蒸気機関とは何ですか？-概要、部品、および動作

蒸気機関とは何ですか？

蒸気機関は、作動油として蒸気を使用して機械的仕事を行う熱機関です。蒸気エンジンは、蒸気圧によって生成された力を使用して、シリンダー内でピストンを前後に押します。

この押し付け力は、コネクティングロッドとフライホイールによって、作業用の回転力に変換できます。 「蒸気エンジン」という用語は、一般に、蒸気タービンではなく、今説明したレシプロエンジンにのみ適用されます。

蒸気エンジンは、作動油が燃焼生成物から分離される外燃機関です。このプロセスの分析に使用される理想的な熱力学的サイクルは、ランキンサイクルと呼ばれます。

一般的な使用法では、蒸気エンジンという用語は、鉄道蒸気機関車やポータブルエンジンなどの完全な蒸気プラント（ボイラーなどを含む）を指す場合もあれば、ビームエンジンや定置式のようにピストンまたはタービン機械のみを指す場合もあります。蒸気機関。

蒸気駆動装置は紀元1世紀にアイオロスの球として知られていましたが、16世紀と17世紀に他のいくつかの用途が記録されましたが、トーマスセイバリーは、最初の商業的に使用された蒸気動力装置である蒸気ポンプの発明者と見なされています。水に直接作用する蒸気圧を使用しました。

蒸気機関を発明したのは誰ですか？

機械に連続動力を伝達できる最初の商業的に成功したエンジンは、1712年にトーマスニューコメンによって開発されました。ジェームズ・ワットは、凝縮のために使用済みの蒸気を別の容器に移すことで重大な改善を行い、消費された燃料の単位あたりに得られる仕事量を大幅に改善しました。

19世紀までに、定置式蒸気機関が産業革命の工場に動力を供給しました。蒸気機関は、外輪船の船の帆に取って代わり、蒸気機関車は鉄道で運行されていました。

レシプロピストン型蒸気エンジンは、電気モーターと内燃エンジンの設計の進歩により商業用途で蒸気エンジンが徐々に置き換えられるようになった20世紀初頭まで、主要な動力源でした。蒸気タービンは、低コスト、高速運転、高効率により、発電のレシプロエンジンに取って代わりました。

蒸気エンジンはどのように機能しますか？

蒸気機関では、通常ボイラーから供給される高温蒸気が圧力下で膨張し、熱エネルギーの一部が仕事に変換されます。残りの熱を逃がすか、エンジン効率を最大にするために、蒸気を別の装置である復水器で比較的低い温度と圧力で凝縮することができます。

高効率を得るには、蒸気がエンジン内で膨張する結果として、蒸気が広い温度範囲を通過する必要があります。最も効率的な性能、つまり、供給される熱に関連する最大の仕事量は、低い凝縮器温度と高いボイラー圧力を使用することによって確保されます。

蒸気は、ボイラーからエンジンに向かう途中で過熱器を通過することによってさらに加熱することができます。一般的な過熱器は、ボイラー炉内の高温ガスに表面がさらされている平行パイプのグループです。

過熱器を使用して、蒸気を沸騰水によって生成される温度を超えて加熱することができます。

レシプロエンジン、ピストンおよびシリンダータイプの蒸気エンジンでは、加圧された蒸気はバルブ機構によってシリンダーに入れられます。蒸気が膨張すると、ピストンが押し出されます。ピストンは通常、フライホイールのクランクに接続されて回転運動を生成します。複動式エンジンでは、ボイラーからの蒸気がピストンの両側に交互に流入します。

単純な蒸気エンジンでは、蒸気の膨張は1つのシリンダーでのみ発生しますが、複式エンジンでは、蒸気の膨張を大きくして効率を高めるために、サイズが大きくなる2つ以上のシリンダーがあります。最初の最小のピストンは最初の高圧蒸気によって作動し、2番目のピストンは最初のピストンから排出される低圧蒸気によって作動します。

蒸気タービンでは、蒸気はノズルから高速で排出され、一連の静止および移動ブレードを通って流れ、ローターを高速で移動させます。蒸気タービンはよりコンパクトであり、通常、レシプロ蒸気エンジンよりも高い温度と大きな膨張比を可能にします。タービンは、蒸気で大量の電力を生成するために使用される普遍的な手段です。

蒸気機関の部品

• ファイアボックス： ここで燃料を燃やして熱を発生させます。
• ボイラー： Lindyは火管ボイラーを使用しています。ファイアボックスで生成された高温ガスは、ボイラーのチューブラックから引き出されます。チューブはそれらを取り巻く水を加熱して蒸気を生成します。蒸気はボイラー上部の蒸気ドームに集まります。
• スチームドーム： スチームドームの中には、レギュレーターバルブ、安全弁、ホイッスルがあります。レギュレーターバルブはキャブのスロットルに取り付けられています。エンジニアはスロットルを使用して、シリンダーに供給される蒸気の量を制御します。ホイッスルは、蒸気圧によって吹く4チャイム、1925年のボールドウィンホイッスルです。圧力が高くなりすぎると、安全弁が開いて蒸気を放出します。
• バルブ、シリンダー、ピストン： 蒸気はシリンダー内で機械的エネルギーに変換されます。加圧された蒸気はシリンダーバルブを通過してチャンバーに入り、ピストンを駆動します。 Lindyは、ほとんどの機関車と同様に、複動式シリンダーを使用しています。これは、ピストンの両側に蒸気を交互に導入することで2倍の出力を実現し、ピストンロッドを押したり引いたりして、両方のストロークで電力を生成します。
• ロッド： ピストンは、ガイド上を走るクロスヘッドによってシリンダー内で整列されます。クロスヘッドはコネクティングロッドの小さい方の端を支えます。もう一方の端であるビッグエンドは、クランクピンで車輪に動力を伝達します。 Lindyは、ほとんどの機関車と同様に、複動シリンダーによって生成された動力を共有するために、複数の駆動輪のセットを備えています。機関車の両側のクランクは90°オフセットされており、車輪が1回転するまで力を分散します。
• 煙室： 使用済み蒸気は、スタックの下のブラストパイプを介してシリンダーから放出されます。この配置により、スモークボックス内の圧力が低下し、ボイラーチューブを通して火室ガスが引き込まれます。機関車が硬くなるほど、チューブからより多くのガスが引き込まれ、より多くの蒸気が発生します。
• スタック： ブラストパイプからの使用済み蒸気は、ボイラーチューブからのガスと混合し、煙突から排出されます。機関車が硬くなるほど、より多くのガスと蒸気が煙突から出てきます。
• キャブ： 列車の乗務員は運転台からエンジンを操作します。消防士の仕事は、火室の火とボイラーへの給水を制御して蒸気を作ることです。エンジニアはスロットルを操作して蒸気を使用し、蒸気圧、燃料、水を監視します。
• サンドドーム： ドームには、車輪とレールの間の牽引力のために駆動輪の前または後ろにスプレーすることによってエンジニアが利用する砂が含まれています。

蒸気機関の用途

蒸気エンジンは、

• ファクトリー
• 鉱山
• 機関車
• 蒸気船。