Dampfmaschine

Eine Dampfmaschine ist ein Hitzemotor, der mechanische Arbeit mit dem Dampf als seine Arbeitsflüssigkeit durchführt.

Dampfmaschinen sind Außenverbrennungsmotoren, wo die Arbeitsflüssigkeit von den Verbrennungsprodukten getrennt ist. Nichtverbrennen-Hitzequellen wie Sonnenmacht, Kernkraft oder geothermische Energie können verwendet werden. Wasser wendet sich Dampf in einem Boiler zu und erreicht einen Hochdruck. Wenn ausgebreitet, durch Kolben oder Turbinen wird mechanische Arbeit getan. Der Dampf des reduzierten Drucks wird dann in die Atmosphäre veröffentlicht oder kondensiert und hat zurück in den Boiler gepumpt. Der ideale thermodynamische Kreisprozess, der verwendet ist, um diesen Prozess zu analysieren, wird den Zyklus von Rankine genannt. Die meisten beweglichen Dampfmaschinen und einige kleinere stationäre Motoren verwerfen den Unterdruckdampf, anstatt es für den Wiedergebrauch zu kondensieren.

Die Idee, kochendes Wasser zu verwenden, um mechanische Bewegung zu erzeugen, hat eine sehr lange Geschichte, ungefähr 2,000 Jahre zurückgehend. Frühe Geräte waren nicht praktische Macht-Erzeuger, aber fortgeschrittenere Designs, die verwendbare Macht erzeugen, sind eine Hauptquelle der mechanischen Macht im Laufe der letzten 300 Jahre geworden, mit Anwendungen dafür beginnend, Wasser von Gruben mit Vakuummotoren zu entfernen. Nachfolgende Entwicklungen haben unter Druck gesetzten Dampf verwendet und haben sich geradlinig zur Rotationsbewegung umgewandelt, die das Antreiben einer breiten Reihe der Produktionsmaschinerie ermöglicht hat. Diese Motoren konnten überall gelegt werden, dass Wasser und Kohlen- oder Holzbrennstoff erhalten werden konnten, wohingegen vorherige Installationen auf Positionen beschränkt wurden, wo Wasserräder oder Windmühlen verwendet werden konnten. Bedeutsam würde diese Macht-Quelle später auf Fahrzeuge wie Dampftraktoren und Eisenbahnlokomotiven angewandt. Die Dampfmaschine war ein kritischer Bestandteil der Industriellen Revolution, die primäre Energiequelle für die moderne Massenproduktion Produktionsmethoden zur Verfügung stellend. Moderne Dampfturbinen erzeugen ungefähr 90 % der elektrischen Macht in den Vereinigten Staaten mit einer Vielfalt von Hitzequellen.

Im allgemeinen Gebrauch kann sich der Begriff 'Dampfmaschine' auf einheitliche Dampfwerke wie Eisenbahndampflokomotiven und tragbare Motoren beziehen, oder kann sich auf die Maschinerie allein, als im Balken stationäre und Motordampfmaschine beziehen. Spezialgeräte wie Dampfhämmer und Dampfbodenstampfer sind vom von einem getrennten Boiler gelieferten Dampf abhängig.

Geschichte

Die Geschichte der Dampfmaschine streckt sich zurück so weit das erste Jahrhundert n.Chr.; die erste registrierte rudimentäre Dampfmaschine, die der aeolipile ist, vom griechischen Mathematiker Hero Alexandrias beschrieben. In den folgenden Jahrhunderten waren die wenigen dampfangetriebenen 'Motoren', die darüber bekannt sind, im Wesentlichen experimentelle von Erfindern verwendete Geräte, um die Eigenschaften des Dampfs zu demonstrieren. Ein rudimentäres Dampfturbinengerät wurde durch den Al-Lärm von Taqi 1551 und von Giovanni Branca 1629 beschrieben. Denis Papin ein hugenottischer Flüchtling hat etwas nützliche Arbeit am Dampf digester 1679 getan, und hat zuerst einen Kolben verwendet, um Gewichte 1690 zu erheben.

Der erste praktische dampfangetriebene 'Motor' war eine Wasserpumpe, entwickelt 1698 von Thomas Savery. Es hat ein Vakuum verwendet, um Wasser von unten, dann verwendeter Dampfdruck zu erheben, um es höher zu erheben. Kleine Motoren waren wirksam, obwohl größere Modelle problematisch waren. Sie haben sich nur erwiesen, eine beschränkte Lifthöhe zu haben, und waren für Boiler-Explosionen anfällig. Es hat etwas Gebrauch in Gruben und pumpenden Stationen erhalten.

Der erste gewerblich erfolgreiche Motor war der atmosphärische Motor, der von Thomas Newcomen 1712 erfunden ist. Es hat von Technologien Gebrauch gemacht, die von Savery und Papin entdeckt sind. Der Motor von Newcomen war relativ ineffizient, und in den meisten Fällen wurde verwendet, um Wasser zu pumpen. Es gearbeitet durch das Schaffen eines teilweisen Vakuums durch das Kondensieren des Dampfs in einem Zylinder. Es wurde verwendet, um meinigen Tätigkeit an Tiefen bisher unmöglich zu dränieren, und auch für eine Mehrwegwasserversorgung zur Verfügung zu stellen, um Wasserräder an Fabriken gelegt weg von einem passenden 'Kopf' zu steuern. Wasser, das das Rad übertragen hatte, wurde gepumpt unterstützen in ein Lagerungsreservoir über dem Rad.

1720 hat Jacob Leupold eine zwei Zylinderdampfmaschine des Hochdrucks gebaut. Die Erfindung wurde in seiner Hauptarbeit "Theatri Machinarum Hydraulicarum" veröffentlicht. Der Motor hat zwei leitungsbelastete Kolben verwendet, die eine dauernde Bewegung einer Wasserpumpe zur Verfügung stellen. Jeder Kolben wurde durch den Dampfdruck erhoben und ist zu seiner ursprünglichen Position durch den Ernst zurückgekehrt. Die zwei Kolben haben einen allgemeinen vier Weg Drehklappe verbunden direkt mit einem Dampfboiler geteilt.

Der folgende Hauptschritt ist vorgekommen, als sich James Watt (1763-75) eine verbesserte Version des Motors von Newcomen mit einem getrennten Kondensator entwickelt hat. Der Motor von Watt hat um 75 % weniger Kohle verwendet als Newcomen, und war folglich viel preiswerter, um zu laufen. Watt ist fortgefahren, seinen Motor weiter zu entwickeln, es modifizierend, um eine Drehbewegung zur Verfügung zu stellen, die passend ist, für Fabrikmaschinerie zu steuern. Das hat Fabriken ermöglicht, weg von Flüssen gelegt zu werden, und hat weiter den Schritt der Industriellen Revolution beschleunigt.

Die frühen Motoren von Newcomen und Watts waren "atmosphärisch": Das Kondensieren des Dampfs hat ein teilweises Vakuum, aber nicht den Druck des dehnbaren Dampfs erzeugt, während Luftdruck den Kolben in seine Startposition zurückgegeben hat, den Zyklus vollendend. Die Motorzylinder mussten groß sein, weil die einzige verwendbare Kraft, die ihnen folgt, wegen des atmosphärischen Drucks war.

1800, Richard Trevithick und getrennt Oliver Evans (1801) eingeführte Motoren mit dem Hochdruckdampf. Diese waren viel stärker als vorherige Motoren und konnten klein genug für Transportanwendungen gemacht werden. Danach sind technologische Entwicklungen und Verbesserungen in Produktionstechniken (teilweise verursacht durch die Adoption der Dampfmaschine als eine Macht-Quelle) auf das Design von effizienteren Motoren hinausgelaufen, die schneller kleiner, oder abhängig von der beabsichtigten Anwendung stärker sein konnten.

