Parní stroj: princip, konstrukce, dělení a využití
Parní stroj je motor, který přeměňuje tepelnou energii páry na mechanickou práci. Popisuje princip, hlavní části, historický vývoj, typy (válcové i turbínové) a hlavní oblasti použití.
Parní stroj je strojní zařízení, které mění energii páry vzniklé při ohřevu vody v mechanický pohyb. Základní myšlenka spočívá v expanzi páry, jež působí tlakem na pohyblivé součásti — nejčastěji na píst ve válci nebo na lopatky turbíny. Pára vzniká v kotli zahřívaném spalováním paliva nebo jiným zdrojem tepla; ve stroji se její tlak směřuje pomocí ventilů tak, aby vznikl řízený vratný nebo rotační pohyb. Moderní texty rozlišují mezi klasickými pístovými stroji a následně rozšířenými parními turbínami, které mění páru přímo na rotační pohyb.
Galerie obrázků
10 Obrázky
Hlavní části a princip činnosti
Typický pístový parní stroj se skládá z kotle, potrubí, válce s pístem, ventilového rozvodu, ojnice a setrvačníku. Kotlem se vyrábí přehřátá nebo nasycená pára; ventily řídí její přívod na jednu či druhou stranu pístu. Pohyb pístu je převáděn ojnicí na klikový mechanizmus, který vytváří rotační pohyb vhodný k pohonu strojů. Setrvačník vyrovnává výkyvy výkonu a regulator (guvernér) kontroluje otáčky. U parních turbín pára protéká sadou lopatek, která rotují velmi vysokou rychlostí a jsou vhodné pro spojení s elektrickým generátorem.
Historie a vývoj
Praxe využívání páry sahá do raného novověku; praktické stroje se začaly objevovat v 18. století, zejména pro odvodňování dolů. Klasický pístový stroj se postupně zdokonaloval — významný byl přínos konstruktéra Jamese Watta, jehož úpravy zvýšily účinnost a umožnily širší nasazení během průmyslové revoluce. Parní stroje umožnily odstavení zdrojů pohonu závislých na vodních tocích, větru nebo koních a centralizovaly výrobu v továrnách. Ve druhé polovině 19. a 20. století se rozšířily parní lokomotivy a parní lodě; později částečně ustoupily parním turbínám i spalovacím motorům.
Druhy parních strojů a technické rozdíly
Parní stroje lze rozdělit podle konstrukce a provozního tlaku: nízkotlaké a vysokotlaké, jednopístové nebo vícepístové, kondenzující (s kondenzátorem snižujícím tlak výstupní páry) a nekondenzující. Pístové stroje poskytují významný krouticí moment při nízkých otáčkách, avšak jsou větší a těžší při stejné výkonové hladině. Parní turbíny převzaly primát tam, kde je potřeba vysokých otáček a větší účinnosti, zejména v elektrárnách a moderních lodních pohonech.
Využití, paliva a současnost
Historicky byly parní stroje používány v dolech, textilních továrnách, na mlýnech, v železniční dopravě a v námořní dopravě. Palivem pro kotle bývalo dřevo nebo uhlí, později i ropné produkty; v některých moderních instalacích je teplo dodáváno jaderným reaktorem nebo obnovitelnými zdroji. Ve 20. století většinu oblastí převzaly efektivnější a menší spalovací motory a elektrické trakční a pohonné systémy, nicméně parní princip zůstává zásadní pro výrobu elektřiny v parních cyklech a pro některé speciální aplikace. V muzeích a u dědiců průmyslového dědictví se zachovaly funkční historické stroje, které slouží k výuce a demonstracím.
Významné poznámky: Paru jako pracovní médium charakterizuje snadná skladovatelnost tepelné energie a možnost použití různých paliv. Na druhé straně má tento způsob některá negativa, především nižší účinnost u starších konstrukcí a potřebu robustní kotelní a bezpečnostní infrastruktury. Parní turbíny zvýšily celkovou účinnost tepelné přeměny a umožnily masovou výrobu elektřiny.
Další odkazy
- princip pohonu párou
- vytváření páry z vody
- pohon různých strojů
- vozidla s parním pohonem
- elektrické generátory
- James Watt a jeho úpravy
- větrné a vodní alternativy
- nahrazení tradičních pohonů
- píst a jeho pohyb
- provoz při nízkém tlaku
- pohon strojů v továrnách
- čerpadla v dolech
- železniční konstrukce
- lokomotivy
- parní lodě a námořní doprava
- ohřev kotle
- dřevní palivo
- uhlí jako palivo
- ropná paliva
- jaderné zdroje tepla
- sluneční (solární) ohřev
- ventilový rozvod
- kola a převody
- setrvačník a vyrovnání chodu
- regulátor otáček (guvernér)
- parní turbíny
- energetická účinnost
- parní cykly v elektrárnách
- výroba elektřiny
- jaderné kotle a reaktory
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to parní stroj?
Odpověď: Parní stroj je motor, který k pohybu využívá páru z vařící vody. Pára tlačí na součásti motoru, aby je uvedla do pohybu, a může být použita k pohonu mnoha druhů strojů včetně vozidel a elektrických generátorů.
Otázka: Kdy byly poprvé použity parní stroje?
Odpověď: Parní stroje byly poprvé použity v důlních čerpadlech počátkem 17. století a v 70. letech 17. století je výrazně zdokonalil James Watt. Velký význam získaly během průmyslové revoluce, kdy nahradily koně, větrné a vodní mlýny, aby mohly pracovat stroje.
Otázka: Jak fungují parní stroje?
Odpověď: První parní stroje byly pístové. Tlak páry tlačil na píst, který se pohyboval po válci, takže se pohyboval vratně (tam a zpět). To mohlo přímo pohánět čerpadlo nebo působit na kliku, která otáčela kolem a poháněla stroj. Těžký otáčející se setrvačník vyrovnával výkon pístu, zatímco regulátor řídil otáčky motoru.
Otázka: Co pohání parní stroj?
Odpověď: Pára pro pohon parního stroje se vyrábí v kotli, který ohřívá vodu a vytváří páru. Většinou se kotel ohřívá ohněm, ale palivem pro tento oheň může být dřevo, uhlí nebo ropa; místo ohně se může používat také jaderná nebo sluneční energie.
Otázka: Jak se změnila technologie od původních typů pístových motorů?
Odpověď: V průběhu 20. století byly písty nahrazeny turbínami, které se otáčejí jako větrné mlýny tlačené proudy páry a otáčejí se rychleji s větší energetickou účinností než původní druhy pístových parních motorů. Ty se nyní používají v elektrárnách k pohonu generátorů, které vyrábějí elektřinu, a také některé lodě jsou poháněny těmito turbínami.
Otázka: Jaký druh paliva lze dnes použít pro kotle?
Odpověď: Kotle pro tyto moderní turbíny mohou být vytápěny mnoha různými druhy paliv, například dřevem, uhlím, ropou; místo ohně se může používat také jaderná energie nebo sluneční energie v závislosti na tom, co je v daném okamžiku k dispozici.
Související články
Autor
AlegsaOnline.com Parní stroj: princip, konstrukce, dělení a využití Leandro Alegsa
URL: https://cs.alegsaonline.com/art/93610