محرك بخاري
المحرك البخاري هومحرك يتستفيد من بخار الماء المضغوط ذودرجة حرارة عالية لتحويل الطاقة الحراريه إلى عمل ميكانيكي وطاقة حركة .
مصطلح المحرك البخاري قد يشير أيضا إلى تام القاطره البخاريه والسكك الحديديه. التي تعمل بمحرك بخاري .
استخدمت محركات البخار في محطات الضخ ، والقاطرات البخاريه والسفن . وتعتبر المحركات البخاريه أساسية للثورة الصناعية ، وشاهد على ذلك الاستخدام الواسع في تشغيل الآلات في المصانع والمطاحن . على الرغم من اختراع محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائيه وحلها محل المحركات البخارية.
وتعتبر التوربينات البخاريه تقنيا نوع من المحرك البخاري . وهي تـُستخدم على نطاق واسع لتوليد الكهرباء . حوالي 86 ٪ من مجمل الطاقة الكهربائيه في العالم تولد باستخدام التوربينات البخاريه.
المحرك البخاري يحتاج المرجل لتسخين الماء وتحويله إلى بخار . وتمارس قوة البخار ذوالضغط المرتفع لدفع المكبس في اسطوانة كما في محرك السكك الحديدية ، أوفي إدارة التوربينات . تلك الحركة التي يمكن تسخيرها لدفع العجلات أوالآلات ، والتوربينات التي تولد الكهرباء عن طريق توصيلها بمولد للكهرباء.
من مميزات المحرك البخاري ان يمكن استعمال معها مصدارا عديدة للحرارة لتوليد البخار في المرجل وحمل درجة حرارته ؛ ولكن الأكثر شيوعا هو احتراق الفحم والحطب أومنتجات النفط . ولتوليد الطاقة الكربائية بواسطة المفاعلات النووية يستخدم الوقود النووي أولا لإنتاج بخار الماء عالي الضغط والحرارة ، ثم يُوجه البخار الناتج إلى التوربين والذي يقوم بدوره بتدوير المولد الكهربائي.
| جيمس واط | |
|---|---|
|
"جيمس وات" مخترع المحرك البخاري
| |
| الميلاد |
19 يناير 1736 جرينوك، أسكتلندا |
| الوفاة |
19 اغسطس 1819 هيت فيلد، أسكتلندا |
مخترع المحرك البخاري هوجيمس واط (1736 – 1819م) كان مهندسا اسكتلندي ، ولد في جرينوك من أب كان يعمل بالتجارة دون حتى يحقق نجاحا . تلقى واط تدريبه عند صانع للأدوات في لندن . ثم عاد إلى جلاسجوليعمل في مهنته . وقد كان واط على علاقة صداقة قوية مع الفيزيائي جوزيف بلاك مكتشف الحرارة الكامنة ، وكان لهذه الصداقة الأثر الهام في توجيه واط إلى الاهتمام بالطاقة الحرارية وتوصل إلى أنه يمكن الاستفادة من البخار كقوة محركة . وقد أجرى عدة تجارب للاستفادة من ضغط البخار . ثم سقط في يده محرك بخاري من طراز نيوكومن فاخترع له مكثفا وأجرى عليه بعض التعديلات والتحسينات مثل إدخال المضخة الهوائية وغلاف لاسطوانة البخار وزوده بمؤشر للبخار ، مما جعل المحرك البخاري آلة تجارية ناجحة . وقد أدعى واط اكتشاف هجريب المتاء قبل كافندش أوفي نفس الوقت . وقد سميت وحدة القدرة الكهربية باسم واط تخليدا له . أسس واط بالاشتراك مع بولتون شركة هندسية هي شركة سوهوللأعمال الهندسية، وقدأدخل الشريكان مصطلح وحدة القدرة الحصانية H.P)Horse Power) حيث 1 كيلوواط =0.746 HP.
كفاءة المحرك البخاري
يضع القانون الثاني للحرارة حدا أقصى لكفاءة الآلة الحرارية . وحتي لوفرض حتى الآله مثالية ولا تفقد حرارة بالاحتكاك فهي لا تستطيع تحويل كمية الحرارة المعطاة لها إلى شغل . والحدود المتحكمة في ذلك هي درجة الحرارة الداخلة في الآلة (أوالمتولدة فيها ) T1 ، ودرجة حرارة الوسط المحيط بها والذي تخرج فيه الغاز العادم T2 ، ونعني هنا درجات الحرارة المطلقة كلفن. وتعطينا معادلة كارنوالكفاءة النظرية لآلة تعمل بين تلك الدرجتين كالآتي :
وهذا الحد يسمى كفاءة دورة كارنو وهي تعطي كفاءة آلة مثالية لا يحدث فيها أي فقد للحرارة أواحتكاك . ولا يمكن لأي آلة عملية تعدي ذلك الحد مهما كانت هجريبته .
وبالنسبة للآلة البخارية التي تعمل ببخار ساخن ، ولنأخذ مثلا مثال محطة توليد الكهرباء والتي تعمل ببخار درجة حرارتهT1= 840 كلفن يدخل توربينا لتوليد الطاقة الكهربائية ويطرد البخار العادم عند درجة حرارته T2= 300 كلفن . تعطينا المعادلة السابقة للكفاءة 60 %. ولكن هذه هي الكفاءة للآلة المثالية . وفي الواقع نجد حتى الكفاءة الحقيقية للمحطة تبلغ 36 % فقط ، ذلك بسبب الاحتكاك الذي يضيع من الكفاءة . وبالنسبة إلى محطة كهربائية تعمل بالطاقة النووية لتوليد الكهرباء ، مثل مفاعل كاندوبكندا ، نجد أنه يحول الطاقة النووية إلى طاقة حرارية تنتج البخار . ويوجه البخار إلى توربين يدير بدوره مولد كهربائي لإنتاج التيار الكهربائي . تصل درجة حرارة البخار في مفاعل كاندو نحو575 كلفن ، ويُطرد البخار المستهلك عند درجة حرارة 300 كلفن (تعادل 25 درجة مئوية) ويسربها إلى النهر القريب . وبحساب الكفاءة النظرية للمفاعل نحصل على كفاءة 50 % ، ولكن بسبب الاحتكاك نجد حتى الكفاءة العملية للمفاعل لا تتعدي 32 %.
أنظر أيضا
- دورة كارنو
- محرك
- محرك احتراق داخلي
- محمصات البخار
- وعاء البخار
- محرك صاروخي
