كيف تعمل محركات البخار؟

تسخين الماء نقطة الغليان ويتغير من كونه سائلاً ليصبح غاز أو بخار الماء الذي نعرفه بالبخار. عندما يصبح الماء بخارًا ، يزداد حجمه حوالي 1600 مرة ، يكون هذا التوسع ممتلئًا بالطاقة.

المحرك عبارة عن آلة تحول الطاقة إلى قوة ميكانيكية أو حركة يمكنها تحويل المكابس والعجلات. الغرض من المحرك هو توفير الطاقة ، يوفر المحرك البخاري الطاقة الميكانيكية باستخدام طاقة البخار.

المحركات البخارية كانت أول محركات ناجحة اخترعت وكانت القوة الدافعة وراء ثورة صناعية. لقد تم استخدامها لتشغيل أول القطارات والسفن والمصانع و حتى السيارات. وبينما كانت المحركات البخارية مهمة بالتأكيد في الماضي ، إلا أنها تتمتع الآن أيضًا بمستقبل جديد في إمدادنا بالطاقة بمصادر الطاقة الحرارية الأرضية.

لفهم المحرك البخاري الأساسي ، دعنا نأخذ مثالًا على المحرك البخاري الموجود في قاطرة بخارية قديمة مثل التي تم تصويرها. ستكون الأجزاء الأساسية من المحرك البخاري في قاطرة غلاية وصمام منزلق واسطوانة وخزان بخاري ومكبس وعجلة قيادة.

في المرجل ، سيكون هناك صندوق نار حيث سيتم تجريف الفحم فيه. سيظل الفحم يحترق عند درجة حرارة عالية جدًا ويستخدم لتسخين المرجل لغلي الماء مما ينتج بخارًا عالي الضغط. يوسع البخار عالي الضغط ويخرج المرجل عبر أنابيب البخار في خزان البخار. ثم يتم التحكم في البخار بواسطة صمام منزلق للانتقال إلى أسطوانة لدفع المكبس. ضغط طاقة البخار الذي يدفع المكبس يحول عجلة القيادة في دائرة ، مما يخلق الحركة للقاطرة.

كان البشر على دراية بقوة البخار لعدة قرون. مهندس يوناني ، بطل الاسكندرية (حوالي 100 م) ، تم تجريبه بالبخار واختراع مادة الإهليلج ، المحرك البخاري الأول ولكن الخام للغاية. كان البيضاوي عبارة عن كرة معدنية مثبتة فوق غلاية ماء مغلي. انتقل البخار من خلال الأنابيب إلى المجال. أطلق أنبوبان على شكل حرف L على الجانبين المتقابلين من الكرة البخار ، مما أعطى دفعة للكرة التي تسببت في دورانها. ومع ذلك ، لم يدرك البطل مطلقًا إمكانات aeolipile ، وقد مرت قرون قبل اختراع محرك بخاري عملي.

في عام 1698 ، مهندس إنجليزي ، توماس سافري براءة اختراع أول محرك بخاري خام. استخدم سافري اختراعه لضخ المياه من منجم فحم. في عام 1712 ، مهندس إنجليزي وحدادة ، توماس نيوكومين اخترع المحرك البخاري الجوي. كان الغرض من المحرك البخاري ل Newcomen أيضًا إزالة الماء من المناجم. في عام 1765 ، مهندس اسكتلندي ، جيمس واط بدأ في دراسة المحرك البخاري لتوماس نيوكومين واخترع نسخة محسنة. كان محرك واط هو أول من كان لديه حركة دوارة. كان تصميم James Watt هو التصميم الذي نجح وانتشر استخدام المحركات البخارية على نطاق واسع.

كان للمحركات البخارية تأثير عميق على تاريخ النقل. بحلول أواخر القرن الثامن عشر ، أدرك المخترعون أن المحركات البخارية يمكنها تشغيل القوارب وأن أول بخار ناجح تجاريًا اخترعه جورج ستيفنسون. بعد عام 1900 ، بدأت محركات الاحتراق الداخلي للبنزين والديزل استبدال محركات المكبس البخاري. ومع ذلك ، عادت المحركات البخارية إلى الظهور في السنوات العشرين الماضية.

قد يكون من المستغرب أن نعرف أن 95 في المئة من الطاقة النووية تستخدم المصانع المحركات البخارية لتوليد الطاقة. نعم ، يتم استخدام قضبان الوقود المشع في محطة للطاقة النووية تمامًا مثل الفحم في قاطرة بخارية لغلي الماء وخلق طاقة بخارية. ومع ذلك ، فإن التخلص من قضبان الوقود المشع المستهلكة ، وتعرض محطات الطاقة النووية لخطر الزلازل وغيرها من القضايا يجعل الجمهور والبيئة في خطر كبير.

الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة المولدة باستخدام البخار الناتج عن الحرارة المنبعثة من القلب المنصهر للأرض. محطات الطاقة الحرارية الأرضية نسبيا التكنولوجيا الصديقة للبيئة. كانت شركة Kaldara Green Energy ، وهي شركة نرويجية / آيسلندية لتصنيع معدات إنتاج الطاقة الكهربائية الحرارية الأرضية ، هي المبتكر الرئيسي في هذا المجال.

يمكن لمحطات الطاقة الحرارية الشمسية أيضًا استخدام التوربينات البخارية لتوليد طاقتها.