انتقل إلى المحتوى

محرك بخار

من ويكيبيديا، الموسوعه الحره
 محرك بخار
 

تعديل  طالع توثيق القالب

لنك عشوائى
تصانيف شوف كمان
مصطلحات | مهن
جهاز| جوايز
كل الليستات		 قطار الشرق السريع
JŽ 06-018 جرار بخار، فى ليوبليانا، سلوفينيا

المحرك البخارى هو محرك حرارى يؤدى شغل ميكانيكى باستخدام البخار كسائل تشغيل . يستخدم المحرك البخارى القوة الناتجة عن ضغط البخار لدفع مكبس ذهاب و إياب جوه أسطوانة . ممكن تحويل قوة الدفع دى بذراع توصيل وعمود مرفقى لقوة دورانية لتوليد الشغل. بيستخدم مصطلح "المحرك البخاري" فى العاده للإشارة لالمحركات الترددية ، رغم ان بعض المراجع أشارت كمان للتوربينات البخارية و أجهزة زى جهاز هيرو " إيوليبيل " على أنها "محركات بخارية". السمة الأساسية للمحركات البخارية هيا أنها محركات احتراق خارجى ، [1] حيث يتم فصل سائل التشغيل عن نواتج الاحتراق. بتتسمما الدورة الديناميكية الحرارية المثالية المستخدمة لتحليل دى العملية بدورة رانكين . فى الاستخدام العام، ممكن يشير مصطلح "المحرك البخاري" إما لمحطات بخارية كاملة (بما فيها الغلايات وما لذلك)، زى قاطرات السكك الحديد البخارية والمحركات المتنقلة ، أو ممكن يشير لماكينة المكبس أو التوربين بس، زى ما هو الحال فى محرك العارضة والمحرك البخارى الثابت .

نموذج لمحرك شعاعى يتميز بوصلة جيمس وات المتوازية للعمل المزدوج [2]
محرك طاحونة من مطحنة ستوت بارك بوبين ، كمبريا، انجلترا

الأجهزة اللى تعمل بالبخار، زى مضخة الميه البخارية، كانت معروفة فى القرن الاولانى الميلادي، ولم تُسجّل سوى استخدامات قليلة تانيه ليها فى القرن الستاشر.[3] سنة 1606،جيرونيمو دى أيانز إى بومونت اخد براءة اختراع لأول مضخة ميه تعمل بالبخار لتجفيف المناجم.[4] توماس سافرى بيعتبر مخترع أول جهاز يعمل بالبخار بيستخدم تجارى، هيا مضخة بخارية تستخدم ضغط البخار مباشره على الماء. طُوّر أول محرك ناجح تجارى قادر على نقل طاقة مستمرة لماكينة سنة 1712 على ايد توماس نيوكومن . سنة 1764، حقق جيمس وات تحسين جوهرى بنقل البخار المُستنفد لوعاء منفصل للتكثيف،و ده حسّن بشكل كبير كمية العمل المُنجز لكل وحدة وقود مُستهلكة. بحلول القرن التسعتاشر، شغّلت محركات البخار الثابتة مصانع الثورة الصناعية . وصلت محركات البخار لاستبدال المراكب الشراعية بالسفن البخارية ذات العجلات ، و عملت قاطرات البخار على خطوط السكك الحديد.

جرار بخار من المانيا الشرقية [5]
محرك حرث بخارى من صنع شركة كيمنا

محركات البخار ذات المكابس الترددية كانت المصدر الرئيسى للطاقة لحد أوائل القرن العشرين. شافت كفاءة محركات البخار الثابتة ارتفاع ملحوظ لحد سنة 1922 بالتقريب .[6] و تم إثبات و نشر أعلى كفاءة لدورة رانكين وصلت 91%، وكفاءة حرارية مجمعة وصلت 31%، فى 1921 و1928.[7] و أدى التقدم فى تصميم المحركات الكهربائية ومحركات الاحتراق الداخلى لالاستبدال التدريجى لمحركات البخار فى الاستخدام التجارى. وحلت التوربينات البخارية محل المحركات الترددية فى توليد الطاقة، نظر لانخفاض تكلفتها، وسرعة تشغيلها العالية، وكفاءتها المرتفعة.[8] مهم يتقال أن التوربينات البخارية الصغيرة الحجم أقل كفاءة بكتير من التوربينات الكبيرة.[9]

من سنة 2023، لسه بيتم تصنيع محركات بخارية كبيرة بنظام المكبس الترددى فى ألمانيا.[10]

تاريخ

[تعديل]

التجارب المبكرة

[تعديل]
إعادة بناء بالحجم الكبير لـ "إيوليبيل" الخاص بهيرون فى متحف كوتساناس للتكنولوجيا اليونانية القديمة ، أثينا، اليونان.

محرك "إيوليبيل" اللى وصفه هيرو الإسكندرى ، و هو عالم رياضيات و مهندس هلنستى فى مصر الرومانية خلال القرن الاولانى الميلادى كان واحد من المحركات البخارية البدائية المسجلة .[11] فى القرون اللاحقة، المحركات البخارية القليلة المعروفة، زى محرك "إيوليبيل"، كانت أجهزة تجريبية استخدمها المخترعون لإثبات خصايص البخار.

تقى الدين وصف جهاز بدائى لتوربينات البخار فى مصر العثمانية سنة 1551، ووصفه جيوفانى برانكا [12] فى ايطاليا سنة 1629. [13] و سنة 1601، وصف جيامباتيستا ديلا بورتا جهاز ممكن من خلاله رفع عمود من الميه باستخدام ضغط البخار.[14] وحصل المخترع الإسبانى جيرونيمو دى أيانز على براءات اختراع سنة 1606 لخمسين اختراع تعمل بالبخار، من بينها مضخة ميه لتجفيف المناجم المغمورة.[15] و سنة 1615، طوّر سالومون دى كوز محرك جوى يعمل بالطاقة الشمسية.[16] وقدّم الفرنساوى دينيس بابان بعض الأعمال المفيدة على جهاز هضم البخار سنة 1679، واستخدم لأول مرة مكبس لرفع الأثقال سنة 1690. [17]

محركات الضخ

[تعديل]

أول جهاز تجارى يعمل بالبخار كان مضخة مياه، طُوِّرت سنة 1698 على ايد توماس سافرى .[18] استخدمت دى المضخة تكثيف البخار لخلق فراغ يرفع الميه من الأسفل، بعدين تستخدم ضغط البخار لرفعه لأعلى. كانت المحركات الصغيرة فعالة، فى الوقت نفسه كانت النماذج الاكبر حجم بتسبب مشاكل، علشان كان ارتفاع الرفع فيها محدود للغاية، و كانت اتعرضة لانفجارات الغلايات . استُخدم محرك سافرى فى المناجم و محطات الضخ ، و فى تزويد دواليب الميه اللى بتشغل ماكينات النسيج بالماء .[19] من مزايا محرك سافرى انخفاض تكلفته. [20] أدخل بينتو دى مورا البرتغالى تحسين على تصميم سافرى "ليصبح قادر على العمل ذاتى"، كما وصفه جون سميتون فى المعاملات الفلسفية المنشورة سنة 1751.[21] استمر تصنيعه لحد أواخر القرن التمنتاشر. [20] كان معروف أن محرك واحد على الأقل لسه يعمل سنة 1820.[22]

محركات البخار ذات المكابس

[تعديل]
محرك جاكوب ليوبولد البخاري، 1720

أول محرك ناجح تجارى قادر على نقل طاقة مستمرة لماكينة كان هو المحرك الجوى (أو "محرك النار")، اللى اخترعه توماس نيوكومن حوالى سنة 1712. [24] [25] و طوّر المحرك ده مضخة البخار الخاصة بسافري، باستخدام مكبس كما اقترح بابين. محرك نيوكومن كان غير فعال نسبى، و كان بيستخدم فى الغالب لضخ المياه. كان يعمل عن طريق خلق فراغ جزئى بتكثيف البخار أسفل مكبس جوه أسطوانة. استُخدم لتصريف ميه المناجم فى أعماق كانت فى السابق غير عملية باستخدام الوسايل التقليدية، ولتوفير ميه قابلة لإعادة الاستخدام لتشغيل دواليب الميه فى المصانع بعيد عن مصدر مناسب. كانت الميه اللى تمر فوق الدولاب تُضخ لخزان تخزين أعلى الدولاب. [26] سنة 1780، حصل جيمس بيكارد على براءة اختراع لاستخدام دولاب الموازنة وعمود المرفق لتوفير حركة دورانية من محرك نيوكومن المُحسّن. [27]

جاكوب ليوبولد سنة 1720، وصف محرك بخارى عالى الضغط بأسطوانتين.[28] اتنشر ده الاختراع فى كتابه الرئيسى "Theatri Machinarum Hydraulicarum".[29] استخدم المحرك مكبسين ثقيلين لتحريك مضخة مياه. كان كل مكبس يرتفع بفعل ضغط البخار ويرجع لموضعه الأصلى بفعل الجاذبية. يشترك المكبسان فى صمام دوار رباعى الاتجاهات متصل مباشرة بغلاية بخارية.

