В каких механизмах человек использовал свойства водяного пара?

Свойства водяного пара остаются сегодня для человека основным источником энергии.

Прогресс в разработке электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания постепенно привел поршневые паровые двигатели к их коммерческому использованию, а паровые турбины к господству в энергетике.

свойства водяного пара

Как свойства водяного пара использует Паровой двигатель

Свойства водяного пара, которые человек использует в механизмах, называются термодинамическими. Паровая машина представляет собой тепловую машину, которая выполняет механическую работу, используя водяной пар в качестве рабочей жидкости. Солнечная, атомная  и геотермальная  энергетика  также используют водяной пар в качестве рабочего тела.

Где человек использует свойства водяного пара?

Есть Паровые двигатели внешнего сгорания, где рабочая жидкость существует отдельно от продуктов сгорания. Вода превращается в пар в котле и достигает высокого давления. За счет расширения поршня или турбины производится механическая работа. Затем, при снижении давления, пар выбрасывается в атмосферу или конденсируется, и закачивается обратно в котел. Идеальный термодинамический цикл называется циклом Ренкина.

Идея использовать кипящую воду, чтобы произвести механическое движение, имеет очень долгую историю, начинается она, примерно, 2000 лет назад. Ранние устройства не производили электроэнергии, но производили полезную мощность, и стали основным источником механической энергии за последние 300 лет, начиная с приложений для удаления воды из шахт с использованием вакуумной системы.

Последующие события дали широкий спектр в машиностроении, где водяной пар под давлением преобразуется в линейное вращательное движение. Эти двигатели могут быть расположены в любом месте, где водяные колеса или мельницы не могли быть использованы. Примечательно, что этот источник питания позже будет применяться к транспортным средствам, например, для тракторов и железнодорожных локомотивов. Паровой двигатель был одним из важнейших компонентов промышленной революции, обеспечивая тяговую силу для современного массового производства.

Современные паровые турбины вырабатывают около 90% электроэнергии в США, с использованием различных источников тепла. В общем понимании, «паровая машина» , как термин, относиться к производству пара. Двигатель использует энергию пара для механической работы.

Топливо будущего

Водяной пар в Истории паровой машины

Двигатель aeolipile описывает греческий математик Герон Александрийский (первый век до нашей эры). В последующие века, несколько паровых двигателей стали известными, по существу, как экспериментальные устройства, используемые изобретателями, чтобы продемонстрировать свойства пара . Элементарная паровая турбина, как устройство,  была описана  Таки аль-Дин  в 1551 году и Джованни Бранка в 1629 году. Денис Папин, беженцев гугенотов, воплотил эту полезную идею на паровом автоклаве в 1679 году, и впервые использовал поршень в 1690 году.

Первым практическим паровым «двигателем» был водяной насос, разработанный в 1698 г. Томасом Savery . Он использовал вакуум, чтобы поднять воду снизу, но использовал давление пара, чтобы поднять ее выше. Малые двигатели были эффективными, а вот более крупные модели стали проблематичными. Они показали, что у них ограниченная высота подъема, и они были склонны к взрывам котлов.

Первый коммерчески успешный двигатель был — атмосферный двигатель , изобретенный Томасом Ньюкомена около 1712 года.  Это сделало возможным использование технологий Savery и Папен. Двигатель Ньюкомена был относительно неэффективным, и, в большинстве случаев, использовался для откачки воды. Он работал, создавая частичный вакуум путем конденсации пара в цилиндр. Он был использован для слива горных выработок на глубине, а также для обеспечения многоразового водоснабжения для привода водяных колес на заводах, расположенных вдали от подходящего источника. Гидрологический цикл — вода закачивалась обратно в водохранилище выше колеса.

В 1720 году Яков Leupold построил двухцилиндровый двигатель с высоким давлением пара. Изобретение было опубликована в его основной работе «театральных Machinarum Hydraulicarum». Двигатель использовал два свинцово-взвешенный поршня, обеспечивая постоянное движение водяного насоса. Каждый поршень был поднят давлением пара и возвращался в исходное положение под действием силы тяжести. Два поршня имели общий четырех ходовой поворотный клапан, который подключался непосредственно к паровому котлу.

Jacob Leupold Паровой двигатель 1720. Следующий важный шаг произошел, когда Джеймс Уатт разработал (1763-75) улучшенную версию двигателя Ньюкомена, с отдельным конденсатором. Двигатель Уатта использовал на 75% меньше угля, чем Ньюкомена, и был, следовательно, гораздо дешевле в эксплуатации. В дальнейшей разработке своего двигателя, он, изменяя его, обеспечил вращательное движение  для вождения машины завода. Это позволило заводам быть расположенными вдали от рек, а в дальнейшем ускорить темпы промышленной революции.

Ньюкомена и Уатта  двигатели были «атмосферными», что означает, что они использовали вакуум порожденные конденсации пара, а не давление расширения пара. Баллоны должны были быть большими, так как использовалась только сила, действующего на них атмосферного давления. Пар используется только для создания частичного вакуума, будучи конденсируемым, он позволяет атмосферному давлению вернуть поршень в исходное положение.

Около 1800 г. Ричард Тревитик и отдельно Оливер Эванс (1801) ввел двигатель, работающих под высоким давлением пара. Они были намного мощнее, чем предыдущие двигатели и был достаточно малыми для транспортных приложений. После этого, технологические изменения и улучшения в технологии изготовления (частично вызванные принятием паровой машины в качестве источника питания), привело к разработке более экономичных двигателей, которые могли быть и меньше, и быстрее, и мощнее, в зависимости от предполагаемого применения.

Последний крупный шаг эволюции для парового двигателя был переход от поршня к турбинам, начиная с ранних лет 20-го века. Турбины более эффективны, чем поршни, имеют меньше движущихся частей, а также обеспечивают вращательное движение непосредственно, а не через шатун системы или аналогичные средства.

Увлажнители воздуха