5 PAGRINDINIAI GARO VARIKLIŲ TIPAI - TECHNOLOGIJA - 2025

Įvairūs garo variklių tipai per visą istoriją patyrė daugybę pokyčių, o technologijos nuolat leido jiems tobulėti nepaprastu būdu.

Iš esmės garo varikliai yra išorinio degimo varikliai, kurie vandens garų šiluminę energiją paverčia mechanine energija. Jie buvo naudojami siurbliams, lokomotyvams, laivams ir traktoriams varyti, kurie tuo metu buvo būtini pramonės revoliucijai. Šiuo metu jie naudojami elektros energijai gaminti naudojant garų turbinas.

Garo variklį sudaro katilas, naudojamas virinti vandenį ir gaminti garus. Garas plečiasi ir stumia stūmoklį ar turbiną, kurios judėjimas atliekamas sukant ratus ar vairuojant kitas mašinas.

Pirmąjį garų variklį I amžiuje sukūrė Aleksandro heronas ir vadinosi Eolipila. Jį sudarė tuščiavidurė sfera, sujungta su katilu, prie kurio buvo pritvirtinti du išlenkti vamzdžiai. Sfera buvo užpildyta virintu vandeniu, todėl garai dideliu greičiu buvo išstumiami per vamzdelius, todėl rutulys sukosi.

Nors eolipila neturėjo jokio praktinio tikslo, ji neabejotinai reiškia pirmąjį garo, kaip varomojo šaltinio, įgyvendinimą.

Herono eolipianas

Tačiau daugumą sistemų, naudojančių garą, galima suskirstyti į dvi rūšis: stūmoklinius įrenginius ir garų turbinas.

Pagrindiniai garo variklių tipai

1- Stūmokliniai aparatai

Stūmokliniai aparatai naudoja suslėgtą garą. Per dvigubo veikimo stūmoklius iš abiejų pusių pakaitomis patenka suslėgtas garas, o iš kitos pusės jis išleidžiamas arba siunčiamas į kondensatorių.

Energiją sugeria slankioji juosta, uždaryta prieš garų ištekėjimą. Šis strypas savo ruožtu varo jungiamąjį strypą, sujungtą su švaistikliu, kad grįžtamąjį judesį paverstų sukamuoju.

Be to, kitas švaistiklis naudojamas vožtuvo pavarai vairuoti, paprastai per mechanizmą, leidžiantį sukti judesį.

Kai naudojamas poros dvigubo veikimo stūmoklių, alkūnės pasvirimas kompensuojamas 90 laipsnių kampu. Tai užtikrina, kad variklis visada veiks, nesvarbu, kurioje padėtyje yra švaistiklis.

2 - Keli išsiplėtimo varikliai

Kitas garo variklio tipas naudoja kelis vienpakopius cilindrus, kurie palaipsniui didėja skersmeniu ir judesiu. Aukšto slėgio garai iš katilo yra naudojami norint nuleisti pirmąjį mažesnio skersmens stūmoklį žemyn.

Judėdami aukštyn, iš dalies išsiplėtę garai yra varomi į antrą cilindrą, kuris pradeda judėti žemyn. Dėl to dar padidėja pirmojoje kameroje išleistas palyginti aukštas slėgis.

Tarpinė kamera taip pat išleidžiama į galutinę kamerą, kuri savo ruožtu išleidžiama į kondensatorių. Šio tipo variklio modifikacija apima du mažesnius stūmoklius paskutinėje kameroje.

Šio tipo variklio plėtra buvo svarbi jo naudojimui garo laivuose, nes kondensatorius, gavęs mažai energijos, vėl pavertė garą vandeniu, kad jį būtų galima pakartotinai naudoti katile.

Antžeminiai garo varikliai galėjo išeikvoti didelę dalį savo garų ir būti papildyti gėlo vandens bokštu, tačiau jūroje tai nebuvo įmanoma.

Prieš II pasaulinį karą ir jo metu išplėtimo variklis buvo naudojamas jūrų transporto priemonėse, kurioms nereikėjo važiuoti dideliu greičiu. Tačiau kai reikėjo didesnio greičio, jį pakeitė garų turbina.