محرك ضخ وات المبكر

الخطوة الرئيسية اللى بعد كده حصلت لما جيمس وات (1763-1775) طوّر نسخة محسّنة من محرك نيوكومن، مزودة بمكثف منفصل . استهلكت محركات بولتون ووات المبكرة نصف كمية الفحم اللى استهلكتها النسخة المحسّنة لجون سميتون من محرك نيوكومن.[30] كانت محركات نيوكومن ووات المبكرة تعمل بضغط الهواء الجوى. علشان كانت بتشغل بضغط الهواء اللى يدفع مكبس لالفراغ الجزئى الناتج عن تكثيف البخار، بدل من ضغط البخار المتمدد. كان لا بد أن تكون أسطوانات المحرك كبيرة لأن القوة الوحيدة القابلة للاستخدام و المؤثرة عليها كانت ضغط الهواء الجوى . [26] [31]

وات طور محركه بشكل اكبر، عدله لتوفير حركة دورانية مناسبة لتشغيل الماكينات. ده مكن من إنشاء المصانع بعيد عن الأنهار، و سرع الثورة الصناعية.[31] [26] [32]

محركات الضغط العالى

[تعديل]

يختلف معنى الضغط العالي، و قيمته الفعلية اللى تتجاوز الضغط الجوي، باختلاف الفتره الزمنية اللى استُخدم فيها المصطلح. ففى الاستخدام المبكر للمصطلح، يشير فان رايمسديك [33] لالبخار اللى يكون تحت ضغط عالى بما يكفى لتصريفه لالغلاف الجوى دون الحاجة لفراغ لتمكينه من أداء عمل مفيد. ويذكر إيوينغ أن محركات وات المكثفة كانت معروفه ساعتها بأنها منخفضة الضغط مقارنه بالمحركات اللى مشمكثفة عالية الضغط فى الفترة نفسها.[34] براءة اختراع وات منع التانيين من صنع محركات الضغط العالى والمحركات المركبة. بعد فتره قصيره من انتهاء صلاحية براءة اختراع وات سنة 1800، قدم ريتشارد تريفيتيك ، و بشكل منفصل، أوليفر إيفانز سنة 1801 [32][35] محركات تستخدم البخار عالى الضغط؛ حصل تريفيتيك على براءة اختراع محرك الضغط العالى سنة 1802، [36] و كان إيفانز قد صنع شوية نماذج عملية قبل كده. كانت دى المحركات أقوى بكتير بالنسبة لحجم أسطوانة معين من المحركات السابقة، و كان من الممكن تصنيعها بأحجام صغيرة بما يكفى لتطبيقات النقل. بعد ذلك، وصلت التطورات التكنولوجية والتحسينات فى تكنولوجيات التصنيع (اللى نتجت جزئى عن اعتماد محرك البخار كمصدر للطاقة) لتصميم محركات اكتر كفاءة ممكن تكون أصغر حجم أو أسرع أو أقوى، اعتماد على التطبيق المقصود. [26]

المحرك الكورنيشى عملوه تريفيتيك و مهندسين تانيين فى العقد التانى من القرن التسعتاشر. كان محرك بدورة مركبة، بيستخدم بخار عالى الضغط عشان يتمدد، و بعد كده بيكثّف البخار منخفض الضغط، وده خلاه يعتبر فعّال نسبى.

المحرك الكورنيشى كان بيتميز إن حركته وعزم الدوران فيه مش منتظمين وقت الدورة، وده خللا استخدامه يقتصر فى الأساس على أعمال الضخ. واتستخدمت المحركات الكورنيشية فى المناجم و إمدادات الميه لحد أواخر القرن التسعتاشر.[26]

محرك ثابت أفقى

[تعديل]

المصممين الأوائل لمحركات البخار الثابتة كانو فاكرين إن الأسطوانات الأفقية ها تتعرض لتآكل كبير. عشان كده، كانو بيرتبو محركاتهم بحيث يبقا محور المكبس فى وضع رأسى. لكن مع الوقت، الترتيب الأفقى بقى أكتر انتشار، علشان سمح بتركيب محركات صغيرة الحجم لكن قوية فى مساحات أصغر.

محركات البخار الأفقية وصلت لقمة تطورها مع محرك كورليس، اللى أخد براءة اختراع سنة 1849، و كان محرك بأربع صمامات شغال بنظام التدفق المعاكس، وفيه صمامات منفصلة لدخول وخروج البخار، و كمان نظام تلقائى متغير لقطع البخار. ولما كورليس أخد ميدالية رومفورد، اللجنة صرّحت إن "مافيش اختراع من أيام وات حسّن كفاءة محرك البخار بالشكل ده".

مع لاستهلاكه بخار أقل بحوالى 30%، كان بيوفر سرعة أكتر انتظام بفضل نظام قطع البخار المتغير، و ده خلاه مناسب اوى للصناعات التحويلية، خصوص غزل القطن.[26][37]

مركبات البرية

[تعديل]
جرار بخار من انجلترا

اتبنت أولى المركبات التجريبية اللى تعمل بالبخار والمخصصة للسير على الطرق فى أواخر القرن التمنتاشر، لكن لم تبقا محركات البخار المتنقلة خيار عملى إلا بعد ما طور ريتشارد تريفيتيك استخدام البخار عالى الضغط، حوالى سنة 1800. شاف النصف 1 القرن التسعتاشر تقدم كبير فى تصميم المركبات البخارية، و خمسينات القرن التسعتاشر بقا إنتاجها تجارى مجدى. لكن ده التقدم تعثر بسبب تشريعات حدّت من استخدام المركبات اللى تعمل بالبخار على الطرق أو حظرته تمام. واستمرت التحسينات فى تكنولوجيا المركبات من ستينات القرن التسعتاشر لعشرينات القرن العشرين. استُخدمت المركبات البخارية على الطرق فى كتير من التطبيقات.

فى القرن العشرين، التطور السريع لتكنولوجيا محركات الاحتراق الداخلى اتسبب فى انحسار استخدام المحركات البخارية كمصدر لتحريك المركبات تجارى، حيث مافضلش منها سوى عدد قليل نسبى بعد الحرب العالميه التانيه . اقتنى كتير من هواة جمع المركبات البخارية دى المركبات للحفاظ عليها، ولسه نماذج كتيرة منها موجودة لحد االنهارده . فى ستينات القرن العشرين، وصلت مشاكل تلوث الهواء فى كاليفورنيا لظهور اهتمام وجيز بتطوير ودراسة المركبات اللى تعمل بالبخار كوسيلة محتملة للحد من التلوث. وباستثناء اهتمام هواة المحركات البخارية، و بعض المركبات المقلدة، والتكنولوجيا التجريبية، مافيش الايام دى أى مركبات بخارية قيد الإنتاج.

محركات بحرية

[تعديل]
محرك بخارى بحرى ثلاثى التمدد على جرار المحيطات هرقل اللى تعود سنة 1907

و مع اقتراب نهاية القرن التسعتاشر، بقى استخدام المحركات المركبة منتشر اوى. المحركات دى كانت بتطلق البخار فى أسطوانات بيزيد حجمها تدريجى عشان تستوعب الأحجام الاكبر عند الضغوط الأقل، و ده كان بيحسّن الكفاءة. المراحل دى كانت معروفة باسم مراحل التمدد، و كانت محركات التمدد المزدوج و الثلاثى منتشرة اوى، خصوص فى النقل البحري، لأن الكفاءة كانت مهمة لتقليل وزن الفحم اللى بيتنقل. [26] فضلت محركات البخار المصدر الرئيسى للطاقة لحد أوائل القرن العشرين، لما وصلت التطورات فى تصميم التوربينات البخارية والمحركات الكهربائية ومحركات الاحتراق الداخلى تدريجى لاستبدال محركات البخار الترددية (المكبسية)، حيث اعتمدت المراكب التجارية بشكل متزايد على محركات الديزل ، والسفن الحربية على التوربينات البخارية. [26] [8]

قاطرات بخارية

[تعديل]

مع تطور محركات البخار خلال القرن التمنتاشر، بُذلت محاولات كتيرة لتطبيقها فى الطرق والسكك الحديد. [38] سنة 1784، بنى المخترع الاسكتلندى ويليام مردوخ نموذج أولى لجرار بخار للطرق.[39] صمم جون فيتش، رائد صناعة المراكب البخارية، نموذج أولى عملى لجرار بخار للسكك الحديدية فى امريكا، فى الغالب خلال تمانينات أو تسعينيات القرن التمنتاشر.[40] استخدمت قاطرته البخارية عجلات داخلية ذات شفرات. موجهة بقضبان أو مسارات.

