5 LOẠI ĐỘNG CƠ HƠI NƯỚC CHÍNH - CÔNG NGHỆ - 2025

Các loại động cơ hơi nước khác nhau đã trải qua nhiều thay đổi trong suốt lịch sử và công nghệ đã liên tục cho phép chúng phát triển một cách đáng kể.

Về cơ bản, động cơ hơi nước là động cơ đốt ngoài biến nhiệt năng của hơi nước thành cơ năng. Chúng đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho máy bơm, đầu máy, tàu thủy và máy kéo, vào thời điểm đó rất cần thiết cho cuộc Cách mạng Công nghiệp. Hiện nay chúng được sử dụng để tạo ra năng lượng điện bằng cách sử dụng tuabin hơi nước.

Động cơ hơi nước bao gồm một lò hơi được sử dụng để đun sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơi nước nở ra và đẩy một piston hoặc tuabin, chuyển động của nó thực hiện công việc quay các bánh xe hoặc dẫn động các máy móc khác.

Động cơ hơi nước đầu tiên được phát minh ra bởi Heron of Alexandria vào thế kỷ 1 và được gọi là Eolipila. Nó bao gồm một hình cầu rỗng được kết nối với một lò hơi có hai ống cong được gắn vào. Quả cầu chứa đầy nước được đun sôi, làm cho hơi nước thoát ra ngoài qua các ống với tốc độ cao, làm cho quả cầu quay tròn.

Mặc dù eolipila không có mục đích thực tế, nhưng không nghi ngờ gì nữa, nó đại diện cho lần đầu tiên sử dụng hơi nước như một nguồn động lực.

Heron's Aeolipian

Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống sử dụng hơi nước có thể được chia thành hai loại: máy piston và tua bin hơi.

Các loại động cơ hơi nước chính

1- Máy cày

Máy pit tông sử dụng hơi nước điều áp. Thông qua các pít tông tác động kép, hơi có áp suất đi vào luân phiên ở mỗi bên trong khi ở bên kia nó được giải phóng hoặc đưa đến bình ngưng.

Năng lượng được hấp thụ bởi một thanh trượt được bịt kín chống lại sự thoát hơi nước. Đến lượt nó, thanh truyền động thanh truyền nối với tay quay để chuyển chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay.

Ngoài ra, một tay quay khác dùng để dẫn động bánh răng van, thường thông qua cơ cấu cho phép đảo chiều chuyển động quay.

Khi sử dụng một cặp piston tác động kép, bước tiến của tay quay sẽ lệch nhau một góc 90 độ. Điều này đảm bảo rằng động cơ sẽ luôn chạy, bất kể tay quay ở vị trí nào.

2- Nhiều động cơ mở rộng

Một loại động cơ hơi nước khác sử dụng một số xi lanh hoạt động đơn lẻ tăng dần đường kính và chuyển động. Hơi áp suất cao từ lò hơi được sử dụng để dẫn động piston đầu tiên có đường kính nhỏ hơn xuống.

Trong chuyển động đi lên, hơi nước nở ra một phần được dẫn động vào một hình trụ thứ hai đang bắt đầu chuyển động đi xuống. Điều này tạo ra sự giãn nở hơn nữa của áp suất tương đối cao được giải phóng trong khoang đầu tiên.

Ngoài ra, khoang trung gian phóng điện đến khoang cuối cùng, sau đó được thoát ra bình ngưng. Một sửa đổi của loại động cơ này kết hợp hai piston nhỏ hơn trong buồng cuối cùng.

Sự phát triển của loại động cơ này rất quan trọng đối với việc sử dụng nó trong các tàu hơi nước, vì bình ngưng, khi thu hồi một ít công suất, lại chuyển hơi nước thành nước để tái sử dụng trong lò hơi.

Các động cơ hơi nước trên cạn có thể thải nhiều hơi nước của chúng và được nạp lại từ một tháp nước ngọt, nhưng trên biển điều này là không thể.

Trước và trong Chiến tranh thế giới thứ hai, động cơ mở rộng được sử dụng trong các phương tiện thủy không cần đi với tốc độ cao. Tuy nhiên, khi cần tốc độ cao hơn, nó đã được thay thế bằng tuabin hơi nước.