Die Corliss Dampfmaschine, ein Vier-Klappen-Gegenfluss-Motor mit der getrennten Dampfaufnahme und Auslassventile, wurde den bedeutendsten Fortschritt in der Dampfmaschine seit James Watt genannt. Zusätzlich zum Verwenden von um 30 % weniger Dampf hat es gleichförmigere Geschwindigkeit zur Verfügung gestellt, das Machen davon hat gut zur Herstellung, besonders dem Baumwolldrehen gepasst.

Die Endhauptevolution des Dampfmaschine-Designs war der Schalter von Kolben bis Turbinen, die im frühen Teil des 20. Jahrhunderts anfangen. Turbinen sind effizienter als Kolben, haben weniger bewegende Teile, und stellen Rotationsmacht direkt statt durch ein Pleuelstange-System oder ähnliche Mittel zur Verfügung.

Dampfmaschinen sind die dominierende Quelle der Macht gut ins 20. Jahrhundert geblieben, als Fortschritte im Design von elektrischen Motoren und inneren Verbrennungsmotoren allmählich auf den Ersatz von sich revanchierenden (Kolben) Dampfmaschinen im Handelsbrauch und die Überlegenheit von Dampfturbinen in der Energieerzeugung hinausgelaufen sind. Heute wird der grösste Teil der Dampfmacht durch Turbinen zur Verfügung gestellt.

Dampfzyklus

Der Zyklus von Rankine ist die grundsätzliche thermodynamische Untermauerung der Dampfmaschine. Der Zyklus von Rankine ist ein Zyklus, der Hitze in die Arbeit umwandelt. Die Hitze wird äußerlich einem geschlossenen Regelkreis geliefert, der in Dampfmaschinen Wasser und Dampf enthält. Dieser Zyklus erzeugt ungefähr 90 % der ganzen elektrischen Macht verwendet weltweit, einschließlich eigentlich aller Sonnen-thermisch, Biomasse, Kohlen- und Kernkraftwerke. Es wird nach William John Macquorn Rankine, einer schottischen Polymathematik genannt.

Der Rankine Zyklus wird manchmal einen praktischen Zyklus von Carnot genannt, weil, wenn eine effiziente Turbine verwendet wird, das TS Diagramm beginnt, dem Zyklus von Carnot zu ähneln. Der Hauptunterschied ist, dass Hitzehinzufügung (im Boiler) und Verwerfung (im Kondensator) isobaric (unveränderlicher Druck) im Zyklus von Rankine und isothermisch (unveränderliche Temperatur) im theoretischen Zyklus von Carnot ist. In diesem Zyklus wird eine Pumpe auch verwendet, um die Arbeitsflüssigkeit unter Druck zu setzen, die vom Kondensator als eine Flüssigkeit statt als ein Benzin erhalten ist. Wenn sie die Arbeitsflüssigkeit durch den Zyklus weil pumpt, verlangt eine Flüssigkeit, dass ein sehr kleiner Bruchteil der Energie es verglichen mit dem Zusammendrücken von der Arbeitsflüssigkeit als ein Benzin in einem Kompressor (als im Zyklus von Carnot) transportieren musste.

Die Arbeitsflüssigkeit in einem Zyklus von Rankine folgt einem geschlossenen Regelkreis und wird ständig wiederverwendet. Während viele Substanzen im Zyklus von Rankine verwendet werden konnten, ist Wasser gewöhnlich die Flüssigkeit der Wahl wegen seiner geneigten Eigenschaften, wie nichttoxische und unreaktive Chemie, Überfluss, und niedrige Kosten, sowie seine thermodynamischen Eigenschaften.

Es ist auch nützlich, das historische Maß einer Energieeffizienz einer Dampfmaschine, seiner "Aufgabe" einzuführen. Das Konzept der Aufgabe wurde zuerst von Watt eingeführt, um zu illustrieren, wieviel effizienter seine Motoren über die früheren Designs von Newcomen waren. Aufgabe ist die Zahl von Fußpfunden der Arbeit, die durch den brennenden einen Scheffel (94 Pfunde) Kohle geliefert ist. Die besten Beispiele von Designs von Newcomen hatten eine Aufgabe von ungefähr 7 Millionen, aber die meisten waren an 5 Millionen näher. Die ursprünglichen Unterdruckdesigns von Watt sind im Stande gewesen, Aufgabe nicht weniger als 25 Millionen zu liefern, aber haben ungefähr 17 im Durchschnitt betragen. Das war eine dreifache Verbesserung über das durchschnittliche Design von Newcomen. Frühe mit dem Hochdruckdampf ausgestattete Motoren von Watt haben das zu 65 Millionen verbessert.

Bestandteile von Dampfmaschinen

Es gibt zwei grundsätzliche Bestandteile eines Dampfwerks: Der Boiler oder Dampfgenerator und die "Motoreinheit", haben sich als eine "Dampfmaschine" gekennzeichnet. Stationäre Dampfmaschinen in festen Gebäuden können die zwei Teile in getrennten Gebäuden eine Entfernung einzeln haben. Für den tragbaren oder beweglichen Gebrauch, wie Dampflokomotiven, werden die zwei zusammen bestiegen.

Andere Bestandteile sind häufig da; Pumpen (wie ein Injektor), um Wasser dem Boiler während der Operation, Kondensatoren zu liefern, um das Wasser in Umlauf wiederzusetzen und die latente Hitze der Eindampfung und Superheizungen wieder zu erlangen, um die Temperatur des Dampfs über seinem durchtränkten Dampf-Punkt und verschiedenen Mechanismen zu erheben, den Entwurf für fireboxes zu vergrößern. Wenn Kohle, eine Kette oder Schraube-Schüren-Mechanismus und sein Laufwerk-Motor verwendet wird oder Motor eingeschlossen werden kann, um den Brennstoff von einem Versorgungsbehälter (Bunker) zum firebox zu bewegen.

Hitzequelle

Die Hitze, die erforderlich ist, für das Wasser zu kochen und den Dampf zu liefern, kann aus verschiedenen Quellen, meistens davon abgeleitet werden, Zündstoffe mit einer passenden Versorgung von Luft in einem geschlossenen Raum (genannt verschiedenartig Verbrennungsraum, firebox) zu verbrennen. In einigen Fällen ist die Hitzequelle ein Kernreaktor oder geothermische Energie.

Boiler

Boiler sind Druck-Behälter, die Wasser enthalten, das, und eine Art Mechanismus zu kochen ist, für die Hitze dem Wasser zu übertragen, um es zu kochen.

Zwei ist der grösste Teil der üblichen Methodik, Hitze dem Wasser zu übertragen:

  1. Wassertube-Boiler - Wasser wird darin enthalten oder eine oder mehrere Tuben durchbohrt, die durch heißes Benzin umgeben sind
  2. Feuertube-Boiler - das Wasser füllt teilweise einen Behälter unten oder innen, der ein Verbrennungsraum oder Brennofen und Feuertuben ist, durch die das heiße Benzin überflutet

Einmal zugewandt Dampf, viele Boiler erheben die Temperatur des Dampfs weiter, 'nassen Dampf' in den 'überhitzten Dampf' verwandelnd. Dieser Gebrauch des Überhitzens verhindert den Dampf, der sich innerhalb des Motors verdichtet, und erlaubt bedeutsam größere Leistungsfähigkeit.