جرار يونيون باسيفيك رقم 844 ، هيا جرار بخار من نوع " FEF-3 " 4-8-4 "نورثرن"

ريتشارد تريفيتيك بنا أول جرار بخار عاملة بالحجم الكامل فى المملكة المتحدة ، و فى 21 فبراير 1804، انطلقت أول رحلة قطار فى العالم، حيث جرّت جرار تريفيتيك البخارية 10 أطنان من الحديد و70 راكب وخمس عربات على طول خط الترام من مصنع بن-واي-دارين للحديد، قرب ميرثير تيدفيل، لأبركينون فى جنوب ويلز . [38] [41][42] تضمن التصميم عدد من الابتكارات المهمة، بما فيها استخدام البخار عالى الضغط،و ده قلل من وزن المحرك وزاد من كفاءته. زار تريفيتيك منطقة نيوكاسل فى وقت بعدين من سنة 1804، وبقت سكك حديد مناجم الفحم فى شمال شرق انجلترا المركز الرائد للتجريب وتطوير القاطرات البخارية.[43]

تريفيتيك واصل تجاربه باستخدام 3 قاطرات، واختتمها بجرار "Catch Me Who Can" سنة 1808. بعد أربع سنين بس، استُخدمت جرار "Salamanca" الناجحة ذات الأسطوانتين، من تصميم ماثيو موراي، فى سكة حديد ميدلتون ذات نظام التروس والسكك الجانبية .[44] و سنة 1825، بنى جورج ستيفنسون جرار "Locomotion" لسكك حديد ستوكتون ودارلينجتون . كانت دى أول سكة حديد بخارية عامة فى العالم، بعدين سنة 1829، بنى جرار "The Rocket" اللى شاركت فى تجارب رينهيل و كسبت بها.[45] واتفتحت سكة حديد ليفربول ومانشستر سنة 1830، معتمدةً بشكل حصرى على الطاقة البخارية لقطارات الركاب والبضائع.

تصنيع قاطرات البخار استمر لحد أواخر القرن العشرين فى أماكن زى الصين و المانيا الشرقية السابقة ( تم إنتاج جرار DR Class 52.80 ).[46]

التوربينات البخارية

[تعديل]

التطور الرئيسى الأخير فى تصميم المحركات البخارية كان استخدام التوربينات البخارية بدايه من أواخر القرن التسعتاشر. تتميز التوربينات البخارية عموم بكفاءة أعلى من محركات البخار ذات المكابس الترددية (للقدرات اللى تتجاوز بضع مئات من الأحصنة)، وفيها أجزاء متحركة أقل، و توفر الطاقة الدورانية مباشره بدل من نظام قضيب التوصيل أو ما شابه.[47] حلت التوربينات البخارية محل المحركات الترددية فعلى فى محطات توليد الكهرباء فى أوائل القرن العشرين، حيث شكلت كفاءتها وسرعتها العالية المناسبة لتشغيل المولدات ودورانها السلس مزايا لها. واليوم، تُستمد معظم الطاقة الكهربائية من التوربينات البخارية. ففى امريكا، بينتج 90% من الطاقة الكهربائية بالطريقه دى باستخدام مصادر حرارية متنوعة.[8] و استُخدمت التوربينات البخارية بصوره كبيره لدفع المراكب الكبيرة طول معظم القرن العشرين.

التطور الحالى

[تعديل]

مع ان محرك البخار الترددى ما بقاش يستخدم تجارى بصوره كبيره، لكن كتير من الشركات تستكشف أو تستغل إمكانات ده المحرك كبديل لمحركات الاحتراق الداخلى.

تم الكشف عن أصغر "محرك بخاري" شغّال فى العالم سنة 2011. المحرك المتناهى الصغر ده طوّره عالِمين ألمانيين.فى جامعة شتوتغارت ، ويعمل وفق مبدأ محرك ستيرلينج .[48][49]

مكونات و ملحقات محركات البخار

[تعديل]

نظام توليد البخار بيتكون من عنصرين أساسيين: المرجل أو مولد البخار ، و وحدة المحرك، اللى معروفه باسم "محرك البخار". فى محركات البخار الثابتة الموجودة فى مبانى ثابتة، ممكن يكون المرجل والمحرك فى مبنيين منفصلين يفصل بينهم مسافة معينة. أما فى حالة الاستخدام المتنقل، زى قاطرات البخار ، فيتم تركيبهما مع بعض .[50][51]

المحرك الترددى واسع الانتشار فى العاده بيتكون من أسطوانة من الحديد الزهر، ومكبس، وذراع توصيل، وعارضة أو عمود مرفقى وعجلة موازنة، و وصلات متنوعة. ويتم تزويد البخار وتصريفه بالتناوب عبر صمام واحد أو اكتر. ويتم التحكم فى السرعة إما تلقائى باستخدام منظم سرعة، أو يدوى بصمام. ويحتوى هيكل الأسطوانة على منافذ لتزويد البخار وتصريفه.

المحركات المجهزة بمكثف هيا نوع منفصل عن اللى تطلق العادم لالغلاف الجوى. فى الغالب توجد مكونات تانيه؛ مضخات ( زى حاقن ) لتزويد الغلاية بالماء وقت التشغيل، ومكثفات لإعادة تدوير الميه واستعادة الحرارة الكامنة للتبخر، ومسخنات فائقة لرفع درجة حرارة البخار فوق نقطة تشبعه، وآليات متنوعة لزيادة السحب لغرف الاحتراق. عند استخدام الفحم، قد تُضاف آلية تغذية بالسلسلة أو اللولب ومحركها لنقل الوقود من خزان التغذية لاوضه الاحتراق.[52]

مصدر حرارة

[تعديل]

الحرارة المطلوبة لغلى المية و رفع درجة حرارة البخار ممكن تيجى من مصادر مختلفة، و أكترها انتشار هو حرق مواد قابلة للاشتعال مع توفير كمية مناسبة من الهوا فى مكان مقفول، زى اوضه الاحتراق أو صندوق النار أو الفرن. أما فى محركات البخار النموذجية أو الألعاب، و ساعات لحد فى بعض المحركات بالحجم الكامل، فممكن مصدر الحرارة يكون عنصر تسخين كهربا.

الغلايات

[تعديل]
غلاية صناعية تستخدم لمحرك بخارى ثابت

الغلايات هيا أوعية ضغط فيها المية اللى مطلوب غليها، و بتتميز إنها مصممة تنقل الحرارة للمية باكبر كفاءة ممكنة. أكتر نوعين انتشار هما:

غلاية أنابيب المياه
يتم تمرير الميه عبر أنابيب محاطة بغاز ساخن.
غلاية أنابيب اللهب
يتم تمرير الغاز الساخن عبر أنابيب مغمورة فى الماء، كما يدور نفس الميه فى غلاف مائى يحيط بصندوق الاحتراق، و فى غلايات القاطرات عالية الإنتاج، يمر كمان عبر أنابيب فى صندوق الاحتراق نفسه (السيفونات الحرارية ومضخات الأمان).

و غلايات الأنابيب النارية كانت النوع الأساسى المستخدم للبخار عالى الضغط فى الفترات الأولى، و ده كان منتشر خصوص فى قاطرات البخار. لكن فى أواخر القرن التسعتاشر، تم استبدالها بدرجة كبيرة بغلايات الأنابيب المائية اللى كانت أكتر كفاءة و اقتصادًا، خصوص فى الدفع البحرى و التطبيقات الثابتة الكبيرة.

غلايات كتير بترفع درجة حرارة البخار بعد خروجه من الجزء الملامس للماء جوه الغلاية. معروفه دى العملية بالتسخين الفائق ، حيث يتم تحويل البخار الرطب لبخار مُسخّن . كما أنها تمنع تكثف البخار فى أسطوانات المحرك،و ده يُحسّن الكفاءة بشكل ملحوظ. [17] [53]

وحدات المحرك

[تعديل]

فى محرك البخار، المكبس أو التوربين البخارى أو أى جهاز مشابه بيقوم بشغل ميكانيكى عن طريق إنه ياخد بخار بدرجة حرارة و ضغط عاليين، و يطلع بخار بدرجة حرارة و ضغط أقل، مستفيد باكبر قدر ممكن من فرق الطاقة فى البخار عشان ينتج شغل ميكانيكى.

الوحدات دى بيتقال عليها كتير "محركات بخارية" بحد ذاتها. أما المحركات اللى بتستخدم الهوا المضغوط أو غازات تانية، فهى بتختلف عن المحركات البخارية بس فى تفاصيل مرتبطة بطبيعة الغاز المستخدم، رغم إن الهوا المضغوط ساعات ببيستخدم فى محركات بخارية من غير تعديلات كبيرة.[53]

حوض بارد

[تعديل]

زى ما بيحصل فى كل المحركات الحرارية، لازم أغلب الطاقة الأولية تخرج فى صورة حرارة مهدرة عند درجة حرارة منخفضة نسبى.[54]

أبسط طريقة للتخلص من البخار هيا إنه يتصرف للبيئة مباشرة. الطريقة دى كانت منتشرة فى قاطرات البخار عشان تتجنب وزن وحجم أجهزة التكثيف. كمان جزء من البخار الخارج كان بيتسحب عبر المدخنة عشان يزيد سحب الهوا للنار، وده بيزود قوة المحرك بشكل كبير، لكن فى المقابل بيقلل الكفاءة.

