5 HLAVNÍCH TYPŮ PARNÍCH STROJŮ - TECHNOLOGIE - 2025

Různé typy parních strojů prošly v průběhu historie mnoha změnami a technologie jim neustále umožňovala vyvíjet se pozoruhodným způsobem.

Parní stroje jsou v podstatě spalovací motory, které přeměňují tepelnou energii vodní páry na mechanickou energii. Byly použity k pohonu čerpadel, lokomotiv, lodí a traktorů, které byly v té době nezbytné pro průmyslovou revoluci. V současné době se používají k výrobě elektrické energie pomocí parních turbín.

Parní stroj se skládá z kotle, který se používá k vaření vody a výrobě páry. Pára se rozpíná a tlačí pístem nebo turbínou, jejíž pohyb provádí otáčení kol nebo řízení jiných strojů.

První parní stroj byl navržen Heronem Alexandrie v 1. století a byl nazýván Eolipila. Skládalo se z duté koule připojené k kotli, ke kterému byly připojeny dvě zakřivené trubky. Koule byla naplněna vodou, která byla vařena, což způsobilo, že pára byla vytlačena zkumavkami vysokou rychlostí, což způsobilo, že se míč otáčel.

Ačkoli eolipila neměla praktický účel, nepochybně představuje první implementaci páry jako zdroje pohonu.

Heronův Aeolipian

Většina systémů využívajících páru však lze rozdělit na dva typy: pístové stroje a parní turbíny.

Hlavní typy parních motorů

1- Pístové stroje

Pístové stroje používají tlakovou páru. Přes dvojčinné písty tlaková pára vstupuje střídavě na každou stranu, zatímco na druhé straně je uvolňována nebo posílána do kondenzátoru.

Energie je absorbována posuvnou tyčí utěsněnou proti úniku páry. Tato tyč zase pohání ojnici spojenou s klikou pro přeměnu vratného pohybu na rotační pohyb.

Kromě toho se k pohonu ventilového kola používá další klika, obvykle prostřednictvím mechanismu, který umožňuje obrácení rotačního pohybu.

Při použití dvojice dvojčinných pístů je posun kliky posunut o úhel 90 stupňů. To zajišťuje, že motor bude vždy v chodu, bez ohledu na to, v jaké poloze je klika.

2 - Více expanzních motorů

Jiný typ parního stroje používá několik jednočinných válců, které postupně zvětšují průměr a pohyb. Vysokotlaká pára z kotle se používá k pohonu prvního pístu o menším průměru.

Při pohybu směrem nahoru je částečně expandovaná pára tlačena do druhého válce, který začíná svůj pohyb směrem dolů. To vytváří další expanzi relativně vysokého tlaku uvolněného v první komoře.

Mezilehlá komora se také vypouští do konečné komory, která se zase uvolňuje do kondenzátoru. Modifikace tohoto typu motoru zahrnuje dva menší písty v poslední komoře.

Vývoj tohoto typu motoru byl důležitý pro jeho použití v parních lodích, protože kondenzátor, když získává trochu energie, znovu přeměnil páru na vodu pro opětovné použití v kotli.

Pozemní parní stroje mohly vyčerpávat velkou část páry a doplňovat je ze sladkovodní věže, ale na moři to nebylo možné.

Před a během druhé světové války byl expanzní motor používán v námořních vozidlech, která nepotřebovala vysokou rychlost. Když však byla požadována vyšší rychlost, byla nahrazena parní turbínou.

3 - Uniflow nebo motor s rovnoměrným průtokem

Dalším typem pístového stroje je motor s jednosměrným nebo rovnoměrným průtokem. Tento typ motoru používá páru, která proudí pouze v jednom směru v každé polovině válce.

Tepelné účinnosti se dosáhne teplotním gradientem napříč válcem. Pára vždy vstupuje do horkých konců válce a vystupuje skrz otvory ve středu chladiče.

To má za následek snížení relativního zahřívání a chlazení stěn válců.

U motorů bez zážehu je přívod páry obvykle řízen ventily s talířovými ventily (které fungují podobně jako ventily používané u motorů s vnitřním spalováním), které jsou ovládány vačkovým hřídelem.

Vstupní ventily se otevřou, aby umožnily přívod páry, když je na začátku pohybu dosaženo minimálního expanzního objemu.

Ve specifický okamžik během otáčení kliky vstupuje pára a vstup uzávěru se uzavírá, což umožňuje plynulé rozpínání páry a ovládání pístu.

Na konci zdvihu objeví píst prstenec výfukových otvorů kolem středu válce.

Tyto otvory jsou spojeny s kondenzátorem a snižují tlak v komoře, což způsobuje rychlé uvolnění. Neustálé otáčení kliky je to, co pohybuje pístem.

4 - Parní turbíny

Vysoce výkonné parní turbíny používají řadu rotujících disků, které na svém vnějším okraji obsahují určitý druh lopatek vrtule. Tyto pohyblivé disky nebo rotory se střídají se stacionárními kroužky nebo statory, připojenými ke konstrukci turbíny pro přesměrování toku páry.

Vzhledem k vysoké rychlosti provozu jsou takové turbíny obvykle připojeny k redukčnímu zařízení, aby poháněly další mechanismus, jako je lodní vrtule.

Parní turbíny jsou odolnější a vyžadují méně údržby než pístové stroje. Rovněž vytvářejí plynulejší rotační síly na výstupní hřídeli, což přispívá k nižším požadavkům na údržbu a menšímu opotřebení.

Hlavní využití parních turbín je ve stanicích na výrobu elektřiny, kde je jejich vysoká rychlost provozu výhodou a jejich relativní objem není nevýhodou.

Oni jsou také používáni v námořních aplikacích, pohánět velká plavidla a ponorky. Prakticky všechny jaderné elektrárny vyrábějí elektřinu ohřevem vody a napájením parních turbín.

5- Pohonné motory

K dispozici je podvodní pohonný motor, který používá vysokotlakou páru k čerpání vody přes sání vpředu a vytlačení při vysoké rychlosti vzadu.

Když pára kondenzuje na vodě, vytváří rázovou vlnu, která vypuzuje vodu zezadu.

Pro zlepšení účinnosti motoru nasává vzduch vzduch skrz větrací otvor před proudem páry, který vytváří vzduchové bubliny a mění způsob, jakým se pára mísí s vodou.

Reference

1. Marshall Brain (2017). "Jak fungují parní motory". Citováno 14. června 2017 na science.howstuffworks.com.
2. Nová světová encyklopedie (2015). "Parní motor". Citováno dne 14. června 2017 na newworldencyclopedia.org.
3. SOS Children (2008-2009). "Parní motor". Citováno 14. června 2017 na cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Parní motory". Citováno dne 14. června 2017, na adrese simplthatstuff.com.