De 5 soorten hoofdstoommachines



Het andere soorten stoommachines in de loop van de geschiedenis veel veranderingen hebben ondergaan en dankzij de voortdurende technologie konden deze op een opmerkelijke manier evolueren.

In wezen zijn het externe verbrandingsmotoren die de thermische energie van waterdamp omzetten in mechanische energie.

Ze zijn gebruikt om pompen, locomotieven, schepen en tractoren aan te drijven, omdat ze op dat moment essentieel waren voor de Industriële Revolutie. Momenteel worden ze gebruikt voor het genereren van elektriciteit met behulp van stoomturbines.

Een stoommachine bestaat uit een ketel die wordt gebruikt om water te koken en stoom te produceren. De stoom zet uit en duwt een zuiger of een turbine, waarvan de beweging het werk doet van het draaien van de wielen of het besturen van andere machines.

De eerste stoommachine werd in de eerste eeuw bedacht door Heron van Alexandrië en heette eolipil.

Het bestond uit een holle bol verbonden met een ketel waaraan twee gebogen buizen waren bevestigd. De bol was gevuld met water dat kookte, waardoor de stoom met hoge snelheid uit de buizen werd gespoten en de bal ronddraaide.

Hoewel de eolipile geen praktisch doel had, vertegenwoordigt hij ongetwijfeld de eerste implementatie van stoom als een bron van voortstuwing.

De meeste systemen die stoom gebruiken, kunnen echter in twee typen worden verdeeld: zuigermachines en stoomturbines. 

Belangrijkste soorten stoommachines

1- plunjer machines

Zuigermachines gebruiken stoom onder druk. Door dubbelwerkende zuigers komt de stoom onder druk afwisselend aan elke kant terwijl aan de andere kant het wordt vrijgegeven of naar een condensor wordt gestuurd.

De energie wordt geabsorbeerd door een gesealde schuifbalk tegen het ontsnappen van stoom. Deze staaf drijft op zijn beurt een verbindingsstang aan die verbonden is met een kruk om de heen en weer gaande beweging om te zetten in een roterende beweging..

Bovendien wordt een andere slinger gebruikt om het kleptandwiel aan te drijven, gewoonlijk door een mechanisme dat de omkering van de rotatiebeweging mogelijk maakt.

Wanneer een paar dubbelwerkende zuigers wordt gebruikt, is de voortgang van de kruk 90 graden verschoven. Dit zorgt ervoor dat de motor altijd zal werken, ongeacht in welke positie de crank zich bevindt.

2- Meervoudige expansiemotoren

Een ander type stoommachine maakt gebruik van verschillende enkelwerkende cilinders die de diameter en de beweging geleidelijk vergroten.

De hogedrukstoom van de ketel wordt gebruikt om de eerste zuiger met kleinere diameter naar beneden te drijven.

In de opwaartse beweging wordt gedeeltelijk geëxpandeerde stoom in een tweede cilinder gedreven die zijn neerwaartse beweging begint.

Dit genereert een extra expansie van de relatief hoge druk die wordt vrijgegeven in de eerste kamer.

Ook wordt de tussenkamer afgevoerd naar de laatste kamer, die op zijn beurt wordt vrijgegeven aan een condensor. Een modificatie van dit type motor omvat twee kleinere zuigers in de laatste kamer.

De ontwikkeling van dit type motor was belangrijk voor gebruik in stoomschepen, omdat de condensor, bij het terugwinnen van een beetje vermogen, de stoom terug in water zette voor hergebruik in de ketel.

Terrestrische stoommachines konden veel van hun stoom verbruiken en werden gevuld met een zoetwatertoren, maar in de zee was dit niet mogelijk.

Voor en tijdens de Tweede Wereldoorlog werd de uitbreidingsmotor gebruikt in scheepsvoertuigen die niet op hoge snelheid hoefden te rijden. Toen er echter meer snelheid nodig was, werd deze vervangen door de stoomturbine.

3- Uniflow stroom-uniforme motor

Een ander type zuigermachine is de uniflow of uniforme stromingsmotor. Dit type motor gebruikt stoom die slechts in één richting in elke helft van de cilinder stroomt.

Het thermische rendement wordt bereikt door een temperatuurgradiënt langs de cilinder te hebben. De stoom komt altijd door de hete uiteinden van de cilinder en komt via openingen in het midden van de koeler naar buiten.

Dit resulteert in een vermindering van de relatieve verwarming en koeling van de cilinderwanden.

Bij uniflow-motoren wordt de stoominlaat meestal geregeld door schachtkleppen (die op dezelfde manier werken als die worden gebruikt in verbrandingsmotoren) die worden aangedreven door een nokkenas.

De inlaatkleppen openen om stoom toe te laten wanneer het minimale expansievolume aan het begin van de beweging wordt bereikt.

Op een specifiek moment van terugkeer van de kruk komt de stoom binnen en wordt de inlaat van de dop gesloten, waardoor de continue uitzetting van de stoom mogelijk wordt, waardoor de zuiger wordt bediend.

Aan het einde van de beweging zal de zuiger een ring van uitlaatgaten ontdekken rond het midden van de cilinder.

Deze gaten zijn verbonden met de condensor, waardoor de druk in de kamer wordt verlaagd, waardoor er snel kan worden losgelaten. De continue rotatie van de crank is wat de zuiger beweegt.

4- Stoomturbines

Krachtige stoomturbines gebruiken een reeks roterende schijven die een soort propellertype messen op hun buitenrand bevatten.

Deze mobiele schijven of rotors worden afgewisseld met stationaire ringen of stators, bevestigd aan de structuur van de turbine om de stoomstroom opnieuw te richten.

Vanwege de hoge werksnelheid zijn dergelijke turbines normaal verbonden met een reductietandwiel om een ​​ander mechanisme zoals een scheepsschroef te besturen..

Stoomturbines zijn duurzamer en vergen minder onderhoud dan zuigermachines. Ze produceren ook zachtere rotatiekrachten op hun uitgaande as, wat bijdraagt ​​aan lagere onderhoudsvereisten en minder slijtage.

Het belangrijkste gebruik van stoomturbines is in de elektriciteitsopwekkingsstations waar hun hoge bedrijfssnelheid een voordeel is en hun relatieve volume geen nadeel is.

Ze worden ook gebruikt in maritieme toepassingen, waardoor grote schepen en onderzeeërs worden gestimuleerd. Vrijwel alle kerncentrales produceren elektriciteit door het water te verwarmen en stoomturbines te voeden.

5- Aandrijfmotoren

Er is een onderwater voortstuwingsmotor die stoom onder hoge druk gebruikt om water door een opening aan de voorkant te trekken en deze met hoge snelheid via de achterkant uit te werpen.

Wanneer de stoom in het water condenseert, wordt een schokgolf gecreëerd die het water van achteren afvoert.

Om de motorefficiëntie te verbeteren, zuigt de motor lucht aan via een ventilatieopening voor de stoomstraal, die luchtbellen creëert en de manier verandert waarop stoom met water mengt.

referenties

  1. Marshall Brain (2017). "Hoe stoommachines werken". Opgehaald op 14 juni 2017 op science.howstuffworks.com.
  2. Nieuwe Wereld Encyclopedie (2015). "Stoommachine". Opgehaald op 14 juni 2017 op newworldencyclopedia.org.
  3. SOS Children (2008-2009). "Stoommachine". Opgehaald op 14 juni 2017 op cs.mcgill.ca.
  4. Woodford, Chris (2017). "Stoommachines" Opgehaald op 14 juni 2017 op explainthatstuff.com.