Motoreinheiten

Eine Motoreinheit nimmt eine Versorgung des Dampfs am Hochdruck und der Temperatur und gibt eine Versorgung des Dampfs am niedrigeren Druck und der Temperatur, mit so viel des Unterschieds in der Dampfenergie wie möglich aus, um mechanische Arbeit zu tun.

Eine Motoreinheit wird häufig 'Dampfmaschine' in seinem eigenen Recht genannt. Sie werden auch auf Druckluft oder anderem Benzin funktionieren.

Einfache Vergrößerung

Das bedeutet, dass eine Anklage des Dampfs nur einmal im Zylinder arbeitet. Es wird dann direkt in die Atmosphäre oder in einen Kondensator erschöpft, aber restliche Hitze kann wenn erforderlich verwertet werden, um einen Wohnraum zu heizen, oder warmen feedwater für den Boiler zur Verfügung zu stellen.

In den meisten sich revanchierenden Kolbenmotoren kehrt der Dampf seine Richtung des Flusses bei jedem Schlag (Gegenfluss) um, hereingehend und vom Zylinder durch denselben Hafen ausströmend. Der ganze Motorzyklus besetzt eine Folge der Kurbel und zwei Kolbenschläge; der Zyklus umfasst auch vier Ereignisse - Aufnahme, Vergrößerung, Auslassventil, Kompression. Diese Ereignisse werden von Klappen kontrolliert, die häufig innerhalb eines Schieberkastens neben dem Zylinder arbeiten; die Klappen verteilen den Dampf durch die Öffnung und die Schlussdampfhäfen, die mit dem Zylinderende (N) kommunizieren, und werden durch das Klappe-Zahnrad gesteuert, dessen es viele Typen gibt.

Die einfachsten Klappe-Getriebe geben Ereignisse der festen Länge während des Motorzyklus und lassen häufig den Motor in nur einer Richtung rotieren. Haben Sie am meisten jedoch einen Umkehren-Mechanismus, der zusätzlich Mittel zur Verfügung stellen kann, um Dampf als Geschwindigkeit zu sparen, und Schwung allmählich "die Kürzung der Abkürzung" oder eher, die Kürzung des Aufnahme-Ereignisses gewonnen werden; das verlängert der Reihe nach proportional die Vergrößerungsperiode. Jedoch, als ein und dieselbe Klappe kontrolliert gewöhnlich sowohl Dampfflüsse, eine kurze Abkürzung an der Aufnahme betrifft nachteilig das Auslassventil als auch Kompressionsperioden, die ideal immer ziemlich unveränderlich behalten werden sollten; wenn das Auspuffereignis zu kurz ist, kann die Gesamtheit des Auspuffdampfs nicht den Zylinder ausleeren, es erwürgend und übermäßige Kompression ("Stoß zurück") gebend.

In den 1840er Jahren und 50er Jahren gab es Versuche, dieses Problem mittels verschiedener offener Klappe-Getriebe mit einer getrennten, variablen Abkürzungsvergrößerungsklappe zu überwinden, die auf der Rückseite von der Hauptgleiten-Klappe reitet; die Letzteren hatten gewöhnlich befestigt oder Abkürzung beschränkt. Die vereinigte Einstellung hat eine schöne Annäherung der idealen Ereignisse, auf Kosten der vergrößerten Reibung und des Tragens gegeben, und der Mechanismus hat dazu geneigt, kompliziert zu werden. Die übliche Kompromisslösung ist gewesen, Runde durch die Verlängerung von reibenden Oberflächen der Klappe auf solche Art und Weise zur Verfügung zu stellen, um auf den Hafen auf der Aufnahme-Seite mit der Wirkung überzugreifen, dass die Auspuffseite offen seit einer längeren Periode bleibt, nachdem die Abkürzung auf der Aufnahme-Seite vorgekommen ist. Das zweckdienlich ist allgemein befriedigend zu den meisten Zwecken seitdem betrachtet worden und macht möglich der Gebrauch des einfacheren Stephensons, Joy und der Bewegungen von Walschaerts. Corliss, und später, poppet Klappe-Getriebe hatte getrennte Aufnahme und Auslassventile, die durch Reisemechanismen oder profilierte Nocken gesteuert sind, um ideale Ereignisse zu geben; die meisten dieser Getriebe sind nie außerhalb des stationären Marktplatzes wegen verschiedener anderer Probleme einschließlich der Leckage und feineren Mechanismen erfolgreich gewesen.

:Compression

Bevor die Auspuffphase, die Auspuffseite der Klappe-Enden ziemlich abgeschlossen ist, einen Teil des Auspuffdampfs innerhalb des Zylinders schließend. Das bestimmt die Kompressionsphase, wo ein Kissen des Dampfs gebildet wird, gegen den der Kolben wirklich arbeitet, während seine Geschwindigkeit schnell abnimmt; es begegnet außerdem den Druck und Temperaturstoß, der durch die plötzliche Aufnahme des Dampfs des Hochdrucks am Anfang des folgenden Zyklus sonst verursacht würde.

:Lead

Die obengenannten Effekten werden weiter durch die Versorgung der Leitung erhöht: Wie später mit dem inneren Verbrennungsmotor entdeckt wurde, ist es vorteilhaft seit dem Ende der 1830er Jahre gefunden worden, um die Aufnahme-Phase vorzubringen, der Klappe mit gutem Beispiel vorangehend, so dass Aufnahme etwas vor dem Ende des Auspuffschlags vorkommt, um das Abfertigungsvolumen zu füllen, das die Häfen und die Zylinderenden umfasst (nicht ein Teil des kolbengekehrten Volumens), bevor der Dampf beginnt, Anstrengung auf den Kolben auszuüben.

Schwingende Zylinderdampfmaschinen

Eine schwingende Zylinderdampfmaschine ist eine Variante der einfachen Vergrößerungsdampfmaschine, die Klappen zum direkten Dampf in und aus dem Zylinder nicht verlangt. Statt Klappen, der kompletten Zylinderfelsen, oder, schwingt solch, dass sich ein oder mehr Löcher im Zylinder mit Löchern in einem festen Hafen-Gesicht oder im Türangel-Steigen (Drehzapfen) aufstellen. Diese Motoren werden in Spielsachen und Modellen wegen ihrer Einfachheit hauptsächlich verwendet, aber sind auch in der vollen Größe Arbeitsmotoren hauptsächlich auf Schiffen verwendet worden, wo ihre Kompaktheit geschätzt wird.

Zusammengesetzte Motoren

Da Dampf in einem Motor des Hochdrucks seine Temperaturfälle ausbreitet, weil keine Hitze zum System hinzugefügt wird; das ist als adiabatische Vergrößerung bekannt und läuft auf Dampf hinaus, der in den Zylinder bei der hohen Temperatur eingeht und bei der niedrigen Temperatur abreist. Das verursacht einen Zyklus der Heizung und des Abkühlens des Zylinders mit jedem Schlag, der eine Quelle der Wirkungslosigkeit ist.

Eine Methode, den Umfang dieser Heizung und des Abkühlens zu vermindern, wurde 1804 vom britischen Ingenieur Arthur Woolf erfunden, der seinen Hochdruck von Woolf patentiert hat, 'setzen Motor 1805 zusammen. Im zusammengesetzten Motor breitet sich der Dampf des Hochdrucks vom Boiler in einem Zylinder des Hochdrucks (HP) aus und geht dann in einen oder mehr nachfolgende Zylinder des niedrigeren Drucks (LP) ein. Die ganze Vergrößerung des Dampfs kommt jetzt über vielfache Zylinder vor, und wie weniger Vergrößerung jetzt in jedem Zylinder vorkommt, wird weniger Hitze durch den Dampf in jedem verloren. Das reduziert den Umfang der Zylinderheizung und des Abkühlens, die Leistungsfähigkeit des Motors vergrößernd. Gleiche Arbeit vom niedrigeren Druck-Dampf abzuleiten, verlangt ein größeres Zylindervolumen, weil dieser Dampf ein größeres Volumen besetzt. Deshalb werden die langweilige Angelegenheit, und häufig der Schlag, in Tiefdruck-Zylindern vergrößert, die auf größere Zylinder hinauslaufen.