أحيان الحرارة المهدرة من المحرك بتكون مفيدة فى حد ذاتها، و فى الحالات دى ممكن يتحقق كفاءة إجمالية عالية اوى.

محركات البخار فى محطات توليد الطاقة الثابتة بتستخدم مكثفات سطحية كمصدر للتبريد. المكثفات دى بتتبرد بتدفق مية جاية من المحيطات أو الأنهار أو البحيرات، و فى الغالب كمان باستخدام أبراج التبريد اللى بتبخّر جزء من المية عشان توفر طاقة التبريد. بعد كده، المية المكثفة الساخنة الناتجة (المكثف) بيتم ضخها تحت ضغط أعلى وبيتم إرجاعها للمرجل تانى.

برج التبريد الجاف شبه رادياتير العربية، وبيستخدم فى الأماكن اللى فيها المية غالية. كمان ممكن التخلص من الحرارة المهدرة باستخدام أبراج تبريد تبخيرية (رطبة)، اللى فيها دايرة مية خارجية ثانوية بتبخّر جزء من التدفق فى الهوا.

فى البداية، المراكب النهرية كانت بتستخدم مكثف نفاث، اللى فيه مية باردة من النهر بتتدفع على بخار العادم الخارج من المحرك وبتختلط بالمكثف. ورغم إن الطريقة دى اتطبقت كمان على المراكب البحرية، إلا إن المرجل كان بيتراكم عليه ملح بعد أيام قليلة من التشغيل، وده كان بيقلل الكفاءة وبيزوّد خطر الانفجار. من حوالى سنة 1834، استخدام المكثفات السطحية على المراكب قضى على مشكلة تراكم الملح فى المراجل، وحسّن كفاءة المحرك بشكل كبير.[55]

الحاقن بيستخدم تيار من البخار عشان يدفع المية جوه المرجل. الحاقنات دى مش كفؤة، لكن بسيطة لدرجة إنها مناسبة للاستخدام فى القاطرات.
مش ممكن استخدام الميه المتبخرة لأغراض لاحقة (باستثناء ميه الأمطار)، فى الوقت نفسه ممكن إعادة استخدام ميه الأنهار. فى كل الأحوال، تُفصل ميه تغذية غلاية محطة البخار، اللى لازم الحفاظ على نقائها، عن ميه التبريد أو الهواء.

مضخة ميه

[تعديل]

معظم غلايات البخار فيها وسيلة لتزويدها بالماء تحت ضغط،و ده يسمح بتشغيلها بشكل مستمر. تستخدم غلايات المرافق والغلايات الصناعية فى العاده مضخات طرد مركزى متعددة المراحل؛ بس، بتستعمل أنواع تانيه. فيه وسيلة تانيه لتزويدها بضغط منخفض (فى العاده بين 5 to 10 ATM (73 ل147) (psi) ) ميه تغذية الغلاية حاقن ، يستخدم نفاثة بخار تُزود فى العاده من الغلاية. انتشر استخدام الحاقنات فى خمسينات القرن التسعتاشر، لكن لم تعتبر منتشرة الاستخدام، باستثناء تطبيقات زى قاطرات البخار. [26] إن ضغط الميه اللى يدور عبر غلاية البخار هو ما يسمح برفع درجة حرارة الميه لما يزيد عن 100 °C (212 °F) نقطة غليان الميه عند ضغط جوى واحد، وبكده زيادة كفاءة دورة البخار.

المراقبة و التحكم

[تعديل]
جهاز ريتشارد المؤشر سنة 1875. انظر: مخطط المؤشر (تحته)

لأسباب تتعلق بالسلامة، تم تجهيز كل محركات البخار بالتقريب بآليات لمراقبة الغلاية، زى مقياس الضغط ونافذة الرؤية لمراقبة مستوى الماء. تم تجهيز كتير من المحركات، الثابتة والمتحركة، بجهاز تنظيم السرعة لتنظيم سرعة المحرك دون الحاجة لتدخل بشرى.

مؤشر محرك البخار الأداة الاكتر فائدة لتحليل أداء محركات البخار. استُخدمت نسخ مبكرة منه بحلول سنة 1851، [56] ولكانوالمؤشر الاكتر نجاح طُوّر لمخترع ومُصنّع محركات السرعة العالية، تشارلز بورتر، على ايد تشارلز ريتشارد، واتعرض فى معرض لندن سنة 1862.[32] يرسم مؤشر محرك البخار على الورق ضغط الأسطوانة خلال دورة التشغيل، ما يبوفر اكتشاف مختلف المشاكل وحساب القدرة الحصانية المُولّدة.[57] كان المهندسين والميكانيكيين ومفتشو التأمين بيستعملوه بشكل روتينى. ممكن كمان استخدام مؤشر المحرك على محركات الاحتراق الداخلى. انظر صورة مخطط المؤشر تحته (فى قسم أنواع وحدات المحركات ).

محافظ

[تعديل]
منظم طرد مركزى فى محرك بولتون ووات 1788 محرك لاب .

جيمس وات اعتمد منظم السرعة الطارد المركزى لاستخدامه فى محرك بخارى سنة 1788، بعد ما رآه شريكه بولتون فى معدات مطحنة دقيق كانا يبنيانها.[58] ماكانش بإمكان المنظم تثبيت سرعة محددة، علشان كان بياخد سرعة ثابتة جديدة استجابه لتغيرات الحمل. كان المنظم قادر على التعامل مع تغيرات طفيفة، زى الناتجة عن تقلبات الحمل الحرارى على المرجل. كما لوحظ ميلٌ للتذبذب عند أى تغيير فى السرعة. وبسبب ده، ما كانتش المحركات المجهزة بده المنظم بس مناسبةً للعمليات اللى تتطلب سرعة ثابتة، كغزل القطن.[59] جرى تحسين المنظم بمرور الوقت، وبدمجه مع خاصية قطع البخار المتغيرة، بقا من الممكن تحقيق تحكم جيد فى السرعة استجابه لتغيرات الحمل مع نهاية القرن التسعتاشر.

تكوين المحرك

[تعديل]

محرك بسيط

[تعديل]

فى المحرك البسيط، أو "محرك التمدد الأحادي"، يمر بخار الميه بعملية التمدد كاملةً جوه أسطوانة واحدة. قد يحتوى المحرك البسيط على أسطوانة واحدة أو اكتر. بعدين يُصرّف البخار مباشره لالغلاف الجوى أو لمكثف. أما فى محرك الضغط العالي، لما يتمدد البخار وقت مروره، تنخفض درجة حرارته لعدم إضافة حرارة للنظام؛ معروف ده بالتمدد الأديباتى ، وينتج عنه دخول البخار للأسطوانة بدرجة حرارة عالية وخروجه منها بدرجة حرارة منخفضة. يتسبب ده فى دورة تسخين وتبريد للأسطوانة مع كل شوط،و ده مصدر لانخفاض الكفاءة. [26]

تكثف البخار جوه الأسطوانة و إعادة تبخره السبب الرئيسى لفقدان الكفاءة فى محركات البخار الترددية. تعمل أسطوانة البخار و الأجزاء/المنافذ المعدنية المجاورة ليها عند درجة حرارة بالتقريب فى نص المسافة بين درجة حرارة تشبع البخار الداخل و درجة حرارة التشبع الموافقة لضغط العادم. عند دخول البخار عالى الضغط لأسطوانة التشغيل، يتكثف جزء كبير من البخار عالى الحرارة على شكل قطرات ميه على الأسطح المعدنية،و ده يقلل بشكل ملحوظ من كمية البخار المتاحة للتمدد. لما يوصل البخار المتمدد لضغط منخفض (خاصةً وقت شوط العادم)، تتبخر قطرات الميه اللى تشكلت جديد جوه الأسطوانة/المنافذ، ولا يُؤدى ده البخار أى شغل إضافى جوه الأسطوانة.

فيه حدود عملية لنسبة تمدد أسطوانة محرك البخار، لأن زيادة مساحة سطح الأسطوانة بتزود مشاكل التكثيف و إعادة تبخر البخار جوهها. ده بيقلل أو يلغى المزايا النظرية اللى بتكون مرتبطة بنسبة تمدد عالية جوه أسطوانة واحدة.[60]

محركات مركبة

[تعديل]

المهندس البريطانى آرثر وولف سنة 1804 ابتكر طريقة لتقليل فقد الطاقة فى الأسطوانات الطويلة اوى، و اخد براءة اختراع للمحرك المركب عالى الضغط (محرك وولف المركب) سنة 1805. فى المحرك ده، البخار عالى الضغط اللى بيطلع من المرجل بيمتد الاولانى فى أسطوانة عالية الضغط، بعد كده يدخل أسطوانة أو أكتر منخفضة الضغط.

