5 أنواع رئيسية من المحركات البخارية - تقنية - 2025

شهدت الأنواع المختلفة من المحركات البخارية العديد من التغييرات عبر التاريخ ، وقد سمحت التكنولوجيا لها باستمرار بالتطور بطريقة رائعة.

في الأساس ، المحركات البخارية هي محركات احتراق خارجية تقوم بتحويل الطاقة الحرارية لبخار الماء إلى طاقة ميكانيكية. لقد تم استخدامها لتشغيل المضخات والقاطرات والسفن والجرارات ، حيث كانت في ذلك الوقت ضرورية للثورة الصناعية. تُستخدم حاليًا لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام التوربينات البخارية.

يتكون المحرك البخاري من غلاية تستخدم لغلي الماء وإنتاج البخار. يتمدد البخار ويدفع مكبسًا أو توربينًا ، حيث تقوم حركته بعمل تدوير العجلات أو قيادة الآلات الأخرى.

ابتكر مالك الحزين السكندري أول محرك بخاري في القرن الأول وكان يسمى Eolipila. وهي تتألف من كرة مجوفة متصلة بغلاية تم توصيل أنبوبين منحنيين بها. تمتلئ الكرة بالماء المغلي ، مما تسبب في طرد البخار عبر الأنابيب بسرعة عالية ، مما يجعل الكرة تدور.

على الرغم من أن eolipila لم يكن لها غرض عملي ، إلا أنها تمثل بلا شك أول تطبيق للبخار كمصدر للدفع.

إيوليبي هيرون

ومع ذلك ، يمكن تقسيم معظم الأنظمة التي تستخدم البخار إلى نوعين: آلات المكبس والتوربينات البخارية.

الأنواع الرئيسية للمحركات البخارية

1- مكائن ​​الغطاس

تستخدم آلات الغطاس بخارًا مضغوطًا. من خلال المكابس مزدوجة المفعول ، يدخل البخار المضغوط بالتناوب على كل جانب بينما يتم إطلاقه أو إرساله من الجانب الآخر إلى المكثف.

يتم امتصاص الطاقة بواسطة شريط منزلق محكم الغلق ضد تسرب البخار. يقوم هذا القضيب بدوره بتوصيل قضيب متصل بكرنك لتحويل الحركة الترددية إلى حركة دورانية.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام كرنك آخر لدفع ترس الصمام ، عادةً من خلال آلية تسمح بعكس الحركة الدورانية.

عند استخدام زوج من المكابس مزدوجة التمثيل ، يتم تعويض تقدم الكرنك بزاوية 90 درجة. هذا يضمن أن المحرك سيعمل دائمًا ، بغض النظر عن موضع الكرنك.

2- محركات توسع متعددة

نوع آخر من المحركات البخارية يستخدم عدة أسطوانات أحادية المفعول تزداد تدريجياً في القطر والحركة. يستخدم بخار الضغط العالي من الغلاية لدفع المكبس الأول ذي القطر الأصغر إلى الأسفل.

في الحركة الصعودية ، يتم دفع البخار الممتد جزئيًا إلى أسطوانة ثانية تبدأ حركته الهبوطية. هذا يولد توسعًا إضافيًا في الضغط المرتفع نسبيًا المنطلق في الغرفة الأولى.

أيضًا ، يتم تفريغ الغرفة الوسيطة إلى الغرفة النهائية ، والتي يتم تحريرها بدورها إلى المكثف. يتضمن تعديل هذا النوع من المحركات مكبسين أصغر حجمًا في الغرفة الأخيرة.

كان تطوير هذا النوع من المحركات مهمًا لاستخدامه في السفن البخارية ، لأن المكثف ، عند استعادة القليل من الطاقة ، قام مرة أخرى بتحويل البخار إلى ماء لإعادة استخدامه في الغلاية.

يمكن أن تستنفد المحركات البخارية الأرضية الكثير من بخارها ويمكن إعادة تعبئتها من برج المياه العذبة ، لكن هذا لم يكن ممكنًا في البحر.

قبل وأثناء الحرب العالمية الثانية ، تم استخدام محرك التمدد في المركبات البحرية التي لم تكن بحاجة إلى السير بسرعة عالية. ومع ذلك ، عند الحاجة إلى مزيد من السرعة ، تم استبدالها بالتوربينات البخارية.