Doppelte Vergrößerung (gewöhnlich bekannt als Zusammensetzung) Motoren hat den Dampf in zwei Stufen ausgebreitet. Die Paare können kopiert werden, oder die Arbeit des großen Tiefdruck-Zylinders kann mit einem Zylinder des Hochdrucks gespalten werden, der in einen oder den anderen ausströmt, ein 3-Zylinder-Lay-Out gebend, wo Zylinder und Kolbendiameter über dasselbe Bilden der sich revanchierenden Massen sind, die leichter sind zu balancieren.

Zwei-Zylinder-Zusammensetzungen können als eingeordnet werden:

  • Böse Zusammensetzungen - Die Zylinder sind nebeneinander.
  • Tandem-Zusammensetzungen - Die Zylinder sind der Länge nach, eine allgemeine Pleuelstange steuernd
  • Winkelzusammensetzungen - Die Zylinder werden in einem vee (gewöhnlich in einem 90 °-Winkel) eingeordnet und steuern eine allgemeine Kurbel.

Mit in der Eisenbahnarbeit verwendeten Zwei-Zylinder-Zusammensetzungen werden die Kolben mit den Kurbeln als mit einem Zwei-Zylinder-einfachen an 90 ° gegenphasigen mit einander (quartered) verbunden.

Wenn die doppelte Vergrößerungsgruppe kopiert wird, eine 4-Zylinder-Zusammensetzung erzeugend, werden die individuellen Kolben innerhalb der Gruppe gewöhnlich an 180 °, die Gruppen erwogen, die an 90 ° auf einander setzen werden. In einem Fall (der erste Typ der Zusammensetzung von Vauclain) haben die Kolben in derselben Phase gearbeitet, eine allgemeine Zwischenüberschrift und Kurbel steuernd, die wieder an 90 ° bezüglich eines Zwei-Zylinder-Motors gesetzt ist.

Mit der zusammengesetzten 3-Zylinder-Einordnung wurden die LP-Kurbeln entweder an 90 ° mit dem HP ein an 135 ° zu den anderen zwei, oder in einigen Fällen gesetzt alle drei Kurbeln wurden an 120 ° gesetzt.

Die Adoption des Zusammensetzens war für Industrieeinheiten für Straßenmotoren üblich und fast für Seemotoren nach 1880 universal; es war in Eisenbahnlokomotiven nicht allgemein populär, wo es häufig, wie kompliziert, wahrgenommen wurde. Das ist teilweise wegen der harten Eisenbahnbetriebsumgebung und des beschränkten durch das Lademaß gewährten Raums (besonders in Großbritannien, wo das Zusammensetzen nie üblich und nach 1930 nicht verwendet war). Jedoch, obwohl nie in der Mehrheit, es in vielen anderen Ländern populär war.

Vielfache Vergrößerungsmotoren

Es ist eine logische Erweiterung des zusammengesetzten Motors (beschrieben oben), um die Vergrößerung in noch mehr Stufen zu spalten, um Leistungsfähigkeit zu vergrößern. Das Ergebnis ist der vielfache Vergrößerungsmotor. Solche Motoren verwenden entweder drei oder vier Vergrößerungsstufen und sind als dreifache und vierfache Vergrößerungsmotoren beziehungsweise bekannt. Diese Motoren verwenden eine Reihe von doppelt wirkenden Zylindern des progressiv zunehmenden Diameters und/oder Schlags und folglich Volumens. Diese Zylinder werden entworfen, um die Arbeit in drei oder vier, als passende, gleiche Teile für jede Vergrößerungsbühne zu teilen. Als mit dem doppelten Vergrößerungsmotor, wo Raum an einer Prämie ist, können zwei kleinere Zylinder eines großen Summe-Volumens für die Tiefdruck-Bühne verwendet werden. Vielfache Vergrößerungsmotoren hatten normalerweise eingeordnete andere verschiedene, aber Reihenbildungen der Zylinder wurden verwendet. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde das Yarrow-Schlick-Tweedy-Ausgleichen 'System' auf einigen dreifachen Seevergrößerungsmotoren verwendet. Y-S-T-Motoren haben die Tiefdruck-Vergrößerungsstufen zwischen zwei Zylindern, ein an jedem Ende des Motors geteilt. Das hat der Kurbelwelle erlaubt, besser erwogen zu werden, auf einen glatteren, schneller antwortenden Motor hinauslaufend, der mit weniger Vibrieren gelaufen ist. Das hat den 4-Zylinder-Motor der dreifachen Vergrößerung populär bei großen Personenüberseedampfern (wie die Olympische Klasse) gemacht, aber wurde durch die eigentlich schwingungsfreie Turbine (sieh unten) schließlich ersetzt.

Das Image zum Recht zeigt einen Zeichentrickfilm eines dreifachen Vergrößerungsmotors. Der Dampf reist durch den Motor vom linken bis Recht. Die Klappe-Brust für jeden der Zylinder ist links vom entsprechenden Zylinder.

Landgestützte Dampfmaschinen konnten viel von ihrem Dampf erschöpfen, wie fressen, war Wasser gewöhnlich sogleich verfügbar. Vor und während des Ersten Weltkriegs hat der Vergrößerungsmotor Seeanwendungen beherrscht, wo hohe Behälter-Geschwindigkeit nicht notwendig war. Es wurde jedoch durch die britische Erfindungsdampfturbine ersetzt, wo Geschwindigkeit, zum Beispiel in Schlachtschiffen, wie die furchtlosen Kriegsschiffe und Überseedampfer erforderlich war. 1905 war das erste Hauptschlachtschiff, um die bewiesene Technologie des sich revanchierenden Motors mit der dann neuartigen Dampfturbine zu ersetzen.

Uniflow (oder unaflow) Motor

Das ist beabsichtigt, um die Schwierigkeiten zu beheben, die aus dem üblichen Gegenfluss-Zyklus entstehen, der oben erwähnt ist, was bedeutet, dass bei jedem Schlag der Hafen und die Zylinderwände durch den vorübergehenden Auspuffdampf abgekühlt werden, während der heißere eingehende Aufnahme-Dampf etwas von seiner Energie in der Wiederherstellung der Arbeitstemperatur vergeuden wird. Das Ziel des uniflow ist, diesen Defekt durch die Versorgung eines zusätzlichen Hafens zu beheben, der durch den Kolben am Ende jedes Schlags aufgedeckt ist, der den Dampf nur in einer Richtung fließen lässt. Dadurch bedeutet, Thermalleistungsfähigkeit wird verbessert, indem sie einen unveränderlichen Temperaturanstieg entlang der langweiligen Zylinderangelegenheit gehabt wird. Wie man berichtet, gibt die einfache Vergrößerung uniflow Motor Leistungsfähigkeit, die zu diesem von klassischen zusammengesetzten Systemen mit dem zusätzlichen Vorteil der höheren Leistung der Teil-Last gleichwertig ist. Es ist auch zum Hochleistungsgebrauch sogleich anpassungsfähig und war eine allgemeine Weise, Elektrizitätsgeneratoren zum Ende des 19. Jahrhunderts vor dem Kommen von der Dampfturbine zu steuern.