3 - vienodo ar vienodo srauto variklis

Kitas stūmoklinių mašinų tipas yra vienalytis arba vienodo srauto variklis. Šio tipo varikliuose naudojamas garas, kuris teka tik viena kryptimi kiekvienoje cilindro pusėje.

Šilumos efektyvumas pasiekiamas temperatūros gradientu per cilindrą. Garas visada patenka į karštus cilindro galus ir išeina per angas aušintuvo centre.

Dėl to sumažėja cilindrų sienelių santykinis šildymas ir aušinimas.

Vienatūriuose varikliuose garų įleidimas paprastai kontroliuojamas oro srauto vožtuvais (kurie veikia panašiai kaip tie, kurie naudojami vidaus degimo varikliuose), kuriuos įjungia skirstomasis velenas.

Įleidimo vožtuvai atidaromi, kad būtų patenkintas garas, kai judėjimo pradžioje pasiekiamas minimalus išsiplėtimo tūris.

Tam tikru momentu švaistiklio pasukimo metu garas patenka ir dangtelio įvadas užsidaro, leisdamas nuolat plėsti garą, įjungdamas stūmoklį.

Pasibaigus smūgiui, stūmoklis aptinka išmetimo angų žiedą aplink cilindro centrą.

Šios skylės yra prijungtos prie kondensatoriaus, sumažindamos slėgį kameroje ir greitai atleisdamos. Stūmoklis juda nepertraukiamu švaistiklio sukimu.

4 - garų turbinos

Didelės galios garų turbinos naudoja daugybę besisukančių diskų, kurių išoriniame krašte yra savotiškos sraigto tipo mentės. Šie kilnojamieji diskai ar rotoriai keičiasi su stacionariais žiedais arba statoriais, pritvirtintais prie turbinos konstrukcijos, kad nukreiptų garų srautą.

Dėl didelio veikimo greičio tokios turbinos paprastai yra sujungtos su reduktoriumi, kad būtų varomas kitas mechanizmas, pavyzdžiui, laivo sraigtas.

Garų turbinos yra patvaresnės ir reikalauja mažiau priežiūros nei stūmoklinės mašinos. Jie taip pat sukuria sklandesnes sukimosi jėgas savo išėjimo velenui, o tai lemia mažesnius priežiūros reikalavimus ir mažesnį nusidėvėjimą.

Garų turbinos dažniausiai naudojamos elektros energijos gamybos stotyse, kur didelis jų veikimo greitis yra pranašumas, o santykinis jų tūris nėra trūkumas.

Jie taip pat naudojami jūrų reikmėms, maitinant didelius laivus ir povandeninius laivus. Beveik visos atominės elektrinės gamina elektrą šildydamos vandenį ir tiekdamos garų turbinas.

5 - varomieji varikliai

Yra povandeninis variklis, kuris naudoja aukšto slėgio garus, kad ištrauktų vandenį iš įsiurbimo angos priekyje ir išstumtų jį dideliu greičiu iš galo.

Kai garas kondensuojasi ant vandens, susidaro smūgio banga, kuri išstumia vandenį iš užpakalio.

Siekdamas padidinti variklio efektyvumą, variklis išleidžia orą per ventiliacijos angą priešais garų srovę, kuris sukuria oro burbuliukus ir keičia garų maišymo su vandeniu būdą.

Nuorodos

1. „Maršalo smegenys“ (2017). „Kaip veikia garų varikliai“. Gauta 2017 m. Birželio 14 d. Svetainėje science.howstuffworks.com.
2. Naujoji pasaulio enciklopedija (2015). "Garų variklis". Gauta 2017 m. Birželio 14 d. Svetainėje newworldencyclopedia.org.
3. „SOS vaikai“ (2008–2009). "Garų variklis". Gauta 2017 m. Birželio 14 d., Cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Garo varikliai". Gauta 2017 m. Birželio 14 d., Paaiškinimų svetainė.