Как работят парните двигатели?

Загрейте вода до своята точка на кипене и тя се променя от това да бъде течност, за да се превърне в газ или водна пара, които познаваме като пара. Когато водата стане пара, нейният обем се увеличава около 1600 пъти, това разширение е пълно с енергия.

Двигателят е машина, която превръща енергията в механична сила или движение, която може да превърне буталата и колелата. Целта на един двигател е да осигурява мощност, парен двигател осигурява механична мощност, като използва енергията на парата.

Парни двигатели бяха първите измислени успешни двигатели и бяха движещата сила зад индустриална революция. Те са били използвани за захранване на първите влакове, кораби, фабрики и дори коли. И докато парните двигатели определено бяха важни в миналото, те сега имат и ново бъдеще в снабдяването ни с енергия с геотермални източници на енергия.

За да разберем основен парен двигател, нека вземем примера с парната машина, открита в стар парен локомотив като този, изобразен. Основните части на парния двигател в локомотив биха били котел, плъзгащ се клапан, цилиндър, резервоар за пара, бутало и задвижващо колело.

В котела щеше да има камина, в която да се вкарват въглища. Въглищата ще продължат да се изгарят при много висока температура и да се използват за отопление на котела, за да заври вода, произвеждаща пара с високо налягане. Парата с високо налягане се разширява и излиза от котела през парни тръби в резервоара за пара. След това парата се контролира от плъзгащ се клапан, за да се придвижи в цилиндър, който да натисне буталото. Налягането на енергията на парното бутане на буталото завърта задвижващото колело в кръг, създавайки движение за локомотива.

Хората са били наясно със силата на парата от векове. Гръцки инженер, Герой на Александрия (около 100 г. сл. Хр.), експериментира с пара и изобретява аеолипила, първата, но много сурова парна машина. Аеопилелът представляваше метална сфера, монтирана върху казан с вряща вода. Парата пътуваше по тръби към сферата. Две L-образни тръби от противоположните страни на сферата освобождаваха парата, което придаваше тяга към сферата, която я караше да се върти. Героят обаче никога не е осъзнал потенциала на аеопилера и трябваше да минат векове, преди да бъде изобретен практически парен двигател.

През 1698 г. английски инженер, Томас Савери патентова първата сурова машина. Савъри използва изобретението си, за да изпомпва вода от въглищна мина. През 1712 г. английски инженер и ковач, Томас Нюкъмен изобретил атмосферната парна машина. Целта на паровия двигател на Newcomen също беше да отстранява водата от мини. През 1765 г. шотландски инженер, Джеймс Уат започва да изучава парната машина на Thomas Newcomen и измисля подобрена версия. Именно двигателят на Уат е първият, който има въртеливо движение. Дизайнът на Джеймс Уат беше този, който успя и използването на парни двигатели стана широко разпространено.

Паровите двигатели „оказаха дълбоко влияние върху историята на транспорта. Към края на 1700 г. изобретателите осъзнават, че парните машини могат да захранват лодки и първият търговски успешен параход е изобретен от Джордж Стивънсън. След 1900 г. бензиновите и дизеловите двигатели с вътрешно горене започват да заменят парните бутални двигатели. Паровите двигатели обаче се появяват отново през последните двадесет години.

Може да е изненадващо да знаем, че 95 процента от ядрената енергия централите използват парни двигатели за генериране на енергия. Да, радиоактивните горивни пръти в атомната електроцентрала се използват точно като въглища в парен локомотив за кипене на вода и създаване на енергия на пара. Изхвърлянето на прътове за отработено радиоактивно гориво, уязвимостта на атомните електроцентрали от земетресения и други проблеми, излага на обществото и околната среда голям риск.

Геотермалната енергия е енергия, генерирана с помощта на пара, произведена от топлина, излъчвана от разтопеното ядро ​​на земята. Геотермалните централи са сравнително относителни зелена технология. Kaldara Green Energy, норвежки / исландски производител на геотермално оборудване за производство на електрическа енергия, беше основният новатор в тази област.

Слънчевите топлоцентрали също могат да използват парни турбини за генериране на мощност.