Alle allgemeinen Dampfaufnahme-Klappen, wie Gleiten-Klappen, Kolbenklappen und Drehtyp-Klappen Corliss, sind auf uniflow Motoren verwendet worden, die gewöhnlich durch allgemeinen eccentrics angetrieben sind. Die fortgeschrittensten uniflow Motoren haben poppet Klappen verwendet, die hohe Dampfeinlasstemperaturen erlauben. Die Einlassventile können durch ein doppeltes Nocken-System gesteuert werden, dessen Synchronisierung und Dauer kontrollierbar ist; das erlaubt Anpassungen an das hohe Drehmoment und die Macht, wenn erforderlich, mit dem zurückhaltenderen Gebrauch des Dampfs und der größeren Vergrößerung für das wirtschaftliche Kreuzen.

Motoren von Uniflow sind in einfach wirkenden, doppelt wirkenden, einfachen und zusammengesetzten Versionen erzeugt worden. Skinner einfach wirkendes 4-Kurbeln-8-Zylinder-Tandem setzt Motormacht zwei Große Seeschiffe zusammen, noch heute (2007) handelnd. Das ist der Heilige Marys Challenger, der 2005 100 Jahre der dauernden Operation als ein angetriebenes Transportunternehmen vollendet hat (der Motor von Skinner wurde 1950 geeignet), und das Autofährschiff.

Am Anfang der 1950er Jahre wurde der Motor von Ultimax - eine 2-Kurbeln-4-Zylinder-Einordnung, die Skinner ähnlich ist - von Abner Doble für das Autoprojekt von Paxton mit entgegengesetzten einfach wirkenden Zylindern des Tandems entwickelt, die wirksame doppelte Handlung geben.

Kleine uniflow Dampfmaschinen sind als Konvertierungen von inneren Zweitaktverbrennungsmotoren, durch die Fütterung des Zylinders mit dem Dampf über eine "Klappe des heftigen Schlags" im Zündkerze-Loch gemacht worden, das offen durch den Kolben geschlagen wird, der die Spitze seines Schlags erreicht.

Turbinenmotoren

Eine Dampfturbine besteht aus einem oder mehr Rotoren (Scheiben rotieren lassend) bestiegen auf einer Antriebswelle, mit einer Reihe von Statoren (statische Scheiben) befestigt zur Turbinenumkleidung abwechselnd. Die Rotoren haben eine einem Propeller ähnliche Einordnung von Klingen am Außenrand. Dampf handelt nach diesen Klingen, Drehbewegung erzeugend. Der Stator besteht aus einem ähnlichen, aber befestigt, Reihe von Klingen, die dienen, um den Dampffluss auf die folgende Rotor-Bühne umzuadressieren. Eine Dampfturbine strömt häufig in einen Oberflächenkondensator aus, der ein Vakuum zur Verfügung stellt. Die Stufen einer Dampfturbine werden normalerweise eingeordnet, um die maximale potenzielle Arbeit aus einer spezifischen Geschwindigkeit und Druck des Dampfs herauszuziehen, eine Reihe veränderlich großen hoch und Tiefdruck-Stufen verursachend. Turbinen sind nur wirksam, wenn sie mit der sehr hohen Geschwindigkeit rotieren, deshalb werden sie gewöhnlich mit der Verminderung verbunden, die eingreift, um einen anderen Mechanismus wie ein Propeller eines Schiffs mit einer niedrigeren Geschwindigkeit zu steuern. Dieses Getriebe kann mechanisch sein, aber heute ist es üblicher, einen Wechselstromgenerator/Generatoranlage zu verwenden, um Elektrizität zu erzeugen, die später verwendet wird, um einen elektrischen Motor zu steuern. Ein Turbinenrotor ist auch nur dazu fähig, Macht zur Verfügung zu stellen, wenn er in einer Richtung rotiert. Deshalb sind eine Umkehren-Bühne oder Getriebe gewöhnlich erforderlich, wo Macht in der entgegengesetzten Richtung erforderlich ist.

Dampfturbinen stellen direkte Rotationskraft zur Verfügung und verlangen deshalb keinen Verbindungsmechanismus, Erwiderung zur Drehbewegung umzuwandeln. So erzeugen sie glattere Rotationskräfte auf der Produktionswelle. Das trägt zu einer niedrigeren Wartungsvoraussetzung und weniger Tragen auf der Maschinerie bei, die sie antreiben als ein vergleichbarer sich revanchierender Motor.

Der Hauptgebrauch für Dampfturbinen ist in der Elektrizitätsgeneration (ungefähr 90 % der elektrischen Produktion in der Welt sind durch den Gebrauch von Dampfturbinen), und in einem kleineren Ausmaß als primäre Seeenergiequellen. Im ersteren ist die hohe Geschwindigkeit der Folge ein Vorteil, und in beiden Fällen ist der Verhältnishauptteil nicht ein Nachteil; in den Letzteren (hat auf Turbinia den Weg gebahnt), sind das leichte Gewicht, die hohe Leistungsfähigkeit und die hohe Macht hoch wünschenswert.

Eigentlich erzeugen alle Kernkraftwerke Elektrizität durch die Heizung von Wasser, um Dampf zur Verfügung zu stellen, der eine mit einem elektrischen Generator verbundene Turbine steuert. Atomschiffe und Unterseeboote jeder Gebrauch eine Dampfturbine direkt für den Hauptantrieb, mit Generatoren, die Hilfsmacht zur Verfügung stellen, oder turboelektrischen Antrieb verwenden, wohin der Dampf eine Turbinengeneratoranlage mit dem durch elektrische Motoren zur Verfügung gestellten Antrieb steuert. Eine begrenzte Zahl von Dampfturbinengleise-Lokomotiven wurde verfertigt. Einige sich nichtverdichtende Lokomotiven des direkten Laufwerkes haben sich wirklich mit etwas Erfolg für lange Ziehen-Frachtoperationen in Schweden und für die ausdrückliche Personenarbeit in Großbritannien getroffen, aber wurden nicht wiederholt. Anderswohin, namentlich in den Vereinigten Staaten, wurden fortgeschrittenere Designs mit der elektrischen Übertragung experimentell gebaut, aber nicht wieder hervorgebracht. Es wurde gefunden, dass Dampfturbinen der Gleise-Umgebung nicht ideal angepasst wurde und diese Lokomotiven gescheitert haben, die klassische sich revanchierende Dampfeinheit in der Weise zu vertreiben, wie moderne elektrische und Dieseltraktion getan hat.

Drehdampfmaschinen

Es ist möglich, einen Mechanismus zu verwenden, der auf einem pistonless Rotationskolbenmotor wie der Motor von Wankel im Platz der Zylinder und das Klappe-Zahnrad einer herkömmlichen sich revanchierenden Dampfmaschine gestützt ist. Viele solche Motoren sind von der Zeit von James Watt bis zu den heutigen Tag entworfen worden, aber relativ wenige wurden wirklich gebaut, und sogar weniger sind in Menge-Produktion eingetreten; sieh Verbindung im Grunde des Artikels für mehr Details. Das Hauptproblem ist die Schwierigkeit, die Rotoren zu siegeln, um sie dampfdicht angesichts des Tragens und der Thermalvergrößerung zu machen; die resultierende Leckage hat sie sehr ineffizient gemacht. Fehlen Sie des mitteilsamen Arbeitens, oder jedes Mittel der Kontrolle der Abkürzung ist auch ein ernstes Problem mit vielen solchen Designs.

