Hvordan fungerer dampmotorer?

Opvarm vand til dets kogepunkt og det ændrer sig fra at være en væske til at blive den gas eller vanddamp, vi kender som damp. Når vand bliver damp, øges volumenet ca. 1.600 gange, er ekspansionen fuld af energi.

En motor er en maskine, der konverterer energi til mekanisk kraft eller bevægelse, der kan dreje stempler og hjul. Formålet med en motor er at levere strøm, en dampmotor giver mekanisk kraft ved at bruge dampenergien.

Damp motorer var de første succesrige motorer opfundet og var drivkraften bag industrielle revolution. De er blevet brugt til at drive de første tog, skibe, fabrikker og endda biler. Og selvom dampmaskiner definitivt var vigtige i fortiden, har de nu også en ny fremtid med at forsyne os med geotermiske energikilder.

For at forstå en grundlæggende dampmotor, lad os tage eksemplet med den dampmotor, der findes i et gammelt damplokomotiv som den, der er afbildet. De grundlæggende dele af dampmotoren i et lokomotiv ville være en kedel, glideventil, cylinder, dampbeholder, stempel og et drivhjul.

I kedlen ville der være et ildkammer, hvor kul blev skuffet ind. Kulet blev holdt ved forbrænding ved en meget høj temperatur og brugt til at opvarme kedlen til at koge vand, der producerer højtryksdamp. Højtryksdampen ekspanderer og går ud af kedlen via damprør ind i dampbeholderen. Dampen styres derefter af en glideventil for at bevæge sig ind i en cylinder for at skubbe stemplet. Trykket fra dampenergien, der skubber stemplet, drejer drivhjulet i en cirkel og skaber bevægelse for lokomotivet.

Mennesker har været opmærksomme på dampens kraft i århundreder. Græsk ingeniør, Helten af ​​Alexandria (ca. 100 e.Kr.) eksperimenterede med damp og opfandt aeolipilen, den første, men meget rå dampmotor. Aeolipilen var en metalkugle monteret på toppen af ​​en kedel med kogende vand. Dampen kørte gennem rør til kuglen. To L-formede rør på modsatte sider af kuglen frigav dampen, hvilket gav et tryk til kuglen, der fik den til at rotere. Hero realiserede dog aldrig aeolipils potentiale, og århundreder skulle passere, før en praktisk dampmaskine ville blive opfundet.

I 1698, engelsk ingeniør, Thomas Savery patenterede den første rå dampmotor. Savery brugte sin opfindelse til at pumpe vand ud af en kulmine. I 1712, engelsk ingeniør og smed, Thomas Newcomen opfandt den atmosfæriske dampmotor. Formålet med Newcomens dampmotor var også at fjerne vand fra miner. I 1765, en skotsk ingeniør, James Watt begyndte at studere Thomas Newcomens dampmotor og opfandt en forbedret version. Det var Watt's motor, der var den første, der havde en roterende bevægelse. James Watts design var det, der lykkedes, og brugen af ​​dampmaskiner blev udbredt.

Dampmaskiner havde en dyb indvirkning på transportens historie. I slutningen af ​​1700-tallet indså opfinderne, at dampmaskiner kunne drive både og det første kommercielt succesrige dampskib blev opfundet af George Stephenson. Efter 1900 begyndte forbrændingsmotorer med benzin og diesel at udskifte dampstemplemotorer. Dampmotorer har dog dukket op igen i de sidste tyve år.

Det kan være overraskende at vide, at 95 procent af atomkraft anlæg bruger dampmaskiner til at generere strøm. Ja, de radioaktive brændstofstænger i et kernekraftværk bruges ligesom kul i et damplokomotiv til at koge vand og skabe dampenergi. Bortskaffelse af brugt radioaktivt brændstofstænger, atomkraftværkernes sårbarhed over for jordskælv og andre problemer giver imidlertid offentligheden og miljøet stor risiko.

Geotermisk energi er strøm genereret ved hjælp af damp produceret af varme, der stammer fra jordens smeltede kerne. Geotermiske kraftværker er relativt grøn teknologi. Kaldara Green Energy, en norsk / islandsk producent af geotermisk elektrisk produktionsudstyr, har været den største innovatør på området.

Solvarmeværker kan også bruge dampturbiner til at generere deres energi.