Kaip veikia garų varikliai?

Įkaitinkite vandenį iki jo virimo taškas ir tai tampa skysčiu ir tampa dujų ar vandens garais, kuriuos mes žinome kaip garus. Kai vanduo tampa garu, jo tūris padidėja maždaug 1600 kartų, tas išsiplėtimas yra pilnas energijos.

Variklis yra mašina, kuri energiją paverčia mechanine jėga ar judesiu, galinčia pasukti stūmoklius ir ratus. Variklio paskirtis yra tiekti energiją, garo variklis suteikia mechaninę galią, naudodamas garo energiją.

Garo varikliai buvo pirmieji sėkmingai išrasti varikliai ir buvo varomoji jėga pramonės revoliucija. Jie buvo naudojami varyti pirmuosius traukinius, laivus, gamyklas ir net automobiliai. Ir nors praeityje garų varikliai buvo neabejotinai svarbūs, jie taip pat turi naują ateitį tiekdami mums energiją iš geoterminės energijos šaltinių.

Norėdami suprasti pagrindinį garo variklį, imkime garo variklio, aptikto sename garų lokomotyve, kaip pavaizduotame, pavyzdį. Pagrindinės garvežio dalys lokomotyve būtų katilas, slenkantis vožtuvas, cilindras, garo rezervuaras, stūmoklis ir varomasis ratas.

Katile būtų kaminas, į kurį būtų įsukama anglis. Akmens anglys būtų deginamos labai aukštoje temperatūroje ir būtų naudojamos katilui šildyti, norint virti vandenį, iš kurio gaminamas aukšto slėgio garas. Aukšto slėgio garai išsiplečia ir išeina iš katilo per garų vamzdžius į garų rezervuarą. Tada garai valdomi slankiojančiu vožtuvu, kad patektų į cilindrą, kad pastumtų stūmoklį. Garo energijos slėgis, stumiantis stūmoklį, suka varantįjį ratą apskritimu, sukurdamas lokomotyvo judesį.

Žmonės šimtmečius žinojo apie garų galią. Graikų inžinierius, Aleksandrijos didvyris (apie 100 AD), eksperimentavo su garais ir išrado aeolipilį, pirmąjį, bet labai neapdorotą garo variklį. Aeolipilis buvo metalinė sfera, pritvirtinta virintuvo virdulio viršuje. Garai vamzdžiais keliavo į sferą. Du L formos vamzdeliai, esantys priešingose ​​rutulio pusėse, išleido garą, kuris rutuliui sukėlė trauką, dėl kurios ji sukasi. Tačiau herojus niekada nesuvokė aeolipilo galimybių, ir šimtmečiai turėjo praeiti, kol bus išrastas praktinis garų variklis.

Anglų inžinierius 1698 m. Tomas Savery užpatentavo pirmąjį neapdorotą garo variklį. Savery panaudojo savo išradimą siurbti vandenį iš anglių kasyklos. Anglų inžinierius ir kalvis 1712 m. Tomas Newcomenas išrado atmosferos garų variklį. „Newcomen“ garų variklio paskirtis taip pat buvo pašalinti vandenį iš kasyklų. Škotijos inžinierius 1765 m. Jamesas Wattas pradėjo studijuoti Thomas Newcomen garo variklį ir išrado patobulintą versiją. Tai buvo „Watt“ variklis, pirmasis sukantis judesį. Džeimso Watt'o dizainas pavyko ir garo variklių naudojimas tapo plačiai paplitęs.

Garo varikliai turėjo didelę įtaką transportavimo istorijai. Iki 1700 m. Pabaigos išradėjai suprato, kad garų varikliai gali varyti valtis, o pirmąjį komerciškai sėkmingą garlaivį išrado George'as Stephensonas. Po 1900 m. Benzininius ir dyzelinius vidaus degimo variklius pradėjo pakeisti stūmokliniai garo varikliai. Tačiau garo varikliai vėl atsirado per pastaruosius dvidešimt metų.

Gali nustebti žinant, kad 95 proc atominė energija augalai energijai gaminti naudoja garo variklius. Taip, radioaktyviojo kuro strypai atominėje elektrinėje naudojami taip pat, kaip akmens anglys garvežioje, norint virinti vandenį ir sukurti garų energiją. Tačiau panaudoto radioaktyviojo kuro strypų laidojimas, atominių elektrinių pažeidžiamumas žemės drebėjimams ir kiti klausimai kelia didelę riziką visuomenei ir aplinkai.

Geoterminė energija - tai energija, gaunama naudojant garą, gaunamą iš išlydytos žemės šerdies sklindant šilumai. Geoterminės elektrinės yra palyginti ekologiška technologija. Pagrindinė naujovė šioje srityje buvo „Kaldara Green Energy“, Norvegijos / Islandijos geoterminės elektros energijos gamybos įrangos gamintoja.

Saulės šiluminės elektrinės taip pat gali naudoti garo turbinas savo energijai gaminti.