Vor den 1840er Jahren war es klar, dass das Konzept innewohnende Probleme hatte und Rotationskolbenmotoren mit einem Hohn in der technischen Presse behandelt wurden. Jedoch haben die Ankunft der Elektrizität auf der Szene und die offensichtlichen Vorteile, einen Dynamo direkt von einem Hochleistungsmotor zu steuern, zu etwas eines Wiederauflebens im Interesse in den 1880er Jahren und 1890er Jahren geführt, und einige Designs hatten etwas beschränkten Erfolg.

Der wenigen Designs, die in der Menge verfertigt wurden, sind diejenigen von Hult Brothers Rotary Steam Engine Company Stockholms, Schweden und des kugelförmigen Motors des Beauchamp Turms bemerkenswert. Die Motoren des Turms wurden durch die Große Osteisenbahn verwendet, um sich entzündende Dynamos auf ihren Lokomotiven, und durch das Admiralsamt zu steuern, um Dynamos an Bord die Schiffe der Royal Navy zu steuern. Sie wurden schließlich in diesen Nische-Anwendungen durch Dampfturbinen ersetzt.

Typ Rocket

Der aeolipile vertritt den Gebrauch des Dampfs durch den Grundsatz der Rakete-Reaktion, obwohl nicht für den direkten Antrieb.

In moderneren Zeiten hat es beschränkten Gebrauch des Dampfs für die Raketentechnik - besonders für Rakete-Autos gegeben. Die Technik ist im Konzept einfach, füllen Sie einfach einen Druck-Behälter mit heißem Wasser am Hochdruck, und öffnen Sie eine Klappe, die zu einer passenden Schnauze führt. Der Fall im Druck kocht sofort etwas vom Wasser und den Dampfblättern durch eine Schnauze, eine bedeutende treibende Kraft gebend.

Es gibt sogar spekulative Pläne für den interplanetarischen Gebrauch. Obwohl Dampfraketen in ihrem Gebrauch von Treibgas relativ ineffizient sind, kann das nicht sehr gut von Bedeutung sein, weil, wie man glaubt, das Sonnensystem äußerst große Läden des Wassereises hat, das als Treibgas verwendet werden kann. Das Extrahieren dieses Wassers und das Verwenden davon in interplanetarischen Raketen verlangen mehrere Größenordnungen weniger Ausrüstung als das Brechen davon zu Wasserstoff und Sauerstoff für die herkömmliche Raketentechnik.

Kaltes Becken

Als mit allen Hitzemotoren wird eine beträchtliche Menge der überflüssigen Hitze bei der relativ niedrigen Temperatur erzeugt und muss verfügt werden.

Das einfachste kalte Becken soll den Dampf zur Umgebung abreagieren. Das wird häufig auf Dampflokomotiven verwendet, weil der veröffentlichte Dampf im Schornstein veröffentlicht wird, um die Attraktion auf dem Feuer zu vergrößern, das außerordentlich Motormacht vergrößert, aber ineffizient ist. Sich verdichtende Dampflokomotiven sind gebaut worden, aber nur für spezielle Anwendungen wie das Arbeiten in Tunnels.

Manchmal ist die überflüssige Hitze in und von sich nützlich, und in jenen Fällen sehr hoch kann gesamte Leistungsfähigkeit erhalten werden. Zum Beispiel verwenden vereinigte Hitze und Macht (CHP) Systeme den überflüssigen Dampf für die Fernheizung.

Wo CHP, Dampfturbinen im Kraftwerk-Gebrauch Oberflächenkondensatoren als ein kaltes Becken nicht verwendet wird. Die Kondensatoren werden durch den Wasserfluss von Ozeanen, Flüssen, Seen, und häufig durch Kühltürme abgekühlt, die Wasser verdampfen, um kühl werdende Energieeliminierung zur Verfügung zu stellen. Die resultierende kondensierte heiße Wasserproduktion vom Kondensator wird dann in den Boiler über eine Pumpe zurückgestellt. Der Wasserdampf mit verladenen Tröpfchen häufig wird das gesehene Wogen von Kraftwerken durch die Kühlsysteme (nicht vom geschlossenen Regelkreis Macht-Zyklus von Rankine) erzeugt und vertritt die überflüssige Energiehitze (das Pumpen und die Eindampfung), der zur nützlichen Arbeit in der Turbine nicht umgewandelt werden konnte. Bemerken Sie, dass Kühltürme das Verwenden der latenten Hitze der Eindampfung von kühl werdender Flüssigkeit bedienen. Die weißen wogenden Wolken, die sich in der Kühlturm-Operation formen, sind das Ergebnis von Wassertröpfchen in der Atmosphäre, die verladen im Kühlturm-Luftstrom werden; sie sind nicht, wie allgemein gedacht, veröffentlichter Dampf.

Wasserpumpe

Der Rankine Zyklus und die praktischsten Dampfmaschinen haben eine Wasserpumpe, um das Boiler-Wasser wiederzuverwenden oder zu übersteigen, so dass sie unaufhörlich geführt werden können. Die Wasserpumpe kann fast jedes Typs sein, obwohl spezielle Typen, wie ein Injektor, der eine Pumpe ist, die ein Dampfstrahl verwendet, das gewöhnlich vom Boiler geliefert ist, und auf vielen Dampflokomotiven da ist.

Überwachung der Ausrüstung

Aus Sicherheitsgründen werden fast alle Dampfmaschinen mit Mechanismen ausgestattet, den Boiler, wie ein Druckmesser und ein Anblick-Glas zu kontrollieren, um den Wasserspiegel zu kontrollieren.

Viele Motoren, stationär und beweglich, werden auch mit einem Gouverneur ausgerüstet, um die Geschwindigkeit des Motors ohne das Bedürfnis nach der menschlichen Einmischung (ähnlich dem Temporegler in einigen Autos) zu regeln.

Das nützlichste Instrument, für die Leistung von Dampfmaschinen zu analysieren, ist der Dampfmaschine-Hinweis. Frühe Versionen waren im Gebrauch vor 1851, aber der erfolgreichste Hinweis wurde für den hohen Geschwindigkeitsmotorerfinder und Hersteller Charles Porter von Charles Richard entwickelt und hat auf der Londoner Ausstellung 1862 ausgestellt. Der Dampfmaschine-Hinweis verfolgt auf Papier den Druck im Zylinder überall im Zyklus, der verwendet werden kann, um verschiedene Probleme zu entdecken und entwickelte Pferdestärke zu berechnen. Es wurde von Ingenieuren, Mechanik und Versicherungsinspektoren alltäglich verwendet. Der Motorhinweis kann auch auf inneren Verbrennungsmotoren verwendet werden. Sieh Image des Anzeigediagramms oben.

Vorteile

Die Kraft der Dampfmaschine zu modernen Zwecken ist in seiner Fähigkeit, Hitze von fast jeder Quelle in die mechanische Arbeit verschieden vom inneren Verbrennungsmotor umzuwandeln.

Ähnliche Vorteile werden in einem verschiedenen Typ des Außenverbrennungsmotors, des Motors von Stirling gefunden, der effiziente Macht (mit fortgeschrittenen Wiedergeneratoren und großen Heizkörpern) auf Kosten eines viel niedrigeren power-to-size/weight Verhältnisses anbieten kann als sogar moderne Dampfmaschinen mit Kompaktboilern. Diese Stirling Motoren werden nicht gewerblich erzeugt, obwohl die Konzepte versprechen.

Dampflokomotiven sind an hohen Erhebungen besonders vorteilhaft, weil sie durch den niedrigeren atmosphärischen Druck nicht nachteilig betroffen werden. Das wurde unachtsam entdeckt, als Dampflokomotiven, die an hohen Höhen in den Bergen Südamerikas bedient sind, durch dieselelektrische Einheiten der gleichwertigen Meeresspiegel-Macht ersetzt wurden. Diese wurden durch viel stärkere Lokomotiven schnell ersetzt, die dazu fähig sind, genügend Macht an der hohen Höhe zu erzeugen.

