nospiež virzuli vai turbīnu, kuras kustība veic riteņu pagriešanu vai citu mehānismu vadīšanu.

Pirmo tvaika motoru 1. gadsimtā izstrādāja Aleksandra Herons, un to sauca par Eolipila. Tas sastāvēja no dobas sfēras, kas savienota ar katlu, pie kura tika piestiprinātas divas izliektas caurules. Sfēru piepildīja ar ūdeni, kas tika vārīts, izraisot tvaika izvadīšanu caur caurulēm ar lielu ātrumu, liekot bumbiņai griezties.

Lai arī eolipilam nebija praktiska mērķa, tas neapšaubāmi ir tvaika kā piedziņas avota pirmā ieviešana.

Gārņa aeolipietis

Tomēr lielāko daļu sistēmu, kas izmanto tvaiku, var iedalīt divos veidos: virzuļmašīnās un tvaika turbīnās.

Galvenie tvaika dzinēju veidi

1- Virzuļa mašīnas

Virzuļa mašīnās tiek izmantots paaugstināts spiediens. Caur divkāršās darbības virzuļiem spiedienam pakļauts tvaiks pārmaiņus nonāk katrā pusē, bet no otras puses tas tiek atbrīvots vai nosūtīts uz kondensatoru.

Enerģiju absorbē slīdnis, kas noslēgts pret tvaika izplūdi. Šis stienis savukārt dzen savienojošo stieni, kas savienots ar kloķi, lai turp un atpakaļ kustību pārvērstu rotācijas kustībā.

Turklāt, lai vadītu vārsta zobratu, parasti tiek izmantots vēl viens kloķis, parasti caur mehānismu, kas ļauj pagriezt kustības.

Izmantojot divkāršās darbības virzuļus, kloķa virzienu kompensē 90 grādu leņķī. Tas nodrošina, ka motors vienmēr darbosies neatkarīgi no tā, kādā stāvoklī kloķis atrodas.

2 - vairāki izplešanās motori

Cita veida tvaika dzinējos tiek izmantoti vairāki vienas darbības cilindri, kas pakāpeniski palielinās diametrā un kustībā. Augsta spiediena tvaiku no katla izmanto, lai novirzītu pirmo mazāka diametra virzuli.

Virzienā uz augšu daļēji izplešanās tvaiks tiek virzīts otrajā cilindrā, kurš sāk kustību uz leju. Tas rada salīdzinoši augsta spiediena, kas izdalās pirmajā kamerā, tālāku paplašināšanos.

Arī starpposma kamera izplūst galīgajā kamerā, kuru savukārt izlaiž kondensatorā. Šāda veida motoru modifikācijā pēdējā kamerā ir divi mazāki virzuļi.

Šāda veida motora izstrāde bija svarīga tā izmantošanai tvaika kuģos, jo kondensators, nedaudz atgūstot jaudu, atkal pārveidoja tvaiku ūdenī tā atkārtotai izmantošanai katlā.

Sauszemes tvaika dzinēji varēja iztērēt lielu daļu no tvaika un tikt uzpildīti no saldūdens torņa, taču jūrā tas nebija iespējams.

Pirms Otrā pasaules kara un tā laikā izplešanās dzinējs tika izmantots jūras transporta līdzekļos, kuriem nebija jābrauc ar lielu ātrumu. Tomēr, kad bija nepieciešams lielāks ātrums, tas tika aizstāts ar tvaika turbīnu.

3- vienveidīgs vai vienmērīgs plūsmas motors

Cits virzuļmašīnas tips ir vienveidīgs vai vienmērīgs plūsmas motors. Šāda veida motoros tiek izmantots tvaiks, kas katrā cilindra pusē plūst tikai vienā virzienā.

Termisko efektivitāti panāk ar temperatūras gradientu visā cilindrā. Tvaiks vienmēr nonāk balona karstajos galos un iziet caur atverēm dzesētāja centrā.

Tā rezultātā samazinās balonu sienu relatīvā sildīšana un dzesēšana.

Vienveidīgos motoros tvaika ieplūdi parasti kontrolē ar krānu vārstiem (kas darbojas līdzīgi tiem, kurus izmanto iekšdedzes dzinējos), kurus darbina ar sadales vārpstu.

Ieplūdes vārsti ir atvērti tvaika uzņemšanai, kad kustības sākumā tiek sasniegts minimālais izplešanās tilpums.

Konkrētā kloķa pagriešanās brīdī tvaiks iekļūst un vāciņa ieeja aizveras, ļaujot nepārtraukti tvaiku izplesties, iedarbinot virzuli.

Gājiena beigās virzulis atradīs izplūdes caurumu gredzenu ap cilindra centru.

Šie caurumi ir savienoti ar kondensatoru, pazeminot spiedienu kamerā, izraisot ātru atbrīvošanu. Virzuļa kustība ir nepārtraukta kloķa griešanās.

4 - Tvaika turbīnas

Lieljaudas tvaika turbīnās tiek izmantotas virknes rotējošu disku, kuru ārējā malā ir sava veida dzenskrūves tipa asmeņi. Šie pārvietojamie diski vai rotori mijas ar stacionāriem gredzeniem vai statoriem, kas piestiprināti pie turbīnas struktūras, lai novirzītu tvaika plūsmu.

Lielā darbības ātruma dēļ šādas turbīnas parasti ir savienotas ar reduktoru, lai vadītu citu mehānismu, piemēram, kuģa dzenskrūvi.

Tvaika turbīnas ir izturīgākas un prasa mazāku apkopi nekā virzuļa mašīnas. Tie arī rada vienmērīgākus rotācijas spēkus uz izvades vārpstu, kas veicina zemākas apkopes prasības un mazāku nodilumu.

Tvaika turbīnas galvenokārt izmanto elektrības ražošanas stacijās, kur to lielajam darbības ātrumam ir priekšrocība, un to relatīvajam apjomam nav trūkumu.

Tos izmanto arī jūrniecībā, piegādājot lielus kuģus un zemūdenes. Praktiski visas atomelektrostacijas ražo elektrību, sildot ūdeni un barojot tvaika turbīnas.

5 - piedziņas dzinēji

Ir zemūdens dzinējs, kas izmanto augstspiediena tvaiku, lai ūdens caur priekšējo ieplūdi ievilktu un ar lielu ātrumu to izspiestu aizmugurē.

Kad tvaiks kondensējas uz ūdens, tas rada trieciena vilni, kas izspiež ūdeni no aizmugures.

Lai uzlabotu motora efektivitāti, motors ievelk gaisu caur ventilācijas atveri tvaika strūklas priekšā, kas rada gaisa burbuļus un maina veidu, kā tvaiks sajaucas ar ūdeni.

Atsauces

1. Māršala smadzenes (2017). "Kā darbojas tvaika motori". Iegūts 2017. gada 14. jūnijā vietnē science.howstuffworks.com.
2. Jaunā pasaules enciklopēdija (2015). "Tvaika dzinējs". Iegūts 2017. gada 14. jūnijā vietnē newworldencyclopedia.org.
3. SOS bērni (2008-2009). "Tvaika dzinējs". Iegūts 2017. gada 14. jūnijā vietnē cs.mcgill.ca.
4. Vudfords, Kriss (2017). "Tvaika dzinēji". Iegūts 2017. gada 14. jūnijā vietnē paaiškinthatstuff.com.