DE 5 BELANGRIJKSTE SOORTEN STOOMMACHINES - TECHNOLOGIE - 2026

De verschillende soorten stoommachines hebben in de loop van de geschiedenis veel veranderingen ondergaan en de technologie heeft ze voortdurend op een opmerkelijke manier laten evolueren.

In wezen zijn stoommachines externe verbrandingsmotoren die de thermische energie van waterdamp omzetten in mechanische energie. Ze zijn gebruikt om pompen, locomotieven, schepen en tractoren aan te drijven en waren in die tijd essentieel voor de industriële revolutie. Momenteel worden ze gebruikt voor het opwekken van elektrische energie met behulp van stoomturbines.

Een stoommachine bestaat uit een ketel die wordt gebruikt om water te koken en stoom te produceren. De stoom zet uit en duwt een zuiger of turbine, waarvan de beweging het werk doet van het draaien van de wielen of het aandrijven van andere machines.

De eerste stoommachine werd in de 1e eeuw bedacht door Heron of Alexandria en heette Eolipila. Het bestond uit een holle bol die was verbonden met een ketel waaraan twee gebogen buizen waren bevestigd. De bol was gevuld met water dat gekookt was, waardoor de stoom met hoge snelheid door de buizen werd verdreven, waardoor de bal ging draaien.

Hoewel de eolipila geen praktisch doel had, vertegenwoordigt het ongetwijfeld de eerste implementatie van stoom als een bron van voortstuwing.

Heron's Aeolipian

De meeste systemen die stoom gebruiken, kunnen echter worden onderverdeeld in twee typen: zuigermachines en stoomturbines.

Belangrijkste soorten stoommachines

1- Plunjermachines

Plunjermachines gebruiken stoom onder druk. Door middel van dubbelwerkende zuigers komt stoom onder druk afwisselend aan elke kant binnen, terwijl het aan de andere kant wordt vrijgegeven of naar een condensor wordt gestuurd.

De energie wordt geabsorbeerd door een schuifbalk die is afgedicht tegen het ontsnappen van stoom. Deze stang drijft op zijn beurt een drijfstang aan die is verbonden met een kruk om de heen en weer gaande beweging om te zetten in een draaiende beweging.

Bovendien wordt een andere kruk gebruikt om het kleptandwiel aan te drijven, meestal via een mechanisme dat het omkeren van de draaiende beweging mogelijk maakt.

Bij gebruik van een paar dubbelwerkende zuigers wordt de krukverloop over een hoek van 90 graden verschoven. Dit zorgt ervoor dat de motor altijd draait, ongeacht in welke positie de crank zich bevindt.

2- Meerdere uitbreidingsmotoren

Een ander type stoommachine maakt gebruik van verschillende enkelwerkende cilinders die geleidelijk in diameter en beweging toenemen. Hogedrukstoom uit de ketel wordt gebruikt om de eerste zuiger met een kleinere diameter naar beneden te drijven.

In de opwaartse beweging wordt de gedeeltelijk geëxpandeerde stoom in een tweede cilinder gedreven die zijn neerwaartse beweging begint. Dit genereert een verdere expansie van de relatief hoge druk die vrijkomt in de eerste kamer.

Ook wordt de tussenkamer afgevoerd naar de laatste kamer, die op zijn beurt wordt vrijgegeven naar een condensor. Een aanpassing van dit type motor heeft twee kleinere zuigers in de laatste kamer.

De ontwikkeling van dit type motor was belangrijk voor het gebruik in stoomschepen, aangezien de condensor, bij het terugwinnen van een klein deel van het vermogen, de stoom weer omzet in water voor hergebruik in de ketel.

Aardse stoommachines konden veel van hun stoom afvoeren en worden bijgevuld vanuit een zoetwatertoren, maar op zee was dit niet mogelijk.