Für Straßenfahrzeuge ist Dampfantrieb im Vorteil, hoch Drehmoment vom stationären zu haben, das Bedürfnis nach einer Kupplung und Übertragung entfernend, obwohl Anlauf-Zeit und das genug kompakte Verpacken ein Problem bleiben.

In der Schweiz (Brienz Rothhorn) und Österreich (Schafberg Bahn) haben sich neue Gestell-Dampflokomotiven sehr erfolgreich erwiesen. Sie wurden gestützt auf einem Design der 1930er Jahre von schweizerischen Lokomotive- und Maschinenarbeiten (SLM) entworfen, aber mit allen heutigen möglichen Verbesserungen wie Rolle-Lager hat Wärmedämmung, Zündung des leichten Öls, innere Stromlinienverkleidung, ein Mann-Fahren und so weiter verbessert. Diese sind auf um 60 Prozent niedrigeren Kraftstoffverbrauch pro Passagier hinausgelaufen und haben massiv Kosten für die Wartung und das Berühren reduziert. Volkswirtschaft ist jetzt ähnlich oder besser als mit den meisten fortgeschrittenen elektrischen oder Dieselsystemen. Auch ein Dampfzug mit der ähnlichen Geschwindigkeit und Kapazität ist um 50 Prozent leichter als ein elektrischer oder Dieselzug so besonders auf Gestell-Eisenbahnen, bedeutsam Abnutzung auf der Spur reduzierend. Außerdem wurde eine neue Dampfmaschine für ein Paddel-Dampfschiff auf dem See Genf, Montreux, entworfen und gebaut, die erste lebensgroße Schiff-Dampfmaschine in der Welt mit einer elektronischen Fernbedienung seiend. Die Dampfgruppe von SLM 2000 hat eine ganz gehörige Gesellschaft genannt DLM geschaffen, um moderne Dampfmaschinen und Dampflokomotiven zu entwerfen.

Sicherheit

Dampfmaschinen besitzen Boiler und andere Bestandteile, die Druck-Behälter sind, die sehr viel potenzielle Energie enthalten. Dampfflüchte und Boiler-Explosionen (normalerweise BLEVEs) können und großen Verlust des Lebens in der Vergangenheit verursacht haben. Während Schwankungen in Standards in verschiedenen Ländern, streng gesetzlich bestehen können, Prüfung, Ausbildung, wird die Sorge mit der Fertigung, der Operation und dem Zertifikat angewandt, um zu versuchen, solche Ereignisse zu minimieren oder zu verhindern.

Misserfolg-Weisen können einschließen:

  • over-pressurisation des Boilers
  • ungenügendes Wasser in der Boiler-Verursachen-Überhitzung und dem Behälter-Misserfolg
  • Druck-Behälter Misserfolg des Boilers wegen des unzulänglichen Aufbaus oder der Wartung.
  • Flucht des Dampfs von pipework/boiler das Verursachen der Verbrennung

Dampfmaschinen besitzen oft zwei unabhängige Mechanismen, um sicherzustellen, dass der Druck im Boiler zu hoch nicht geht; einer kann vom Benutzer angepasst werden, das zweite wird normalerweise als ein äußerster ausfallsicherer entworfen. Solche Sicherheitsklappen verwenden normalerweise einen einfachen Hebel, um einen Absperrhahn in der oberen Seite eines Boilers zu aktivieren. Ein Ende des Hebels wird dem Absperrhahn beigefügt, während der andere ein Gewicht beifügen ließ und seine Position angepasst werden kann, um den Druck zu ändern, an dem Stamm automatisch durch den Absperrhahn veröffentlicht wird.

Führen Sie schmelzbare Stecker können in der Krone des firebox da sein. Wenn der Wasserspiegel, solch fällt, dass die Temperatur der Firebox-Krone-Zunahmen bedeutsam, die Leitung schmilzt und die Dampfflüchte, die Maschinenbediener warnend, die dann das Feuer manuell fallen lassen können. Außer im kleinsten von Boilern hat die Dampfflucht wenig Wirkung auf das Befeuchten des Feuers. Die Stecker sind auch im Gebiet zu klein, um Dampfdruck bedeutsam, depressurizing der Boiler zu senken. Wenn sie etwas größer wären, würde das Volumen des flüchtenden Dampfs selbst die Mannschaft gefährden.

Leistungsfähigkeit

:: Siehe auch: Motor efficiency#Steam Motor

Die Leistungsfähigkeit eines Motors kann durch das Teilen der Energieproduktion der mechanischen Arbeit berechnet werden, die der Motor durch den Energieeingang zum Motor durch den brennenden Brennstoff erzeugt.

Kein Hitzemotor kann effizienter sein als der Zyklus von Carnot, in dem Hitze von einem hohen Temperaturreservoir bis eines bei einer niedrigen Temperatur bewegt wird, und die Leistungsfähigkeit vom Temperaturunterschied abhängt. Für die größte Leistungsfähigkeit sollten Dampfmaschinen bei der höchsten Dampftemperatur möglich (überhitzter Dampf) bedient werden, und die überflüssige Hitze bei der niedrigsten möglichen Temperatur veröffentlichen.

Die Leistungsfähigkeit eines Zyklus von Rankine wird gewöhnlich durch die Arbeitsflüssigkeit beschränkt. Ohne den Druck, der super kritische Niveaus für die Arbeitsflüssigkeit erreicht, erstreckt sich die Temperatur der Zyklus kann funktionieren ist ziemlich klein; in Dampfturbinen sind Turbinenzugang-Temperaturen normalerweise 565°C (die kriechen Grenze von rostfreiem Stahl), und Kondensator-Temperaturen sind ringsherum 30°C. Das gibt eine theoretische Leistungsfähigkeit von Carnot von ungefähr 63 % im Vergleich zu einer wirklichen Leistungsfähigkeit von 42 % für ein modernes Kohlekraftwerk. Diese niedrige Turbinenzugang-Temperatur (im Vergleich zu einer Gasturbine) ist, warum der Zyklus von Rankine häufig als ein Grundieren-Zyklus in Gasturbinenkraftwerken des vereinigten Zyklus verwendet wird.

Einer der Hauptvorteile der Zyklus von Rankine verschiebt andere, ist, dass während der Kompressionsbühne relativ wenig Arbeit erforderlich ist, die Pumpe, die Arbeitsflüssigkeit zu steuern, die in seiner flüssigen Phase an diesem Punkt ist. Durch das Kondensieren von der Flüssigkeit verbraucht die durch die Pumpe erforderliche Arbeit nur 1 % bis 3 % der Turbinenmacht und trägt zu einer viel höheren Leistungsfähigkeit für einen echten Zyklus bei. Der Vorteil davon wird etwas wegen der niedrigeren Hitzehinzufügungstemperatur verloren. Gasturbinen haben zum Beispiel Turbinenzugang-Temperaturen nähernd 1500°C. Dennoch wird die Wirksamkeit von wirklichen großen Dampfzyklen und großen modernen Gasturbinen ziemlich gut verglichen.

In der Praxis wird eine Dampfmaschine, die den Dampf zur Atmosphäre erschöpft, normalerweise eine Leistungsfähigkeit (einschließlich des Boilers) im Rahmen 1-10 % haben, aber mit der Hinzufügung eines Kondensators und vielfachen Vergrößerung kann es zu 25 % oder besser außerordentlich verbessert werden.

