Parna mašina

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Skoči na: navigacija, pretraga

Parna (klipna) mašina, ili parni stroj (parostroj) predstavlja motor koji transformiše toplotnu energiju vodene pare u mehanički rad, najčešće rotaciono kretanje.

Spada u grupu klipnih toplotnih motora sa spoljašnjim sagorevanjem.

Parne mašine su se koristile kao pogon pumpi, parnih lokomotiva, parobroda i parnih traktora te su bile temelj industrijske revolucije.

Mašina treba kotao u kojem se do ključanja zagrijava voda koja će se pretvoriti u paru pod pritiskom. Bilo koji izvor toplote može tome poslužiti, ali je najčešće gorivo u obliku drva, uglja i raznih derivata nafte. Para se širi i djeluje na stap (klip) čije dalje pokretanje okreće točak ili drugi dio mašine.

Parna mašina u radu. Para se dovodi u mašinu (crveno) i onda naizmjenično djeluje s obje strane klipa. Linijsko kretanje klipa se pretvara u rotaciono. Prikazana mašina je tipična za kraj 19. vijeka.

Istorija parne mašine[uredi]

Heron iz Aleksandrije[uredi]

Heron iz Aleksandrije je napravio prvu parnu mašinu, eolipil, u prvom stoljeću nove ere

Prva mašina, koja je nažalost služila samo kao demonstrator, je sagrađena u Aleksandriji u prvom vijeku nove ere.

Konstruktor je bio Heron. Rad je bio jednostavan, voda u postolju je zagrijavana do pretvaranja u paru. Para je zatim dolazila u šuplju kuglu preko cijevi-nosača i izlazila kroz savijene cjevčice, vrteći kuglu.

Slične sprave su ponekad korištene za otvaranja vrata hramova bez ljudske intervencije, da se impresioniraju vjernici.

Heronova mašina je jedan od ranih primjera rotacionih parnih mašina, od kojih su mnogi prototipovi izrađeni kroz vjekove.

Papen i Saveri[uredi]

Denis Papen (Denis Papin) i Tomas Saveri (Thomas Savery) su bili nastavljači razvoja, poslije duge pauze. Saveri je 1698. napravio parnu mašinu-pumpu koja je radila na principu kondenzacije pare, stvarajući vakuum koji je „usisavao“ vodu.

Nekoliko njegovih mašina je praktično korišteno, uprkos veoma slabom stepenu iskorišćenja.

Njukomen[uredi]

Njukomenova „atmosferska“ mašina. Para - ružičasto, voda - plavo. Ventili su otvoreni (zeleno) ili zatvoreni (crveno)

Tek je Tomas Njukomen (Thomas Newcomen) 1712. uspio da stvori mašinu koja je počela nešto više da se koristi, pogotovo za pumpanje vode iz rudnika. Iskoristivost je i dalje bila slaba. Mašina je nazivana „atmosferska“ zato jer je pritisak atmosfere vršio koristan rad kad klip ide dolje.

Rad Njukomenove parne mašine:

  • Sa klipom u donjem položaju, otvara se ventil koji pušta paru u cilindar.
  • Klip se podiže, uglavnom pod dejstvom težine utega (na lijevoj strani crteža).
  • Kad je klip pri vrhu, zatvara se dovod pare.
  • Da bi se stvorio potpritisak ispod klipa, hladna voda se uštrcava u cilindar. To odmah dovodi do kondenzacije vodene pare i stvara se vakuum u cilindru.
  • Atmosferski pritisak sad potiskuje klip nadole.
  • Ventil za hladnu vodu se isključuje u podesnom trenutku.
  • Ciklus se ponavlja.

Kako vidimo, koristan rad vrši atmosferski pritisak, potiskujući klip u vakuum nastao kondenzacijom pare. Zato se ovakva mašina ponekad naziva atmosferskom.

