Hur fungerar ångmotorer?

Värm vatten till dess kokpunkt och det förändras från att vara en vätska till att bli den gas eller vattenånga vi känner som ånga. När vatten blir ånga ökar volymen ungefär 1 600 gånger är den expansionen full av energi.

En motor är en maskin som omvandlar energi till mekanisk kraft eller rörelse som kan förvandla kolvar och hjul. Syftet med en motor är att tillhandahålla kraft, en ångmotor tillhandahåller mekanisk kraft genom att använda ångan.

Ångmotorer var de första framgångsrika motorerna som uppfanns och var drivkraften bakom industriell revolution. De har använts för att driva de första tågen, fartygen, fabrikerna och till och med bilar. Och även om ångmotorer definitivt var viktiga tidigare, har de också nu en ny framtid när det gäller att förse oss med geotermiska energikällor.

För att förstå en grundläggande ångmotor, låt oss ta exemplet med ångmotorn som finns i en gammal ånglok som den som visas. De grundläggande delarna av ångmotorn i en lok skulle vara en panna, glidventil, cylinder, ångbehållare, kolv och ett drivhjul.

I pannan skulle det finnas en eldbox där kol skulle skjutas in. Kolen skulle hållas brinnande vid en mycket hög temperatur och användes för att värma upp pannan för att koka vatten som producerar högtrycksånga. Högtrycksångan expanderar och lämnar pannan via ångrör i ångbehållaren. Ångan styrs sedan av en glidventil för att flytta in i en cylinder för att trycka kolven. Trycket från ångenergin som trycker på kolven vrider drivhjulet i en cirkel och skapar rörelse för loket.

Människor har varit medvetna om kraften i ånga i århundraden. Grekisk ingenjör, Hjälte från Alexandria (cirka 100 e.Kr.), experimenterade med ånga och uppfann aeolipilen, den första men mycket råa ångmotorn. Aeolipilen var en metallsfär monterad ovanpå en kokande vattenkokare. Ångan gick genom rören till sfären. Två L-formade rör på motsatta sidor av sfären släppte ångan, vilket gav ett tryck till sfären som fick den att rotera. Men hjälten insåg aldrig aeolipilens potential, och århundraden skulle passera innan en praktisk ångmotor skulle uppfinnas.

1698, engelska ingenjör, Thomas Savery patenterade den första råa ångmotorn. Savery använde sin uppfinning för att pumpa vatten ur en kolgruva. 1712, engelska ingenjör och smed, Thomas Newcomen uppfann den atmosfäriska ångmotorn. Syftet med Newcomens ångmotor var också att ta bort vatten från gruvorna. 1765, en skotsk ingenjör, James Watt började studera Thomas Newcomens ångmotor och uppfann en förbättrad version. Det var Watt's motor som var den första som hade en roterande rörelse. James Watts design var den som lyckades och användningen av ångmotorer blev utbredd.

Ångmotorer hade en djup inverkan på transportens historia. I slutet av 1700-talet insåg uppfinnarna att ångmotorer kunde driva båtar och det första kommersiellt framgångsrika ångfartyget uppfanns av George Stephenson. Efter 1900 började förbränningsmotorer med bensin och diesel ersätta ångkolvmotorerna. Ångmotorer har dock dykt upp igen under de senaste tjugo åren.

Det kan vara förvånande att veta att 95 procent av kärnkraft anläggningar använder ångmotorer för att generera kraft. Ja, de radioaktiva bränslestavarna i ett kärnkraftverk används precis som kol i en ånglok för att koka vatten och skapa ångenergi. Men bortskaffandet av använde radioaktiva bränslestavar, kärnkraftverkens sårbarhet för jordbävningar och andra problem lämnar allmänheten och miljön stora risker.

Geotermisk kraft är kraft som genereras med hjälp av ånga som produceras av värme som härrör från den smälta kärnan i jorden. Geotermiska kraftverk är relativt grön teknik. Kaldara Green Energy, en norsk / isländsk tillverkare av utrustning för produktion av geotermisk elektrisk kraft, har varit den största innovatören inom området.

Solkraftverk kan också använda ångturbiner för att generera sin kraft.