Eine moderne große Station der elektrischen Leistung (mehrere hundert Megawatt der elektrischen Produktion erzeugend), mit der Dampfwiederhitze wird haushälterischer Mensch usw. Leistungsfähigkeit Mitte der 40. anordnen mit den effizientesten Einheiten erreichen, die sich 50-%-Thermalleistungsfähigkeit nähern.

Es ist auch möglich, die überflüssige Hitze mit der Kraftwärmekopplung zu gewinnen, in der die überflüssige Hitze verwendet wird, für einen niedrigeren Siedepunkt Arbeitsflüssigkeit oder als eine Hitzequelle für die Fernheizung über den durchtränkten Tiefdruck-Dampf zu heizen. Dadurch bedeutet, dass es möglich ist, nicht weniger als 85-90 % der Eingangsenergie zu verwenden.

Anwendungen

Seit dem Anfang des 18. Jahrhunderts ist Dampfmacht auf eine Vielfalt des praktischen Gebrauches angewandt worden. Zuerst wurde es auf die Erwiderung von Pumpen angewandt, aber von den 1780er Jahren haben Rotationsmotoren (d. h. diejenigen, die sich revanchierende Bewegung in die Drehbewegung umwandeln), begonnen, zu erscheinen, Fabrikmaschinerie wie spinnende Maulesel und mechanische Webstühle steuernd. Am Ende des 19. Jahrhunderts hat dampfangetriebener Transport sowohl auf dem Meer als auch auf Land begonnen, sein Äußeres zu machen, das jemals dominierender wird, als das Jahrhundert fortgeschritten ist.

Wie man

sagen kann, sind Dampfmaschinen die bewegende Kraft hinter der Industriellen Revolution gewesen und haben weit verbreiteten kommerziellen Gebrauch gesehen Maschinerie in Fabriken, Mühlen und Gruben steuern; das Antreiben von pumpenden Stationen; und das Antreiben von Transportgeräten wie Eisenbahnlokomotiven, Schiffe und Straßenfahrzeuge. Ihr Gebrauch in der Landwirtschaft hat zu einer Zunahme im für die Kultivierung verfügbaren Land geführt.

Sehr niedrige Macht-Motoren sind an Macht-Modelle und Spielsachen und Spezialitätsanwendungen wie die Dampfuhr gewöhnt.

Die Anwesenheit mehrerer Phasen zwischen Hitzequelle und Macht-Übergabe hat bedeutet, dass es immer schwierig gewesen ist, ein Verhältnis der Macht zum Gewicht in der Nähe dessen zu erhalten, das von inneren Verbrennungsmotoren erreichbar ist; namentlich das hat Dampfflugzeug äußerst selten gemacht. Ähnliche Rücksichten haben bedeutet, dass für den kleinen und Anwendungsdampf der mittleren Skala durch innere Verbrennungsmotoren oder elektrische Motoren größtenteils ersetzt worden ist, der der Dampfmaschine ein überholtes Image gegeben hat. Jedoch ist es wichtig sich zu erinnern, dass die dem elektrischen Bratrost gelieferte Macht mit dem Dampfturbinenwerk vorherrschend erzeugt wird, so dass indirekt die Industrie in der Welt noch von der Dampfmacht abhängig ist. Neue Sorgen über Kraftstoffquellen und Verschmutzung haben ein erneuertes Interesse am Dampf sowohl als ein Bestandteil von Kraftwärmekopplungsprozessen als auch als a angeregt. Das wird bekannt als die Fortgeschrittene Dampfbewegung.

Dampfmaschinen können durch ihre Anwendung klassifiziert werden:

Stationäre Anwendungen

Stationäre Dampfmaschinen können in zwei Haupttypen eingeteilt werden:

  1. Krumme Motoren, Walzwerk-Motoren, Dampfesel, Seemotoren und ähnliche Anwendungen, die oft anhalten und umkehren müssen.
  2. Motoren, die Macht zur Verfügung stellen, die selten anhalten und nicht umzukehren brauchen. Diese schließen Motoren ein, die in Thermalkraftwerke und diejenigen verwendet sind, die in pumpenden Stationen, Mühlen, Fabriken und zu Stromkabel-Eisenbahnen und Kabelstraßenbahn vor dem weit verbreiteten Gebrauch der elektrischen Macht verwendet wurden.

Der Dampfesel ist technisch ein stationärer Motor, aber wird auf Stützbalken bestiegen, um halbtragbar zu sein. Es wird entworfen, um Gebrauch zu loggen, und kann sich zu einer neuen Position schleppen. Das Winde-Kabel zu einem kräftigen Baum am gewünschten Bestimmungsort gesichert, wird die Maschine an den Ankerpunkt herangehen, weil das Kabel winched darin ist.

Ein tragbarer Motor ist ein stationärer auf Rädern bestiegener Motor, so dass er zu einer Arbeitsseite von Pferden oder einer Zugmaschine abgeschleppt werden kann, anstatt in einer einzelnen Position befestigt zu werden.

Transportanwendungen

Dampfmaschinen sind verwendet worden, um eine breite Reihe von Transportgeräten anzutreiben:

  • Marinesoldat: Dampfschiff, Dampfer, Dampfjacht
  • Schiene: Dampflokomotive, fireless Lokomotive
  • Landwirtschaft: Zugmaschine, Dampftraktor
  • Straße: Dampfwagen, Dampfbus, Dampfdreirad, Dampfauto
  • Aufbau: Dampfrolle, Löffelbagger
  • Militär: Dampfzisterne hat (verfolgt), Dampfzisterne, hat Dampfkatapult (sich umgedreht)
  • Raum: Dampfrakete

In diesen Anwendungen werden innere Verbrennungsmotoren jetzt wegen ihres höheren Verhältnisses der Macht zum Gewicht, niedrigerer Wartung und Raumvoraussetzungen verwendet.

Moderne Anwendungen

Obwohl die sich revanchierende Dampfmaschine nicht mehr im weit verbreiteten kommerziellen Gebrauch ist, erforschen verschiedene Gesellschaften oder nutzen das Potenzial des Motors als eine Alternative zu inneren Verbrennungsmotoren aus.

Die Gesellschaft Energiprojekt AB in Schweden hat Fortschritte im Verwenden moderner Materialien gemacht, für die Macht des Dampfs anzuspannen. Die Leistungsfähigkeit der Dampfmaschine von Energiprojekt erreicht ungefähr 27-30 % auf Hochdruckmotoren. Es ist ein Einzelschritt-, 5-Zylinder-Motor (keine Zusammensetzung) mit dem überhitzten Dampf und verzehrt sich ungefähr des Dampfs pro kWh.

Siehe auch

  • Aeolipile
  • Zusammengesetzte Lokomotive
  • Getriebedampflokomotive
  • Giovanni Battista della Porta
  • Geschichte von Dampfstraßenfahrzeugen
  • Der Motorreporter von Lean
  • Liste von Dampfmuseen
  • Liste von Dampfmessen
  • Die Liste der Dampftechnologie patentiert
  • Lebender Dampf
  • Seedampfmaschine
  • Musterdampfmaschine
  • Tragbarer Motor
  • Erwiderung des Motors
  • Salomon de Caus
  • Dampfschiff
  • Dampflokomotive
  • Steampunk
  • Dampfmacht während der Industriellen Revolution
  • Dampfwalze
  • Dampfdreirad
  • Dampfturbine
  • Noch Motor-
  • Zeitachse der Dampfmacht
  • Zugmaschine
  • Klappe-Zahnrad

Weiterführende Literatur

  • Crump, Thomas. Eine kurze Geschichte des Alters des Dampfs: Vom ersten Motor bis die Boote und Eisenbahnen (2007)

Sozialversicherung / Teufel
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