و التمدد الكامل للبخار بيتم على شوية مراحل عبر أكتر من أسطوانة، و ده بيقلل بشكل كبير هبوط درجة الحرارة جوه كل أسطوانة. لما يتم تمديد البخار على مراحل وبفارق حرارى أصغر جوه كل أسطوانة، مشكلة التكثيف و إعادة التبخر بتقل بشكل واضح. ده بدوره بيقلل تسخين وتبريد الأسطوانات، و بيزود كفاءة المحرك.

و تقسيم التمدد على مراحل كمان بيقلل تغيرات عزم الدوران. عشان يتم الحصول على نفس الشغل من أسطوانة الضغط المنخفض، لازم يكون حجمها اكبر لأن البخار بيشغل حجم اكبر. علشان كده بيتم زيادة قطر الأسطوانة، و ساعات الشوط، فى أسطوانات الضغط المنخفض، وده بيخليها اكبر [26]

محركات التمدد المزدوج (المعروفة فى العاده تعمل بالمحركات المركبة ) على تمديد البخار على مرحلتين. ويمكن مضاعفة اجوأز الأسطوانات، أو تقسيم عمل الأسطوانة الكبيرة ذات الضغط المنخفض بحيث تُفرغ أسطوانة واحدة ذات ضغط عالى البخار فى أسطوانتين ذواتى ضغط منخفض،و ده بيدى تصميم ثلاثى الأسطوانات حيث يكون قطر الأسطوانة والمكبس متقارب ،و ده يُسهل موازنة الكتل المترددة. [26]

يمكن ترتيب المركبات ذات الأسطوانتين :

  • المركبات المتقاطعة : معروفه كمان باسم مركبات "المستقبل". أسطوانات بره الطور (< 180 درجة)،و ده يتطلب استخدام "مستقبل" للعادم، اللى فى العاده يكون مجرد صندوق الصمامات أو الغلاف نفسه.
  • مركبات وولف : تكون الأسطوانات متوافقة فى الطور أو مزاحة فى الطور بمقدار 180 درجة.
  • المركبات الترادفية : نوع من مركبات وولف. تتصل الأسطوانات ببعضها من طرف لطرف، وتدفع قضيب توصيل مشترك.
  • المركبات الزاوية : شكل من أشكال المركبات المتقاطعة. يتم ترتيب الأسطوانات على شكل حرف V (عادة بزاوية 90 درجة) وتدير عمود مرفقى مشترك.

فى المحركات المركبة ثنائية الأسطوانات المستخدمة فى السكك الحديد، بيكون فيه اتصال بين المكابس و أعمدة المرفق زى المحركات الثنائية البسيطة، لكن مع فرق طور 90 درجة بينهم (يعنى مقسّمين على 4 أجزاء).

و لما بنضاعف نظام التمدد المزدوج و نعمل محرك مركب رباعى الأسطوانات، فى الغالب المكابس جوه كل مجموعة بيكونو متوازنين عند 180 درجة، و المجموعات نفسها مضبوطة على فرق 90 درجة بالنسبة لبعضها.

و فى حالة معينة (النوع 1 محركات فوكلين المركبة)، المكابس بتشتغل فى نفس الطور، و بتتحرك على رأس متقاطع وعمود مرفق مشترك، و برضه بيكونو مضبوطين على 90 درجة زى المحركات الثنائية.

و فى ترتيب المحركات المركبة ثلاثية الأسطوانات، يا إما أعمدة المرفق ذات الضغط المنخفض تكون مضبوطة على 90 درجة مع عمود الضغط العالى اللى يكون عند 135 درجة بالنسبة للعمودين التانيين، أو فى بعض الحالات بيكونو التلاته أعمدة مضبوطة على 120 درجة.

و استخدام نظام التمدد المركب كان منتشر فى الوحدات الصناعية و محركات الطرق، و شبه عالمى فى محركات المراكب بعد سنة 1880، لكنه ماكانش منتشر فى قاطرات السكك الحديد لأنه كان بيتعتبر معقد، و ده بسبب ظروف التشغيل الصعبة و ضيق المساحة فى السكك الحديد (خصوص فى بريطانيا حيث ماكانش منتشر أصل ولم بيستخدم بعد 1930). بس، رغم كده، كان منتشر فى دول تانية كتير.[61]

محركات التوسع المتعدد

[تعديل]
رسم متحرك لمحرك ثلاثى التمدد مبسط. يدخل البخار عالى الضغط (باللون الأحمر) من المرجل ويمر عبر المحرك، بعدين يخرج كبخار منخفض الضغط (باللون الأزرق)، و فى العاده يذهب لالمكثف.

تقسيم عملية التمدد لمراحل إضافية لزيادة الكفاءة امتدادًا منطقى للمحرك المركب (الموصوف أعلاه). والنتيجة هيا محرك التمدد المتعدد . تستخدم دى المحركات إما 3 أو أربع مراحل تمدد، ومعروفه بمحركات التمدد الثلاثي والرباعي على التوالى. تستخدم دى المحركات سلسلة من الأسطوانات ذات أقطار متزايدة تدريجى. اتصممت دى الأسطوانات لتقسيم العمل بالتساوى بين كل مرحلة تمدد. زى فى محرك التمدد المزدوج، إذا كانت المساحة محدودة، فيمكن استخدام أسطوانتين أصغر حجم لمرحلة الضغط المنخفض. فى العاده تُرتّب أسطوانات محركات التمدد المتعدد بشكل خطي، لكن استُخدمت تشكيلات تانيه متنوعة. فى أواخر القرن التسعتاشر، استُخدم نظام يارو-شليك-تويدى للموازنة فى بعض محركات التمدد الثلاثى البحرية . قسّم نظام YST مراحل التمدد ذات الضغط المنخفض بين أسطوانتين، واحدة فى كل طرف من أطراف المحرك. سمح ده بموازنة عمود المرفق بشكل أفضل،و ده اتسبب فى محرك اكتر سلاسة واستجابة أسرع، ويعمل باهتزاز أقل. جعل ده المحرك بالأربع أسطوانات والتمدد الثلاثى منتشر فى سفن الركاب الكبيرة ( زى Olympicأولمبيك )، لكن تم استبداله فى النهاية بمحرك التوربين الخالى من الاهتزازات بالتقريب . مهم يتقال أنه تم استخدام محركات بخارية ترددية ثلاثية التمدد لتشغيل سفن الحرية خلال الحرب العالميه التانيه، اللى كانت اكبر عدد من المراكب المتدورة اللى اتبنا ا . اتبنا اكتر من 2700 سفينة فى امريكا، حسب تصميم بريطانى أصلى.

الصورة فى القسم ده بتعرض رسم متحرك لمحرك ثلاثى التمدد. البخار بيمر خلال المحرك من الشمال لليمين، و صندوق الصمامات بتاع كل أسطوانة بيكون موجود على الشمال بالنسبة للأسطوانة المقابلة له.

و محركات البخار البرّية كانت بتقدر تصرف البخار مباشرة للغلاف الجوي، لأن مية التغذية كانت متوفرة بسهولة فى العادة. قبل و وقت الحرب العالمية الأولى ، هيمن محرك التمدد على التطبيقات البحرية، حيث ما كانتش السرعة العالية للسفن ضرورية. إلا أنه تم استبداله بالاختراع البريطاني، التوربين البخاري، لما كانت السرعة مطلوبة، زى فى المراكب الحربية، زى البوارج الحربية من طراز دريدنوت ، وسفن الركاب HMS للمحيطات . كانت السفينة الحربية HMS اللى اتبنت سنة 1905 أول سفينة حربية رئيسية تستبدل تكنولوجيا المحرك الترددى المثبتة بتكنولوجيا التوربينات البخارية اللى كانت جديدةساعتها .

أنواع وحدات المحركات

[تعديل]

مكبس ترددى

[تعديل]
محرك ثابت مزدوج الفعل . كان ده هو محرك الطواحين الشائع فى نص القرن التسعتاشر. لاحظ صمام الانزلاق بالسطح السفلى المقعر، اللى يشبه حرف D بالتقريب .

فى معظم محركات المكابس الترددية، ينعكس اتجاه تدفق البخار فى كل شوط (تدفق معاكس)، حيث يدخل ويخرج من نفس طرف الأسطوانة. تستغرق دورة المحرك الكاملة دورة واحدة للعمود المرفقى وشوطين للمكبس؛ وتتألف الدورة كمان من أربع مراحل : الدخول، والتمدد، والخروج، والضغط. تُتحكم دى المراحل بصمامات تعمل فى الغالب جوه صندوق بخار مجاور للأسطوانة؛ حيث توزع الصمامات البخار عن طريق فتح و قفل منافذ البخار المتصلة بطرف (أو أطراف) الأسطوانة، وتُدار بآلية صمامات ، اللى تتنوع أنواعها.[62]

مخطط مؤشر تخطيطى يوضح الأحداث ال 4 فى شوط مكبس مزدوج. انظر: المراقبة والتحكم (أعلاه).

