- Principalele tipuri de motoare cu abur
- 1- Mașini cu piston
- 2- Motoare cu expansiune multiplă
- 3- Motor cu debit unic sau uniform
- 4- Turbine cu abur
- 5- Motoare cu propulsie
- Referințe
Diferitele tipuri de motoare cu abur au suferit multe schimbări de-a lungul istoriei și tehnologia le-a permis continuu să evolueze într-un mod remarcabil.
În esență, motoarele cu aburi sunt motoare cu ardere externă care transformă energia termică a vaporilor de apă în energie mecanică. Au fost obișnuiți să alimenteze pompe, locomotive, nave și tractoare, fiind la acea vreme esențiale pentru Revoluția industrială. În prezent sunt utilizate pentru generarea de energie electrică folosind turbine cu abur.
Un motor cu abur este format dintr-un cazan care este folosit pentru a fierbe apa și pentru a produce abur. Aburul se extinde și împinge un piston sau o turbină, a cărei mișcare lucrează la rotirea roților sau la conducerea altor utilaje.
Prima mașină cu aburi a fost concepută de Heron din Alexandria în secolul I și se numea Eolipila. Acesta consta dintr-o sferă goală conectată la un cazan la care erau atașate două tuburi curbate. Sfera a fost umplută cu apă fiartă, făcând aburul să fie expulzat prin tuburi cu viteză mare, făcând mingea să se rotească.
Deși eolipila nu avea un scop practic, reprezintă fără îndoială prima implementare a aburului ca sursă de propulsie.
Eolipianul lui Heron
Cu toate acestea, majoritatea sistemelor care utilizează abur pot fi împărțite în două tipuri: mașini cu piston și turbine cu abur.
Principalele tipuri de motoare cu abur
1- Mașini cu piston
Mașinile cu piston folosesc abur sub presiune. Prin pistoane cu acțiune dublă, aburul sub presiune intră alternativ pe fiecare parte, în timp ce pe cealaltă este eliberat sau trimis la un condensator.
Energia este absorbită de o bară glisantă sigilată împotriva evacuării aburului. Această tija, la rândul său, conduce o tija de conectare conectată la o manivelă pentru a transforma mișcarea reciprocă în mișcare rotativă.
În plus, o altă manivelă este utilizată pentru a conduce angrenajul supapei, de obicei printr-un mecanism care permite inversarea mișcării rotative.
Când utilizați o pereche de pistoane cu acțiune dublă, avansul manivelei este compensat cu un unghi de 90 de grade. Acest lucru asigură că motorul va funcționa întotdeauna, indiferent de poziția în care se află manivela.
2- Motoare cu expansiune multiplă
Un alt tip de motor cu abur folosește mai mulți cilindri cu o singură acțiune care cresc progresiv în diametru și mișcare. Aburul de înaltă presiune din cazan este utilizat pentru a conduce primul piston cu diametru mai mic în jos.
În mișcarea în sus, aburul parțial extins este condus într-un al doilea cilindru care începe mișcarea în jos. Aceasta generează o extindere suplimentară a presiunii relativ mari eliberate în prima cameră.
De asemenea, camera intermediară se descarcă în camera finală, care la rândul său este eliberată într-un condensator. O modificare a acestui tip de motor încorporează doi pistoane mai mici în ultima cameră.
Dezvoltarea acestui tip de motor a fost importantă pentru utilizarea sa în navele cu aburi, deoarece condensatorul, la recuperarea puțină a puterii, a transformat din nou aburul în apă pentru reutilizarea sa în cazan.
Motoarele cu aburi terestre puteau să-și epuizeze mare parte din abur și să fie reumplute dintr-un turn cu apă dulce, dar pe mare acest lucru nu a fost posibil.
Înainte și în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, motorul de expansiune era folosit în vehiculele marine care nu aveau nevoie să meargă cu viteză mare. Cu toate acestea, când a fost necesară mai multă viteză, aceasta a fost înlocuită de turbina cu abur.
3- Motor cu debit unic sau uniform
Un alt tip de mașină cu piston este motorul cu flux uniflow sau uniform. Acest tip de motor folosește abur care curge doar într-o direcție în fiecare jumătate a cilindrului.
Eficiența termică se realizează prin a avea un gradient de temperatură pe cilindru. Aburul intră întotdeauna la capetele fierbinți ale cilindrului și iese prin deschideri în centrul răcitorului.
Aceasta duce la o reducere a încălzirii și răcirii relative a pereților cilindrilor.
În motoarele uniflow, intrarea aburului este controlată, de regulă, prin robinete poppet (care funcționează similar cu cele utilizate în motoarele cu ardere internă) care sunt acționate de un arbore cu came.
Ventilele de intrare se deschid pentru a admite aburul când se atinge volumul minim de expansiune la începutul mișcării.
La un moment dat în timpul virajului manivelei, aburul intră și intrarea capacului se închide, permițând expansiunea continuă a aburului, acționând pistonul.
La sfârșitul cursei, pistonul va descoperi un inel de găuri de evacuare în jurul centrului cilindrului.
Aceste orificii sunt conectate la condensator, scăzând presiunea în cameră provocând o eliberare rapidă. Rotirea continuă a manivelei este ceea ce mișcă pistonul.
4- Turbine cu abur
Turbinele cu abur de mare putere utilizează o serie de discuri rotative care conțin un fel de lame de tip elice pe marginea exterioară. Aceste discuri sau rotori mobile alternează cu inele staționare sau cu statori, atașate la structura turbinei pentru a redirecționa fluxul de abur.
Datorită vitezei mari de funcționare, astfel de turbine sunt conectate în mod normal la un reductor pentru a conduce un alt mecanism, cum ar fi elica unei nave.
Turbinele cu abur sunt mai durabile și necesită o întreținere mai mică decât mașinile cu piston. De asemenea, produc forțe de rotație mai ușoare pe arborele lor de ieșire, ceea ce contribuie la cerințe de întreținere mai mici și la uzură mai mică.
Utilizarea principală a turbinelor cu abur este în stațiile generatoare de energie electrică, unde viteza mare de funcționare este un avantaj, iar volumul lor relativ nu este un dezavantaj.
De asemenea, sunt utilizate în aplicații marine, alimentând nave mari și submarine. Practic toate centralele nucleare generează energie electrică prin încălzirea apei și alimentarea turbinelor cu abur.
5- Motoare cu propulsie
Există un motor de propulsie subacvatic care folosește abur de înaltă presiune pentru a trage apa printr-o admisie în față și a o expulza cu viteză mare în spate.
Când aburul se condensează pe apă, creează o undă de șoc care expulzează apa din spate.
Pentru a îmbunătăți eficiența motorului, motorul atrage aer printr-o aerisire în fața jetului de aburi, care creează bule de aer și schimbă modul în care aburul se amestecă cu apa.
Referințe
- Marshall Brain (2017). „Cum funcționează motoarele cu abur”. Preluat 14 iunie 2017 pe science.howstuffworks.com.
- New World Encyclopedia (2015). "Motor cu aburi". Adus pe 14 iunie 2017 pe newworldencyclopedia.org.
- Copii SOS (2008-2009). "Motor cu aburi". Preluat pe 14 iunie 2017 pe cs.mcgill.ca.
- Woodford, Chris (2017). "Motoare cu aburi". Preluat pe 14 iunie 2017 pe adresa explicinthatstuff.com.