Voor en tijdens de Tweede Wereldoorlog werd de expansiemotor gebruikt in zeevaartuigen die niet op hoge snelheid hoefden te gaan. Toen er echter meer snelheid nodig was, werd deze vervangen door de stoomturbine.

3- Uniflow of uniforme stromingsmotor

Een ander type zuigermachine is de uniflow- of uniforme stromingsmotor. Dit type motor gebruikt stoom die in elke helft van de cilinder maar in één richting stroomt.

Thermische efficiëntie wordt bereikt door een temperatuurgradiënt over de cilinder te hebben. Stoom komt altijd de hete uiteinden van de cilinder binnen en verlaat deze via openingen in het midden van de koeler.

Dit resulteert in een vermindering van de relatieve verwarming en koeling van de cilinderwanden.

In uniflow-motoren wordt de stoominlaat gewoonlijk geregeld door schotelkleppen (die op dezelfde manier werken als die welke worden gebruikt in verbrandingsmotoren) die worden aangedreven door een nokkenas.

Inlaatkleppen gaan open om stoom toe te laten wanneer het minimale expansievolume is bereikt bij het begin van de beweging.

Op een specifiek moment van de draaiing van de kruk, komt de stoom binnen en sluit de inlaat van de dop, waardoor de stoom continu kan uitzetten en de zuiger in werking kan worden gesteld.

Aan het einde van de slag ontdekt de zuiger een ring met uitlaatgaten rond het midden van de cilinder.

Deze gaten zijn verbonden met de condensor, waardoor de druk in de kamer wordt verlaagd en een snelle ontlading ontstaat. De continue rotatie van de kruk is wat de zuiger beweegt.

4- Stoomturbines

Stoomturbines met een hoog vermogen gebruiken een reeks roterende schijven die aan hun buitenrand een soort propellertype bladen bevatten. Deze beweegbare schijven of rotoren worden afgewisseld met stationaire ringen of stators, die aan de turbinestructuur zijn bevestigd om de stoomstroom om te leiden.

Vanwege de hoge bedrijfssnelheid zijn dergelijke turbines normaal verbonden met een reductietandwiel om een ​​ander mechanisme aan te drijven, zoals een scheepsschroef.

Stoomturbines zijn duurzamer en vergen minder onderhoud dan zuigermachines. Ze produceren ook soepelere rotatiekrachten op hun uitgaande as, wat bijdraagt ​​aan lagere onderhoudsvereisten en minder slijtage.

Stoomturbines worden voornamelijk gebruikt in elektriciteitscentrales waar hun hoge bedrijfssnelheid een voordeel is en hun relatieve volume geen nadeel.

Ze worden ook gebruikt in maritieme toepassingen, die grote schepen en onderzeeërs aandrijven. Vrijwel alle kerncentrales wekken elektriciteit op door water te verwarmen en stoomturbines te voeden.

5- Voortstuwingsmotoren

Er is een onderwatervoortstuwingsmotor die stoom onder hoge druk gebruikt om water door een inlaat aan de voorkant aan te zuigen en aan de achterkant met hoge snelheid af te voeren.

Wanneer de stoom op het water condenseert, ontstaat er een schokgolf die het water van achteren verdrijft.

Om de efficiëntie van de motor te verbeteren, zuigt de motor lucht aan via een ventilatieopening voor de stoomstraal, waardoor luchtbellen ontstaan ​​en de manier waarop de stoom zich mengt met het water verandert.

Referenties

1. Marshall Brain (2017). "Hoe stoommachines werken". Opgehaald op 14 juni 2017 op science.howstuffworks.com.
2. New World Encyclopedia (2015). "Stoommachine". Opgehaald op 14 juni 2017 op newworldencyclopedia.org.
3. SOS Children (2008-2009). "Stoommachine". Opgehaald op 14 juni 2017 op cs.mcgill.ca.
4. Woodford, Chris (2017). "Stoommachines". Opgehaald op 14 juni 2017 op explaininthatstuff.com.