أبسط آليات الصمامات بتنتج أحداث ذات مدة ثابتة خلال دورة المحرك، و فى الغالب تخللى المحرك يدور فى اتجاه واحد بس. رغم ده ، تحتوى كتير منها على آلية عكسية بتوفر كمان وسيلة لتوفير البخار، حيث تُكتسب السرعة والزخم تدريجى عن طريق "تقصير فترة القطع "، أو بالأحرى، تقصير فترة دخول البخار؛ وده بدوره يُطيل فترة التمدد بشكل متناسب. ولكن، علشان صمام واحد يتحكم فى العاده فى تدفقَى البخار، قصر فترة القطع عند الدخول يؤثر سلب على فترتى العادم والضغط، واللتين لازم تظلا ثابتتين قدر الإمكان؛ فإذا كانت فترة العادم قصيرة اوى، فلن يتمكن بخار العادم من الخروج من الأسطوانة بالكامل،و ده يوصل لاختناقها وزيادة الضغط بشكل مفرط ( "الارتداد" ).[63]

فى الاربعينات و الخمسينات من القرن التسعتاشر، اتعملت محاولات عشان يتغلبوا على المشكلة دى باستخدام آليات صمامات مختلفة اخدت براءات اختراع، و كانت فيها صمام تمدد منفصل بقطع متغير متثبت على الجزء الخلفى من صمام الانزلاق الرئيسي، فى الوقت نفسه الصمام الرئيسى نفسه كان فى الغالب بقطع ثابت أو محدود.

التصميم ده كان بيدى بالتقريب أداء قريب من الحالة المثالية، لكن على حساب زيادة الاحتكاك و التآكل، و كمان كانت الآلية معقدة شوية.

الحل الوسط الشائع كان إنهم يعملو تداخل عن طريق إطالة أسطح الاحتكاك فى الصمام بحيث تتداخل مع فتحة الدخول، و ده كان بيخلى جانب العادم يفضل مفتوح لفترة أطول بعد ما يحصل القطع على جانب الدخول. مع الوقت، الحل ده بقى مقبول بشكل عام لمعظم الاستخدامات، و سمح باستخدام حركات صمامات أبسط زى ستيفنسون و جوى و والشارتس.

أما آليات صمامات كورليس و بعدين صمامات البوبيت، فكانت بتستخدم صمامات دخول و عادم منفصلة، و بتتحرك بآليات تشغيل أو كامات معمولة بحيث تحقق توقيت أقرب للأداء المثالى. لكن أغلب الأنظمة دى ما انتشرتش بره الاستخدامات المحدودة بسبب مشاكل زى التسريب و صعوبة الدقة فى التشغيل.[61] [64]

ضغط

[تعديل]

قبل ما مرحلة العادم تكتمل بالكامل، بيتم غلق جانب العادم من الصمام، وده بيحبس جزء من بخار العادم جوه الأسطوانة. ده بيحدد مرحلة اسمها “الضغط”، حيث بيتكوّن جزء من البخار جوه الأسطوانة و المكبس بيضغط عليه وقت ما سرعته بتقل بسرعة.

كمان ده بيمنع حدوث صدمة مفاجئة فى الضغط و درجة الحرارة، اللى ممكن تحصل لو البخار عالى الضغط دخل فجأة فى بداية الدورة اللى بعدها.

التقديم فى توقيت الصمامات

[تعديل]

التأثيرات اللى اتكلمنا عنها قبل كده بتتقوى أكتر عن طريق إضافة حاجة اسمها “التقديم”. زى ما اتكتشف بعد كده فى محركات الاحتراق الداخلي، اتضح إنه مفيد من أواخر تلاتينات القرن التسعتاشر إنهم يقدموا مرحلة السحب، بحيث الصمام يفتح بدرى شوية، و يحصل دخول البخار قبل نهاية شوط العادم بقليل.

الهدف من كده إنه يملا حجم الخلوص اللى بيشمل المنافذ و نهايات الأسطوانة (و ده مش جزء من حجم حركة المكبس)، و ده بيحصل قبل ما البخار يبتدى يضغط فعلى على المكبس.[65]

محرك أحادى التدفق (أو أحادى التدفق)

[تعديل]
رسم متحرك لمحرك بخارى أحادى التدفق .



يتم التحكم فى صمامات البوبيت بعمود الكامات الدوار فى الأعلى. يدخل البخار عالى الضغط باللون الأحمر، ويخرج باللون الأصفر.

محركات التدفق الأحادى بتسعى إنها تعالج المشاكل اللى بتحصل فى دورة التدفق المعاكس التقليدية، لأن فى النظام التقليدى حيطان الأسطوانة وفتحات الدخول بيتبردوا مع كل شوط بسبب مرور بخار العادم، و فى نفس الوقت بخار الدخول الساخن بيضيع جزء من طاقته فى إنه يعيد تسخين الأجزاء دى بدل ما يشتغل بكفاءة كاملة.

فكرة التدفق الأحادى بقى إنها تقلل المشكلة دي، وده عن طريق وجود منفذ إضافى المكبس ما بيغطيهوش فى نهاية كل شوط، وده بيخلى اتجاه حركة البخار يكون فى اتجاه واحد بس.

وبالطريقة دي، محرك التدفق الأحادى بالتمدد البسيط بيقدر يوصل لكفاءة قريبة من أنظمة التمدد المركبة التقليدية، و كمان بيمتاز بأداء احسن عند الأحمال الجزئية، وبيكون قريب من كفاءة التوربينات فى المحركات الصغيرة اللى قدرتها أقل من 1000 حصان.

لكن فى المقابل، التغير الكبير فى درجة الحرارة على طول حيط الأسطوانة فى محركات التدفق الأحادى بيعمل مشاكل عملية فى التصميم والتشغيل.

محركات التوربينات

[تعديل]
  
المقال الاساسى: Steam turbine
محركات التوربينات (Turbine engines) هيا نوع من المحركات اللى بتحول طاقة المائع المتحرك (زى البخار أو الغازات أو الماء) لطاقة ميكانيكية عن طريق دوران ريش (blades) مركبة على عمود دوران.

الفكرة الأساسية إن المائع بيمر بسرعة عالية على ريش التوربين، فيدفعها وتبدأ تلف، و علشان كده يتم تحويل طاقة الحركة والطاقة الحرارية (لو غاز أو بخار ساخن) لشغل ميكانيكى مفيد.

فيه أنواع رئيسية منها:

  • توربينات بخارية: بتستخدم بخار مضغوط (زى محطات الكهرباء).
  • توربينات غازية: بتستخدم غازات احتراق ساخنة (زى محركات الطيارات).
  • توربينات مائية: بتستخدم حركة الميه (زى السدود و محطات الطاقة الكهرومائية).

الميزة الأساسية للتوربينات إنها بتدى تشغيل سلس ومستمر مقارنة بالمحركات الترددية، و كمان مناسبة اوى للقدرات العالية وسرعات الدوران الكبيرة.

التوربينة البخارية بتتكوّن من روتور واحد أو أكتر (أقراص دوّارة) متثبتين على عمود إدارة، وبيكونو متناوبين مع سلسلة من الأقراص الثابتة (stators) المتثبتة فى جسم التوربينة.

الروتور فيه ترتيب ريش شبه المروحة عند الحافة الخارجية، و البخار بيأثر على الريش دى فبيسبب حركة دورانية.

أما الستاتور (القرص الثابت) فبيكون فيه نفس فكرة الريش لكن ثابتة، و وظيفتها إنها تعيد توجيه تدفق البخار للمرحلة اللى بعدها من الروتور.

فى الغالب التوربينات البخارية بتتفريغ فى مكثف سطحى بيعمل فراغ يساعد على تحسين الأداء. المراحل بتاعة التوربينة بيتم ترتيبها بحيث تستخرج اكبر قدر ممكن من الشغل من ضغط وسرعة البخار، وده بيخلى فيه مراحل ضغط عالى و ضغط منخفض بأحجام مختلفة.

التوربينات ما بتبقاش فعّالة إلا لو كانت بتدور بسرعة عالية نسبى، وعلشان كده فى الغالب بيتوصل بيها علبة تروس تخفيض سرعة عشان تشغيل معدات بطيئة زى مراوح السفن. لكن فى أغلب محطات توليد الكهرباء الكبيرة، التوربين بيتوصل مباشرة بالمولد من غير تروس تخفيض.

السرعات المعتادة حوالى 3600 لفة فى الدقيقة فى امريكا بتردد 60 هرتز، و3000 لفة فى الدقيقة فى اوروبا والدول اللى بتستخدم 50 هرتز.

وفى تطبيقات الطاقة النووية، بسبب الحجم الكبير اوى، التوربينات فى العاده بتشتغل بنص السرعة دى بالتقريب ، يعنى 1800 أو 1500 لفة فى الدقيقة.

وكمان روتور التوربينة بيولد طاقة بس لما يدور فى اتجاه واحد، وعلشان كده ساعات بيكون فيه مرحلة عكس أو علبة تروس لو مطلوب تشغيل فى الاتجاه العكسى.

