DE 5 HOVEDTYPER AV DAMPMOTORER - TEKNOLOGI - 2026

De forskjellige typene dampmotorer har gjennomgått mange endringer gjennom historien, og teknologien har kontinuerlig tillatt dem å utvikle seg på en bemerkelsesverdig måte.

I hovedsak er dampmotorer ekstern forbrenningsmotorer som konverterer den termiske energien til vanndamp til mekanisk energi. De har vært vant til kraftpumper, lokomotiver, skip og traktorer, og var på det tidspunktet avgjørende for den industrielle revolusjonen. For tiden brukes de til generering av elektrisk energi ved bruk av dampturbiner.

En dampmaskin består av en kjele som brukes til å koke vann og produsere damp. Dampen utvides og skyver et stempel eller en turbin, hvis bevegelse gjør arbeidet med å snu hjulene eller kjøre andre maskiner.

Den første dampmotoren ble utviklet av Heron fra Alexandria på 1000-tallet og ble kalt Eolipila. Den besto av en hul kule koblet til en kjele som to buede rør var festet til. Kulen var fylt med vann som ble kokt, noe som fikk dampen til å bli drevet ut gjennom rørene med høy hastighet, noe som fikk ballen til å snurre.

Selv om eolipila ikke hadde et praktisk formål, representerer det utvilsomt den første implementeringen av damp som en kilde til fremdrift.

Herons Aeolipian

Imidlertid kan de fleste systemer som bruker damp deles inn i to typer: stempelmaskiner og dampturbiner.

Hovedtyper av dampmotorer

1- Stempelmaskiner

Stempelmaskiner bruker damp under trykk. Gjennom dobbeltvirkende stempler trer damp underveis vekselvis på hver side, mens den på den andre frigjøres eller sendes til en kondensator.

Energien blir absorbert av en glidestang forseglet mot dampens utslipp. Denne stangen driver på sin side en forbindelsesstang koblet til en veiv for å konvertere den frem- og tilbakegående bevegelse til roterende bevegelse.

I tillegg brukes en annen veiv for å drive ventilutstyret, vanligvis gjennom en mekanisme som tillater reversering av rotasjonsbevegelsen.

Når du bruker et par dobbeltvirkende stempler, blir veivfremføringen forskjøvet med en 90 graders vinkel. Dette sikrer at motoren alltid vil gå, uansett hvilken stilling sveiven er i.

2- Flere ekspansjonsmotorer

En annen type dampmotor bruker flere enkeltvirkende sylindre som gradvis øker i diameter og bevegelse. Høyttrykksdamp fra kjelen brukes til å drive det første stempelet med mindre diameter ned.

I bevegelsen oppover blir den delvis ekspanderte dampen drevet inn i en andre sylinder som begynner sin nedadgående bevegelse. Dette genererer en ytterligere utvidelse av det relativt høye trykket som frigjøres i det første kammer.

Mellomkammeret slippes også ut til sluttkammeret, som igjen frigjøres til en kondensator. En modifisering av denne typen motor innlemmer to mindre stempler i det siste kammeret.

Utviklingen av denne typen motorer var viktig for dens bruk i dampskip, siden kondensatoren, når den gjenvinner litt av kraften, igjen konverterte dampen til vann for å brukes om igjen i kjelen.

Terrestriske dampmotorer kunne ta ut mye av dampen og bli fylt på nytt fra et tårn med ferskvann, men til sjøs var dette ikke mulig.

Før og under andre verdenskrig ble ekspansjonsmotoren brukt i marine kjøretøy som ikke trengte å gå i høy hastighet. Når det kreves mer hastighet, ble den imidlertid erstattet av dampturbinen.

3 - Uniflow eller jevn strømningsmotor

En annen type stempelmaskin er uniflow eller uniform flow-motor. Denne typen motor bruker damp som bare strømmer i en retning i hver halvdel av sylinderen.

Termisk virkningsgrad oppnås ved å ha en temperaturgradient over sylinderen. Damp kommer alltid inn i de varme endene av sylinderen og kommer ut gjennom åpninger i midten av kjøleren.

Dette resulterer i en reduksjon i relativ oppvarming og kjøling av sylinderveggene.

I uniflow-motorer styres innløpet til damp vanligvis av klappventiler (som fungerer på samme måte som de som brukes i forbrenningsmotorer) som aktiveres av en kamaksel.

Innløpsventiler åpnes for å tillate damp når minimum ekspansjonsvolum er nådd i begynnelsen av bevegelsen.

I et spesifikt øyeblikk under sving av sveiv, kommer dampen inn og hetten innløp lukkes, noe som tillater kontinuerlig utvidelse av dampen, ved å aktivere stemplet.

På slutten av stryket vil stempelet oppdage en ring av eksoshull rundt midten av sylinderen.

Disse hullene er koblet til kondensatoren, og senker trykket i kammeret og forårsaker en hurtig utløsning. Den kontinuerlige rotasjonen av sveiven er det som beveger stemplet.

4 - Dampturbiner

Høykraftige dampturbiner bruker en serie roterende skiver som inneholder en slags propell-type blader på ytterkanten. Disse bevegelige skiver eller rotorer veksler med stasjonære ringer eller statorer, festet til turbinstrukturen for å omdirigere dampstrømmen.

På grunn av den høye driftshastigheten er slike turbiner normalt koblet til et reduksjonsgir for å drive en annen mekanisme, for eksempel en skips propell.

Dampturbiner er mer holdbare og krever mindre vedlikehold enn stempelmaskiner. De produserer også jevnere rotasjonskrefter på utgangsakselen, noe som bidrar til lavere vedlikeholdskrav og mindre slitasje.

Hovedbruken av dampturbiner er i kraftproduksjonsstasjoner der deres høye hastighet er en fordel og deres relative volum ikke er en ulempe.

De brukes også i marine applikasjoner, og driver store fartøyer og ubåter. Så godt som alle kjernekraftverk produserer strøm ved å varme opp vann og mate dampturbiner.

5- Fremdriftsmotorer

Det er en fremdriftsmotor under vann som bruker høytrykksdamp for å trekke vann gjennom et inntak foran og fordrive det med høyt turtall bak.

Når dampen kondenserer på vannet, skaper det en sjokkbølge som driver ut vannet bakfra.

For å forbedre motoreffektiviteten trekker motoren inn luft gjennom en lufte foran dampstrålen, og skaper luftbobler og endre måten damp blandes med vannet.

referanser

1. Marshall Brain (2017). "Hvordan dampmotorer fungerer". Hentet 14. juni 2017 på science.howstuffworks.com.
2. New World Encyclopedia (2015). "Dampmaskin". Hentet 14. juni 2017 på newworldencyclopedia.org.
3. SOS Children (2008-2009). "Dampmaskin". Hentet 14. juni 2017 på cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Dampmotorer". Hentet 14. juni 2017 på declarthatstuff.com.