5 HLAVNÝCH TYPOV PARNÝCH MOTOROV - TECHNOLÓGIE - 2025

Rôzne typy parných strojov prešli v priebehu histórie mnohými zmenami a technológia im neustále umožňovala vyvíjať sa pozoruhodným spôsobom.

Parné stroje sú v zásade spaľovacie motory, ktoré premieňajú tepelnú energiu vodnej pary na mechanickú energiu. Používali sa na pohon čerpadiel, lokomotív, lodí a traktorov, čo bolo v tom čase nevyhnutné pre priemyselnú revolúciu. V súčasnosti sa používajú na výrobu elektrickej energie pomocou parných turbín.

Parný stroj sa skladá z kotla, ktorý sa používa na varenie vody a výrobu pary. Para sa rozťahuje a tlačí na piest alebo turbínu, ktorých pohyb spôsobuje otáčanie kolies alebo pohon iných strojov.

Prvý parný stroj navrhol Heron z Alexandrie v 1. storočí a nazval sa Eolipila. Pozostávala z dutej gule spojenej s kotlom, na ktorý boli pripevnené dve zakrivené rúry. Guľa bola naplnená vodou, ktorá bola prevarená, čo spôsobilo, že para bola vytlačená rúrkami vysokou rýchlosťou, čo spôsobilo, že sa lopta otáčala.

Hoci eolipila nemala praktický účel, predstavuje nepochybne prvú implementáciu pary ako zdroja pohonu.

Heron's Aeolipian

Väčšina systémov používajúcich paru sa však dá rozdeliť na dva typy: piestové stroje a parné turbíny.

Hlavné typy parných motorov

1 - Piestové stroje

Piestové stroje používajú tlakovú paru. Prostredníctvom dvojčinných piestov vstupuje tlaková para striedavo na každej strane, zatiaľ čo na druhej sa uvoľňuje alebo privádza do kondenzátora.

Energia je absorbovaná posuvnou tyčou utesnenou proti úniku pary. Táto tyč zasa poháňa ojnicu spojenú s kľukou, aby premenil vratný pohyb na rotačný pohyb.

Ďalej sa na pohon ventilového kolesa používa iná kľuka, zvyčajne prostredníctvom mechanizmu, ktorý umožňuje reverzáciu rotačného pohybu.

Pri použití dvojice dvojčinných piestov je posun kľuky posunutý o 90 stupňov. To zaisťuje, že motor bude vždy v chode, bez ohľadu na to, v akej polohe je kľuka.

2 - Viacnásobné expanzné motory

Iný typ parného motora používa niekoľko jednočinných valcov, ktoré postupne zväčšujú priemer a pohyb. Vysokotlaková para z kotla sa používa na pohon prvého piestu s menším priemerom.

Pri pohybe smerom nahor sa čiastočne expandovaná para vtláča do druhého valca, ktorý začína svoj pohyb smerom nadol. Toto vytvára ďalšie rozpínanie relatívne vysokého tlaku uvoľneného v prvej komore.

Medziľahlá komora sa tiež vypúšťa do konečnej komory, ktorá sa potom uvoľňuje do kondenzátora. Modifikácia tohto typu motora obsahuje dva menšie piesty v poslednej komore.

Vývoj tohto typu motora bol dôležitý pre jeho použitie v parných lodiach, pretože kondenzátor, keď získava trochu energie, znova premení paru na vodu na opätovné použitie v kotli.

Pozemné parné stroje mohli vyčerpať väčšinu svojej pary a doplniť ju zo sladkovodnej veže, ale na mori to nebolo možné.

Pred a počas druhej svetovej vojny sa expanzný motor používal v námorných vozidlách, ktoré nemuseli jazdiť vysokou rýchlosťou. Keď sa však vyžadovala vyššia rýchlosť, nahradila sa parná turbína.

3 - Uniflow alebo motor s rovnomerným prietokom

Ďalším typom piestového stroja je motor s rovnomerným prúdením alebo s rovnomerným prúdením. Tento typ motora používa paru, ktorá prúdi iba v jednom smere v každej polovici valca.

Tepelná účinnosť sa dosiahne teplotným gradientom naprieč valcom. Para vždy vstupuje na horúce konce valca a vystupuje cez otvory v strede chladiča.

To má za následok zníženie relatívneho zahrievania a chladenia stien valca.

V motoroch bez spaľovania je prívod pary obvykle riadený ventilovými ventilmi (ktoré fungujú podobne ako ventily používané v spaľovacích motoroch), ktoré sú ovládané vačkovým hriadeľom.

Keď sa na začiatku pohybu dosiahne minimálny expanzný objem, vstupné ventily sa otvárajú na prívod pary.

V určitom okamihu počas otáčania kľuky vstupuje para a vstup uzáveru sa uzatvára, čo umožňuje plynulú expanziu pary a uvedie do činnosti piest.

Na konci zdvihu objaví piest krúžok výfukových otvorov okolo stredu valca.

Tieto otvory sú spojené s kondenzátorom a znižujú tlak v komore, čo spôsobuje rýchle uvoľnenie. Nepretržité otáčanie kľuky je to, čo pohybuje piestom.

4 - Parné turbíny

Vysokovýkonné parné turbíny používajú rad rotačných diskov, ktoré na svojom vonkajšom okraji obsahujú druh lopatiek vrtule. Tieto pohyblivé disky alebo rotory sa striedajú so stacionárnymi krúžkami alebo statormi, ktoré sú pripojené k turbínovej konštrukcii na presmerovanie toku pary.

Z dôvodu vysokej prevádzkovej rýchlosti sú takéto turbíny obvykle pripojené k redukčnému zariadeniu, aby poháňali ďalší mechanizmus, napríklad lodnú lodnú vrtúľ.

Parné turbíny sú odolnejšie a vyžadujú menej údržby ako piestové stroje. Na výstupnom hriadeli tiež vytvárajú plynulejšie rotačné sily, čo prispieva k nižším nárokom na údržbu a menšiemu opotrebovaniu.

Parné turbíny sa používajú hlavne v elektrárňach, kde je výhodou ich vysoká rýchlosť prevádzky a ich relatívny objem nie je nevýhodou.

Používajú sa tiež v námorných aplikáciách, ktoré poháňajú veľké plavidlá a ponorky. Prakticky všetky jadrové elektrárne vyrábajú elektrinu ohrievaním vody a napájaním parných turbín.

5 - Pohonné motory

K dispozícii je podvodný hnací motor, ktorý využíva vysokotlakovú paru na čerpanie vody cez nasávanie spredu a vytlačenie vysokými rýchlosťami zozadu.

Keď para kondenzuje na vode, vytvára rázovú vlnu, ktorá vypudzuje vodu zozadu.

Aby sa zvýšila účinnosť motora, motor nasáva vzduch cez ventil pred prúdom pary, ktorý vytvára vzduchové bubliny a mení spôsob, akým sa para mieša s vodou.

Referencie

1. Marshall Brain (2017). "Ako fungujú parné motory". Načítané 14. júna 2017 na adrese science.howstuffworks.com.
2. Nová svetová encyklopédia (2015). "Parný motor". Načítané 14. júna 2017 na newworldencyclopedia.org.
3. SOS Children (2008-2009). "Parný motor". Získané 14. júna 2017 na adrese cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Parný motor". Načítané 14. júna 2017 na adrese expthatstuff.com.