التوربينات البخارية بتوفر قوة دوران مباشرة، وعلشان كده ما بتحتاجش آلية تحويل من حركة ترددية لحركة دورانية زى المحركات الترددية.

و علشان كده بتدى حركة دوران أنعم و أكتر سلاسة على عمود الخرج. وده بيقلل احتياج الصيانة، و كمان بيقلل التآكل فى الماكينات اللى بتشتغل بيها مقارنه بمحرك ترددى مشابه.

توربينيا - أول سفينة تعمل بالتوربينات البخارية

بيستخدم التوربين البخارى بشكل أساسى فى توليد الكهرباء ( كان بيشكل حوالى 90% من إنتاج الكهرباء العالمى فى تسعينيات القرن العشرين) [8] لكن الانتشار الواسع لوحدات التوربينات الغازية الكبيرة و محطات الطاقة ذات الدورة المركبة النموذجية قد خفّض دى النسبة لحوالى 80% للتوربينات البخارية. فى مجال إنتاج الكهرباء، تتوافق سرعة دوران التوربين العالية مع سرعة المولدات الكهربائية الحديثة، اللى فى العاده تكون متصلة مباشره بتوربيناتها المُشغّلة. أما فى مجال الملاحة البحرية (كما فى سفينة توربينيا )، فقد هيمنت التوربينات البخارية المزودة بنظام تخفيض السرعة ( رغم ان توربينيا كانت مزودة بتوربينات متصلة مباشره بالمراوح دون علبة تروس تخفيض السرعة) على دفع المراكب الكبيرة طول أواخر القرن العشرين، نظر لكفاءتها العالية (وحاجتها لصيانة أقل بكثير) مقارنه بمحركات البخار الترددية. فى العقود الأخيرة، حلت محركات الديزل الترددية والتوربينات الغازية محل الدفع البخارى بشكل شبه كامل فى التطبيقات البحرية.

جميع محطات الطاقة النووية بالتقريب بتنتج الكهرباء عن طريق تسخين الميه لتوفير البخار اللى يُشغّل توربين متصل بمولد كهربائى . تستخدم المراكب والغواصات اللى تعمل بالطاقة النووية إما توربين بخارى مباشره للدفع الرئيسي، مع مولدات لتوفير الطاقة المساعدة، أو تستخدم نظام نقل توربينى كهربائى ، حيث يُشغّل البخار مجموعة مولدات توربينية مع توفير الدفع بمحركات كهربائية. تم تصنيع عدد محدود من قاطرات السكك الحديد اللى تعمل بالتوربينات البخارية. حققت بعض القاطرات اللى مشمكثفة ذات الدفع المباشر بعض النجاح فى عمليات نقل البضائع لمسافات طويلة فى السويد و فى نقل الركاب السريع فى بريطانيا ، لكن لم يتم تكرارها. فى أماكن تانيه، وبالخصوص فى امريكا، اتبنا تصاميم اكتر تطور ذات نقل كهربائى تجريبى، لكن لم يتم إنتاجها. اتوجد أن التوربينات البخارية ما كانتش مناسبة تمام لبيئة السكك الحديد، وفشلت دى القاطرات فى إزاحة وحدة البخار الترددية الكلاسيكية بالطريقة اللى فعلتها قاطرات الديزل والكهرباء الحديثة.

تشغيل محرك بخارى بسيط بأسطوانة متذبذبة

محركات البخار ذات الأسطوانات المتذبذبة

[تعديل]

محرك البخار بالأسطوانة المتذبذبة هو نوع من محركات البخار ذات التمدد البسيط، ولا يتطلب صمامات لتوجيه البخار لداخل الأسطوانة وخارجها. فبدل الصمامات، تتأرجح الأسطوانة كلها بحيث تتدور فتحة أو اكتر فيها مع فتحات فى منفذ ثابت أو فى محور الارتكاز . بتستعمل دى المحركات بشكل أساسى فى الألعاب والنماذج المصغرة لبساطتها، لكن استُخدمت كمان فى محركات عاملة بالحجم الطبيعي، و بالخصوصً فى المراكب حيث تُقدّر صغر حجمها.[66]

محركات البخار الدوارة

[تعديل]

ممكن استخدام آلية تعتمد على محرك دوار بدون مكابس،، زى محرك وانكل، بدل الأسطوانات و نظام الصمامات فى محرك البخار الترددى التقليدى.

اتصممت محركات كتير من النوع ده من أيام جيمس وات لحد النهارده، لكن اتبنى منها القليل اوى، وعدد أقل دخل فى الإنتاج الكمى (وشوف الرابط تحت المقال للمزيد من التفاصيل).

المشكلة الأساسية إن صعب اوى يتعمل إحكام كويس للدوّارات عشان يمنع تسريب البخار، خصوص مع التآكل و التمدد الحرارى، وده بيخلى أى تسريب يقلل الكفاءة اوى.

كمان غياب نظام التمدد أو أى وسيلة للتحكم فى توقيت القطع بيعتبر مشكلة كبيرة فى التصميمات دى.

بحلول اربعينات القرن التسعتاشر، بقى واضح إن الفكرة فيها مشاكل أساسية، وابتدت الصحافة التكنولوجيا تسخر شوية من فكرة المحركات الدوّارة.

لكن بعد ظهور الكهرباء، و مع وجود ميزة تشغيل الدينامو مباشرة من محرك عالى السرعة، رجع الاهتمام بالنوع ده تانى فى تمانينات وتسعينيات القرن التسعتاشر، وفعل بعض التصميمات حققت نجاح محدود.

Line drawing of a sphere suspended between two uprights forming a horizontal axis. Two right-angle jet arms at the circumference expel steam that has been produced by boiling water in a closed vessel under the two uprights, which are hollow and let steam flow into the interior of the sphere.
يدور جهاز توليد البخار الهوائى (أيوليبيل) بفعل البخار المتصاعد من دراعات ه. ولم يُستغل ده التأثير عملى. [ مطلوب مصدر ]

من التصاميم القليلة اللى اتصنعت بكميات كبيرة، تبرز تصاميم شركة هولت براذرز للمحركات البخارية الدوارة فى ستوكهولم، السويد، والمحرك الكروى لبرج بيوشامب . استُخدمت محركات برج بيوشامب من قِبل شركة غريت إيسترن للسكك الحديدية لتشغيل مولدات الإضاءة على قاطراتها، ومن قِبل الأميرالية لتشغيل المولدات على سفن البحرية الملكية . فى الاخر، المحركات دى فى اتبدلت التطبيقات المتخصصة دى بتوربينات بخارية.

نوع الصاروخ

[تعديل]

و نظام “الإيوليبيل” ببييمثل استخدام البخار على أساس مبدأ تفاعل الصاروخ، رغم إنه ماكانش بيتستخدم للدفع المباشر. فى العصر الحديث، استخدام البخار فى الصواريخ بقى محدود اوى، وظهر بشكل أساسى فى صواريخ البخار، خصوص عربات الصواريخ.

و صواريخ البخار بتشتغل عن طريق ملء وعاء ضغط بمية سخنة تحت ضغط عالي، و بعد كده فتح صمام متوصل بفوهة مناسبة. لما الضغط يقل فجأة، جزء من المية بيغلى فور، وبيتحول لبخار بيخرج من الفوهة وبيولد قوة دفع.[67]

عربية فرديناند فيربيست كانت سنة 1679 بتشتغل بمولد كهربائى.

أمان

[تعديل]

محركات البخار فيها غلايات ومكونات تانيه تعتبر أوعية ضغط تحوى كمية هائلة من الطاقة الكامنة. تسببت تسربات البخار وانفجارات الغلايات (فى العاده معروفه بانفجارات الغازات المتمددة والمغلية ) فى خساير شديده فى الأرواح، و حدث ذلك بالفعل زمان . ورغم وجود اختلافات فى المعايير بين الدول، إلا أنه يتم تطبيق إجراءات قانونية شديده، واختبارات دقيقة، وتدريب مكثف، وحرص شديد فى التصنيع والتشغيل والشهادات لضمان السلامة.

أنماط الفشل قد بتشمل :

  • زيادة الضغط فى الغلاية
  • عدم كفاية الميه فى الغلاية يتسبب فى ارتفاع درجة الحرارة وتعطل الوعاء
  • تراكم الرواسب والقشورو ده يتسبب فى ظهور بؤر ساخنة محلية، خاصة فى المراكب النهرية اللى تستخدم ميه تغذية ملوثة.
  • تعطل وعاء الضغط فى الغلاية بسبب عدم كفاية البناء أو الصيانة.
  • تسرب البخار من الأنابيب/الغلايةو ده يسبب الحروق

محركات البخار فى الغالب بيكون فيها آليتين مستقلتين عشان يضمنوا إن الضغط جوه المرجل مايعلاش بشكل خطر. واحدة منهم يقدر المستخدم يضبطها، أما التانية فبتكون معمولة كوسيلة أمان نهائية.