3- Động cơ dòng chảy hoặc dòng chảy đồng nhất

Một loại máy piston khác là động cơ dòng chảy đơn hoặc dòng chảy đồng nhất. Loại động cơ này sử dụng hơi nước chỉ chảy theo một hướng trong mỗi nửa xi lanh.

Hiệu suất nhiệt đạt được bằng cách có một gradient nhiệt độ trên hình trụ. Hơi nước luôn đi vào các đầu nóng của xi lanh và thoát ra ngoài qua các lỗ ở giữa bộ làm mát.

Điều này dẫn đến giảm nhiệt tương đối và làm mát thành xi lanh.

Trong động cơ một chiều, hơi nước vào thường được điều khiển bởi van poppet (có chức năng tương tự như van được sử dụng trong động cơ đốt trong) được dẫn động bởi trục cam.

Các van đầu vào mở để tiếp nhận hơi khi đạt thể tích giãn nở tối thiểu khi bắt đầu chuyển động.

Tại một thời điểm cụ thể khi quay tay quay, hơi đi vào và đầu vào của ống bọc đóng lại, cho phép hơi giãn nở liên tục, kích hoạt piston.

Khi kết thúc hành trình, piston sẽ phát hiện ra một vòng lỗ thoát khí xung quanh tâm xi lanh.

Các lỗ này được kết nối với bình ngưng, làm giảm áp suất trong buồng gây thoát khí nhanh chóng. Chuyển động quay liên tục của tay quay là chuyển động của piston.

4- Tua bin hơi

Tua bin hơi nước công suất lớn sử dụng một loạt các đĩa quay có chứa một loại cánh kiểu chân vịt ở mép ngoài của chúng. Các đĩa hoặc rôto chuyển động này xen kẽ với các vòng hoặc stato đứng yên, được gắn vào cấu trúc tuabin để chuyển hướng dòng hơi.

Do tốc độ hoạt động cao, các tuabin như vậy thường được kết nối với một bộ giảm tốc để dẫn động một cơ cấu khác như chân vịt của tàu.

Tua bin hơi bền hơn và ít phải bảo dưỡng hơn máy piston. Chúng cũng tạo ra lực quay mượt mà hơn trên trục đầu ra của chúng, góp phần giảm yêu cầu bảo dưỡng và ít hao mòn hơn.

Việc sử dụng chính của tuabin hơi là trong các trạm phát điện, nơi tốc độ hoạt động cao của chúng là một lợi thế và khối lượng tương đối của chúng không phải là một bất lợi.

Chúng cũng được sử dụng trong các ứng dụng hàng hải, cung cấp năng lượng cho các tàu lớn và tàu ngầm. Hầu như tất cả các nhà máy điện hạt nhân đều tạo ra điện bằng cách làm nóng nước và cung cấp năng lượng cho các tua bin hơi nước.

5- Động cơ đẩy

Có một động cơ đẩy dưới nước sử dụng hơi nước áp suất cao để hút nước qua cửa hút ở phía trước và thải ra ngoài ở tốc độ cao ở phía sau.

Khi hơi nước ngưng tụ trên mặt nước, nó sẽ tạo ra một làn sóng xung kích đẩy nước từ phía sau ra ngoài.

Để nâng cao hiệu suất động cơ, động cơ hút không khí thông qua một lỗ thông hơi phía trước tia hơi nước, tạo bọt khí và thay đổi cách hơi nước trộn lẫn với nước.

Người giới thiệu

1. Marshall Brain (2017). "Cách động cơ hơi nước hoạt động". Truy cập ngày 14 tháng 6 năm 2017 tại science.howstuffworks.com.
2. Từ điển Bách khoa Thế giới Mới (2015). "Máy hơi nước". Truy cập ngày 14 tháng 6 năm 2017 tại newworldencyclopedia.org.
3. Trẻ em SOS (2008-2009). "Máy hơi nước". Được truy cập vào ngày 14 tháng 6 năm 2017 tại cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Động cơ hơi nước". Được truy cập vào ngày 14 tháng 6 năm 2017 tại Explainthatstuff.com.