3- محرك تدفق أحادي التدفق أو موحد

نوع آخر من آلات المكبس هو محرك التدفق أحادي التدفق أو الموحد. يستخدم هذا النوع من المحركات البخار الذي يتدفق في اتجاه واحد فقط في كل نصف من الأسطوانة.

يتم تحقيق الكفاءة الحرارية من خلال وجود تدرج في درجة الحرارة عبر الاسطوانة. يدخل البخار دائمًا إلى الأطراف الساخنة للأسطوانة ويخرج من خلال الفتحات الموجودة في وسط المبرد.

ينتج عن هذا انخفاض في التسخين والتبريد النسبي لجدران الأسطوانة.

في المحركات أحادية التدفق ، عادةً ما يتم التحكم في مدخل البخار بواسطة صمامات قفازية (تعمل بشكل مشابه لتلك المستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي) التي يتم تشغيلها بواسطة عمود كامات.

تفتح صمامات الدخول للسماح بالبخار عند الوصول إلى الحد الأدنى من حجم التمدد في بداية الحركة.

في لحظة محددة أثناء دوران الكرنك ، يدخل البخار ويغلق مدخل الغطاء ، مما يسمح بالتمدد المستمر للبخار ، وتشغيل المكبس.

في نهاية الشوط ، سيكتشف المكبس حلقة من فتحات العادم حول مركز الأسطوانة.

ترتبط هذه الثقوب بالمكثف ، مما يقلل الضغط في الحجرة مما يؤدي إلى إطلاق سريع. الدوران المستمر للكرنك هو ما يحرك المكبس.

4- التوربينات البخارية

تستخدم توربينات البخار عالية الطاقة سلسلة من الأقراص الدوارة التي تحتوي على نوع من الشفرات من نوع المروحة على حافتها الخارجية. تتناوب هذه الأقراص أو الدوارات المتحركة مع حلقات ثابتة أو ثابتة ، متصلة بهيكل التوربين لإعادة توجيه تدفق البخار.

نظرًا لسرعة التشغيل العالية ، يتم توصيل هذه التوربينات عادةً بمعدات تخفيض لتشغيل آلية أخرى مثل مروحة السفينة.

تعتبر التوربينات البخارية أكثر متانة وتتطلب صيانة أقل من آلات المكبس. كما أنها تنتج قوى دورانية أكثر سلاسة على عمود الإخراج ، مما يساهم في تقليل متطلبات الصيانة وتقليل التآكل.

الاستخدام الرئيسي للتوربينات البخارية هو في محطات توليد الكهرباء حيث تكون سرعتها العالية في التشغيل ميزة وحجمها النسبي ليس عيبًا.

كما أنها تستخدم في التطبيقات البحرية ، وتشغيل السفن الكبيرة والغواصات. تولد جميع محطات الطاقة النووية تقريبًا الكهرباء عن طريق تسخين المياه وتغذية التوربينات البخارية.

5- محركات الدفع

يوجد محرك دفع تحت الماء يستخدم بخارًا عالي الضغط لسحب الماء من خلال مدخل في الأمام وطرده بسرعة عالية في الخلف.

عندما يتكثف البخار على الماء ، فإنه يخلق موجة صدمة تطرد الماء من الخلف.

لتحسين كفاءة المحرك ، يقوم المحرك بسحب الهواء عبر فتحة تهوية أمام نفاثة البخار ، مما ينتج عنه فقاعات هواء ويغير طريقة اختلاط البخار بالماء.

المراجع

1. مارشال برين (2017). "كيف تعمل محركات البخار". تم الاسترجاع في 14 حزيران 2017 على موقع science.howstuffworks.com.
2. موسوعة العالم الجديد (2015). "محرك بخاري". تم الاسترداد في 14 حزيران 2017 في newworldencyclopedia.org.
3. أطفال SOS (2008-2009). "محرك بخاري". تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017 في cs.mcgill.ca.
4. وودفورد ، كريس (2017). "المحركات البخارية". تم الاسترجاع في 14 حزيران (يونيو) 2017 على موقع explainthatstuff.com.