다양한 유형의 증기 엔진 은 역사를 통틀어 많은 변화를 겪었으며 기술은 지속적으로 놀라운 방식으로 진화 할 수있게했습니다.
본질적으로 증기 기관은 수증기의 열 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 외연 기관입니다. 그들은 펌프, 기관차, 선박 및 트랙터에 동력을 공급하는 데 사용되어 왔으며 당시 산업 혁명에 필수적이었습니다. 현재 그들은 증기 터빈을 사용하여 전기 에너지를 생성하는 데 사용됩니다.
증기 기관은 물을 끓이고 증기를 생성하는 데 사용되는 보일러로 구성됩니다. 증기는 팽창하고 피스톤이나 터빈을 밀며, 그 운동은 바퀴를 돌리거나 다른 기계를 구동하는 작업을합니다.
최초의 증기 기관은 1 세기에 알렉산드리아의 헤론에 의해 고안되었으며 Eolipila라고 불 렸습니다. 그것은 두 개의 구부러진 튜브가 연결된 보일러에 연결된 속이 빈 구체로 구성되었습니다. 구는 끓인 물로 채워져 증기가 튜브를 통해 고속으로 배출되어 공이 회전하게됩니다.
eolipila는 실용적인 목적이 없었지만 의심 할 여지없이 추진 원으로서 증기의 첫 번째 구현을 나타냅니다.
헤론의 Aeolipian
그러나 증기를 사용하는 대부분의 시스템은 피스톤 기계와 증기 터빈의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
주요 유형의 증기 기관
1- 플런저 기계
플런저 기계는 가압 증기를 사용합니다. 복동 피스톤을 통해 가압 된 증기가 양쪽으로 교대로 들어가고 다른 쪽에서는 방출되거나 응축기로 보내집니다.
에너지는 증기가 빠져 나가지 않도록 밀봉 된 슬라이드 바에 의해 흡수됩니다. 이로드는 차례로 크랭크에 연결된 커넥팅로드를 구동하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환합니다.
또한 다른 크랭크는 일반적으로 회전 운동의 반전을 허용하는 메커니즘을 통해 밸브 기어를 구동하는 데 사용됩니다.
한 쌍의 복동 피스톤을 사용할 때 크랭크 전진은 90도 각도로 오프셋됩니다. 이렇게하면 크랭크의 위치에 관계없이 모터가 항상 작동합니다.
2- 다중 확장 모터
또 다른 유형의 증기 엔진은 직경과 움직임이 점진적으로 증가하는 여러 단동 실린더를 사용합니다. 보일러에서 나오는 고압 증기는 직경이 작은 첫 번째 피스톤을 아래로 내리는 데 사용됩니다.
상향 이동에서 부분적으로 팽창 된 증기는 하향 이동을 시작하는 두 번째 실린더로 구동됩니다. 이것은 제 1 챔버에서 방출되는 상대적으로 높은 압력의 추가 팽창을 생성한다.
또한, 중간 챔버는 최종 챔버로 배출되고 다시 응축기로 배출됩니다. 이러한 유형의 엔진을 수정하면 마지막 챔버에 두 개의 작은 피스톤이 통합됩니다.
이러한 유형의 엔진의 개발은 응축기가 약간의 전력을 회수 할 때 증기를 다시 보일러에서 재사용하기 위해 물로 변환했기 때문에 증기선에서 사용하는 데 중요했습니다.
지상의 증기 기관은 증기의 대부분을 배출하고 담수 탑에서 재충전 할 수 있지만 바다에서는 불가능했습니다.
제 2 차 세계 대전 전후에 확장 엔진은 고속 주행이 필요없는 해상 차량에 사용되었습니다. 그러나 더 많은 속도가 필요하면 증기 터빈으로 대체되었습니다.
3- Uniflow 또는 균일 한 흐름 모터
또 다른 유형의 피스톤 기계는 단일 흐름 또는 균일 흐름 모터입니다. 이 유형의 엔진은 실린더의 각 절반에서 한 방향으로 만 흐르는 증기를 사용합니다.
열 효율은 실린더 전체에 온도 구배를 가짐으로써 달성됩니다. 증기는 항상 실린더의 뜨거운 끝으로 들어가 쿨러 중앙의 구멍을 통해 배출됩니다.
그 결과 실린더 벽의 상대적인 가열 및 냉각이 감소합니다.
유니 플로우 엔진에서 증기 입구는 일반적으로 캠축에 의해 작동되는 포핏 밸브 (내연 기관에서 사용되는 것과 유사하게 작동)에 의해 제어됩니다.
이동 시작시 최소 팽창 볼륨에 도달하면 흡입 밸브가 열려 증기를 허용합니다.
크랭크를 돌리는 동안 특정 순간에 증기가 들어가고 캡 입구가 닫혀 증기가 지속적으로 팽창하여 피스톤을 작동시킵니다.
스트로크가 끝날 때 피스톤은 실린더 중앙 주변의 배기 구멍 링을 발견합니다.
이 구멍은 응축기에 연결되어 챔버의 압력을 낮추어 빠르게 방출합니다. 크랭크의 지속적인 회전은 피스톤을 움직이는 것입니다.
4- 증기 터빈
고출력 증기 터빈은 외부 가장자리에 일종의 프로펠러 형 블레이드가 포함 된 일련의 회전 디스크를 사용합니다. 이러한 이동식 디스크 또는 로터는 증기 흐름을 재 지정하기 위해 터빈 구조에 부착 된 고정 링 또는 고정자와 교대로 사용됩니다.
작동 속도가 빠르기 때문에 이러한 터빈은 일반적으로 감속 기어에 연결되어 선박의 프로펠러와 같은 다른 메커니즘을 구동합니다.
증기 터빈은 피스톤 기계보다 내구성이 높고 유지 보수가 덜 필요합니다. 또한 출력 샤프트에 더 부드러운 회전력을 생성하여 유지 보수 요구 사항을 낮추고 마모를 줄입니다.
증기 터빈의 주요 용도는 고속 작동이 장점이고 상대적 부피가 단점이 아닌 발전 스테이션에 있습니다.
또한 대형 선박 및 잠수함에 동력을 공급하는 해양 응용 분야에도 사용됩니다. 거의 모든 원자력 발전소는 물을 가열하고 증기 터빈에 공급하여 전기를 생산합니다.
5- 추진 엔진
고압 증기를 사용하여 전면의 흡입구를 통해 물을 끌어오고 후면에서 고속으로 배출하는 수중 추진 엔진이 있습니다.
증기가 물에 응축되면 뒤에서 물을 배출하는 충격파가 발생합니다.
엔진 효율을 개선하기 위해 엔진은 증기 분사기 앞의 통풍구를 통해 공기를 흡입하여 기포를 생성하고 증기가 물과 혼합되는 방식을 변경합니다.
참고 문헌
- 마샬 브레인 (2017). "스팀 엔진 작동 방식". 2017 년 6 월 14 일 science.howstuffworks.com에서 확인 함.
- 신세계 백과 사전 (2015). "증기 기관". 2017 년 6 월 14 일 newworldencyclopedia.org에서 검색 함.
- SOS 어린이 (2008-2009). "증기 기관". 2017 년 6 월 14 일 cs.mcgill.ca에서 검색 함.
- 우드 포드, 크리스 (2017). "증기 기관". 2017 년 6 월 14 일 explainthatstuff.com에서 검색 함.