U prvim verzijama Njukomenove mašine, ventili su otvarani i zatvarani ručno (!) u toku ciklusa. Postoji priča da je dječak koji je bio zaposlen da upravlja ventilima, sam došao na zamisao da poveže ventile sa „klackalicom“ na vrhu mašine i tako automatizira proces. Bilo kako bilo, kasnije Njukomenove mašine su imale sistem poluga koje su automatski otvarale i zatvarale ventile u pogodnom trenutku.

Džejms Vat[uredi]

Vatova „atmosferska“ mašina, kraj 18. vijeka

Idući veliki skok u razvoju je bilo uvođenje mašina koje je konstruisao Džejms Vat (James Watt).

Pažljivim posmatranjem i analiziranjem Njukomenove mašine, Vat je uspio da poveća stepen iskoristivosti 4 puta, dodajući kondenzator pare, efikasniji bojler sa toplotnom izolacijom i drugo. Kondenzator je omogućavao da se vruća para pomiješana s vodom ponovo doda u cilindar, pa su gubici energije drastično smanjeni. Ipak i Vatova mašina je koristila nizak pritisak i kondenzaciju pare da stvori vakuum za rad.

Vat je bio izričito protiv mašina s visokim pritiskom, smatrajući ih opasnima (zbog čestih eksplozija kotlova koji nisu imali sigurnosne ventile).

Poslije 1800. godine[uredi]

Poslije 1800, Ričard Trevitik i drugi su počeli da razvijaju parne mašine visokog pritiska i male mase za pogon vozova.

Tendencija ka sve većim pritiscima pare a zatim i stepenovanje ("kompaunding") su bile odlike daljeg razvoja.

U „kompaund“ motorima para je prolazila kroz nekoliko cilindara sve većeg prečnika, da bi se podigao stepen iskorišćenja.

Krajem 19. vijeka stapni (klipni) parni motori su dostigli vrhunac. Dalji razvoj parnih mašina je krenuo u pravcu parnih turbina, dok su klipne mašine praktično nestale.

Kompaund (stepenovana) parna klipna mašina. Para pod visokim pritiskom (crveno) dolazi iz kotla (bojlera) i prolazi kroz cilindre sa sve nižim pritiskom. Para niskog pritiska (plavo) zatim ide u kondenzator pare radi ponovne upotrebe u mašini.

Stepen korisnog dejstva[uredi]

Kreće se od 1% za Njukomenovu atmosfersku mašinu do 50% (moderne parne turbine).

Upotreba parne mašine[uredi]

Kao pogonska mašina za industriju, vozove i brodove. Parna turbina se koristi i za proizvodnju električne energije u elektranama.

Opis rada[uredi]

Postoje razne vrste mašina koje se razlikuju po načinu rada. Vidi pod Parna mašina, vrste.

Vrste parnih mašina[uredi]

Klipne (štapne) parne mašine[uredi]

Po djelovanju pare na klip:

  • mašine jednostranog dejstva
  • mašine obostranog dejstva

Prema položaju cilindra:

  • horizontalne
  • kose
  • vertikalne

Prema broju cilindara:

  • jednocilindrične
  • višecilindrične (dvo, tro, četvorocilindrične)

Prema načinu dejstva pare u cilindru:

  • bez ekspanzije
  • punog dejstva

Prema broju cilindara ekspanzije:

  • proste ekspanzije
  • mnogostruke ekspanzije (dvo, tro, četverostruke)

Prema veličini pritiska iskorišćene pare:

  • bez kondenzacije
  • sa kondenzacijom
  • sa protivpritiskom

Prema vrsti radne pare:

  • sa zasićenom
  • sa pregrijanom parom

Prema broju obrtaja:

  • sporohodne (do 200 rot-min)
  • brzohodne (preko 1000 rot-min)

Po mjestu upotrebe:

  • nepokretna (stacionarna),
  • pokretna (na lokomotivi, brodu).

Vidi još[uredi]

Literatura[uredi]

Spoljašnje veze[uredi]

Vikiostava
Vikimedijina ostava ima još multimedijalnih datoteka vezanih za: Parna mašina