Kako delujejo parni stroji?

Bili so prvi vir mehanske moči, ki ga je izumilo človeštvo

Donning Kindersley / Getty Images

Segrejte vodo do vrelišče in se iz tekočine spremeni v plin ali vodno paro, ki ju poznamo kot para. Ko voda postane para, se njena prostornina poveča približno 1600-krat, to širjenje je polno energije.

Motor je stroj, ki pretvarja energijo v mehansko silo ali gibanje, ki lahko obrača bate in kolesa. Namen motorja je zagotavljanje moči, parni stroj zagotavlja mehansko moč z uporabo energije pare.

Parni stroji so bili izumljeni prvi uspešni motorji in so bili gonilna sila za Industrijska revolucija . Uporabljali so jih za pogon prvih vlakov, ladij, tovarn in celo avtomobili . In čeprav so bili parni stroji v preteklosti nedvomno pomembni, imajo zdaj tudi novo prihodnost, saj nas oskrbujejo z energijo z geotermalnimi viri energije.

Kako delujejo parni stroji

Da bi razumeli osnovni parni stroj, vzemimo primer parnega stroja, ki ga najdemo v stari parni lokomotivi, kot je prikazana. Osnovni deli parnega stroja v lokomotivi bi bili kotel, drsna loputa, valj, parni rezervoar, bat in pogonsko kolo.

V kotlu bi bilo kurišče, kamor bi nametavali premog. Premog bi gorel pri zelo visoki temperaturi in bi ga uporabili za ogrevanje kotla za vrenje vode, ki proizvaja visokotlačno paro. Visokotlačna para se širi in izstopa iz kotla po parnih ceveh v parni rezervoar. Para se nato krmili z drsnim ventilom, da se premakne v valj in potisne bat. Pritisk parne energije, ki potiska bat, vrti pogonsko kolo v krogu, kar ustvarja gibanje za lokomotivo.

Zgodovina parnih strojev

Ljudje se že stoletja zavedamo moči pare. grški inženir, Aleksandrijski junak (približno 100 n. št.), eksperimentiral s paro in izumil eolipil, prvi, a zelo surov parni stroj. Eolipil je bila kovinska krogla, nameščena na vrhu kotlička z vrelo vodo. Para je po ceveh potovala do krogle. Dve cevi v obliki črke L na nasprotnih straneh krogle sta izpuščali paro, ki je krogli dala potisno silo, ki je povzročila, da se je vrtela. Vendar pa Hero nikoli ni spoznal potenciala eolipila in stoletja so minila, preden je bil izumljen praktičen parni stroj.

Leta 1698 je angleški inženir Thomas Savery patentiral prvi surovi parni stroj. Savery je uporabil svoj izum za črpanje vode iz rudnika premoga. Leta 1712 je angleški inženir in kovač, Thomas Newcomen izumil atmosferski parni stroj. Namen Newcomenovega parnega stroja je bil tudi odstranjevanje vode iz rudnikov. Leta 1765 je škotski inženir James Watt začel preučevati parni stroj Thomasa Newcomena in izumil izboljšano različico. Wattov motor je bil prvi, ki je imel rotacijsko gibanje. Zasnova Jamesa Watta je bila tista, ki je uspela in uporaba parnih strojev je postala zelo razširjena.

Parni stroji so močno vplivali na zgodovino prometa. Do poznega 18. stoletja so izumitelji ugotovili, da lahko parni stroji poganjajo čolne, prvi komercialno uspešen parnik pa je izumil George Stephenson. Po letu 1900 so parne batne stroje začeli nadomeščati bencinski in dizelski motorji z notranjim zgorevanjem. Parni stroji pa so se v zadnjih dvajsetih letih spet pojavili.

Parni stroji danes

Morda je presenetljivo vedeti, da 95 odstotkov jedrska energija rastline za proizvodnjo energije uporabljajo parne stroje. Da, radioaktivne gorivne palice v jedrski elektrarni se uporabljajo tako kot premog v parni lokomotivi za prekuhavanje vode in ustvarjanje parne energije. Vendar pa odlaganje izrabljenih radioaktivnih gorivnih palic, ranljivost jedrskih elektrarn na potrese in druga vprašanja močno ogrožajo javnost in okolje.

Geotermalna energija je energija, proizvedena z uporabo pare, proizvedene s toploto, ki izhaja iz staljenega jedra zemlje. Geotermalne elektrarne so relativno zelena tehnologija . Kaldara Green Energy, norveško/islandski proizvajalec opreme za proizvodnjo geotermalne električne energije, je bil glavni inovator na tem področju.

Sončne termoelektrarne lahko za proizvodnjo svoje energije uporabljajo tudi parne turbine.