صمامات الأمان دى كانت زمان بتستخدم دراع بسيط ماسك صمام سدادة فوق المرجل. كان فى طرف من الدراع ثقل أو نابض بيمنع الصمام من إنه يفتح بسبب ضغط البخار. فى البداية، سواقى المحركات كانو يقدروا يضبطوا الصمامات دي، و ده تسبب فى حوادث كتير لما بعض السواقين كانو يربطوا الصمام بإحكام عشان يسمحو بضغط بخار أعلى و قوة اكبر للمحرك.

أما الأنواع الأحدث من صمامات الأمان، فبتستخدم صمام قابل للتعديل بنابض، لكنه بيكون مقفول بطريقة تمنع المشغلين من العبث بضبطه إلا لو تم كسر ختم الأمان بشكل مش قانونى. التصميم ده يعتبر أكتر أمان بشكل واضح.

ممكن كمان يكون فيه سدادات رصاص قابلة للانصهار فى الجزء العلوى من اوضه احتراق المرجل. لو مستوى المية نزل، و ده خللا الجزء العلوى من اوضه الاحتراق يسخن بشكل كبير، السدادات دى بتدوب و بتشتغل كوسيلة أمان. الرصاص ينصهر و يتسرب البخار، محذر المشغلين اللى يمكنهم حينها إخماد الحريق يدوى. باستثناء أصغر المراجل، يكون لتسرب البخار تأثير صغير فى إخماد الحريق. كمان مساحة السدادات صغيرة اوى بحيث لا تُخفض ضغط البخار بشكل ملحوظ،و ده يوصل لانخفاض ضغط المرجل. لو كانت اكبر حجم، لكان حجم البخار المتسرب بحد ذاته بيعرض الطاقم للخطر.

دورة البخار

[تعديل]

دورة رانكين الأساس الديناميكى الحرارى لمحرك البخار. تتكون دى الدورة من مجموعة من المكونات، زى ما هو منتشر فى إنتاج الطاقة البسيط، و تعتمد على تغير حالة الميه (غليان الميه لإنتاج البخار، وتكثيف بخار العادم لإنتاج الميه السائل) لتوفير نظام عملى لتحويل الحرارة لطاقة. تُزوّد الحرارة خارجى لحلقة مقفولة، حيث يُحوّل جزء من الحرارة المُضافة لشغل، فى الوقت نفسه تُزال الحرارة الزائدة فى مكثف. بتستعمل دورة رانكين فى كل تطبيقات إنتاج الطاقة البخارية بالتقريب . فى تسعينيات القرن العشرين، ولّدت دورات رانكين البخارية حوالى 90% من إجمالى الطاقة الكهربائية المُستخدمة فى كل اماكن العالم، بما فيها كل محطات الطاقة الشمسية ، و محطات الطاقة اللى تعمل بالكتلة الحيوية، و محطات الفحم ، و محطات الطاقة النووية بالتقريب . سُمّيت الدورة نسبةً لويليام جون ماكورن رانكين ، العالم الموسوعى الاسكتلندى.[68]

مخطط انسيابى للأجهزة ال 4 الرئيسية المستخدمة فى دورة رانكين . 1) مضخة ميه التغذية 2) 3) غلاية أو مولد بخار التوربين أو المحرك 4) المكثف؛ حيث Q = الحرارة و W = الشغل. يتم طرد معظم الحرارة كنفايات.

يُشار ساعات لدورة رانكين بدورة كارنو العملية، لأنه عند استخدام توربين عالى الكفاءة، يبتدى مخطط TS فى التشابه مع دورة كارنو. ويكمن الاختلاف الرئيسى فى أن إضافة الحرارة (فى المرجل) وطردها (فى المكثف) عمليتان متساويتا الضغط (ثابتتا الضغط) فى دورة رانكين، فى الوقت نفسه هما عمليتان متساويتا الحرارة (ثابتتا درجة الحرارة ) فى دورة كارنو النظرية. فى دى الدورة، بتستعمل مضخة لضغط مائع التشغيل اللى يُستقبل من المكثف كسائل مش كغاز. ويتطلب ضخ مائع التشغيل فى حالته السائلة خلال الدورة جزء صغير من الطاقة اللازمة لنقله مقارنه بالطاقة اللازمة لضغطه فى حالته الغازية فى ضاغط (كما فى دورة كارنو ). وتختلف دورة محرك البخار الترددى عن دورة التوربينات بسبب التكثيف و إعادة التبخر اللى يحدثان فى الأسطوانة أو فى ممرات مدخل البخار. [26]

يمكن أن يعمل سائل التشغيل فى دورة رانكين كنظام مقفول، حيث يُعاد تدوير سائل التشغيل باستمرار، أو كنظام مفتوح، حيث يُطلق بخار العادم مباشره لالغلاف الجوي، ويُزوّد المرجل بمصدر منفصل للمياه. فى العاده يُفضّل استخدام الميه كسائل تشغيل نظر لخصايصه المميزة، زى كونه غير سام و مش متفاعل كيميائى، ووفرته، وانخفاض تكلفته، و خصايصه الديناميكية الحرارية . بيستخدم الزئبق كسائل تشغيل فى توربينات بخار الزئبق . ممكن استخدام الهيدروكربونات ذات درجة الغليان المنخفضة فى دورة ثنائية .[69]

المحرك البخارى ساهم بشكل كبير فى تطوير نظرية الديناميكا الحرارية؛ بس، التطبيقات الوحيدة للنظرية العلمية اللى أثرت على المحرك البخارى كانت المفاهيم الأصلية لتسخير قوة البخار والضغط الجوي، ومعرفة خصايص الحرارة والبخار. وصلت القياسات التجريبية اللى عملها وات على نموذج لمحرك بخارى لتطوير المكثف المنفصل. اكتشف وات بشكل مستقل الحرارة الكامنة ، اللى أكدها مكتشفها الأصلى جوزيف بلاك ، اللى قدم كمان المشورة لوات بخصوص الإجراءات التجريبية. كان وات على دراية كمان بتغير درجة غليان الميه مع الضغط. بخلاف ذلك، كانت التحسينات اللى أُدخلت على المحرك نفسه ذات طبيعة ميكانيكية فى الغالب. [20] منحت مفاهيم الديناميكا الحرارية لدورة رانكين المهندسين الفهم اللازم لحساب الكفاءة،و ده ساعد فى تطوير الغلايات الحديثة ذات الضغط و درجة الحرارة العالية، والتوربينات البخارية.

كفاءة

[تعديل]

يمكن حساب كفاءة دورة المحرك عن طريق قسمة ناتج الطاقة من العمل الميكانيكى اللى ينتجه المحرك على الطاقة اللى يتم إدخالها لالمحرك.

المقياس التاريخى لكفاءة الطاقة فى محرك البخار كان هو "الحمل". قدم وات مفهوم الحمل لأول مرة لتوضيح مدى تفوق محركاته على تصاميم نيوكومن السابقة. الحمل هو عدد وحدات القدم-رطل من العمل الناتج عن حرق بوشل واحد ( 94 رطل (43 (كجم ) من الفحم. احسن نماذج تصميمات نيوكومن كان ليها حمولة حوالى 7 مليون، لكن معظمها كان أقرب ل5 ملايين مليون. كانت تصميمات وات الأصلية منخفضة الضغط قادرة على توفير طاقة توصل ل25 مليون، لكن متوسطها كان حوالى 17. كان ده تحسن بمقدار 3 أضعاف مقارنة بتصميم نيوكومن المتوسط. حسّنت محركات وات المبكرة المجهزة ببخار عالى الضغط ده الرقم ل65 مليون.

دورة كارنو ، هيا دورة ديناميكية حرارية مثالية نظرية، بتتحدد الحد الأقصى لكفاءة المحرك البخارى. تصف دورة كارنو نظام بيتكون من خزانين حراريين تنتقل بينهم الحرارة. فى المحرك البخاري، يتحول جزء من الحرارة المنتقلة لشغل ميكانيكى. كلما زاد فرق درجة الحرارة بين الخزانين، زادت كفاءة المحرك. واحده من طرق زيادة ده الفرق هيا استخدام البخار المحمص .

كفاءة دورة رانكين فى العاده تكون محدودةً بنوع مائع التشغيل. فبدون وصول الضغط لمستويات فوق الحرجة لمائع التشغيل، يكون نطاق درجة الحرارة اللى ممكن للدورة أن تعمل ضمنه ضيق؛ ففى التوربينات البخارية، درجات حرارة دخول التوربين فى العاده 565 درجة مئوية (1049) °F؛ 838 K) (حد الزحف للفولاذ المقاوم للصدأ) و درجات حرارة المكثف حوالى 30 °م (86 303 درجة فهرنهايت ك) . بيدى ده كفاءة كارنو نظرية حوالى 64% مقارنه بكفاءة فعلية 42% لمحطة توليد طاقة حديثة تعمل بالفحم . دى الدرجة المنخفضة لدرجة حرارة دخول التوربين (مقارنه بالتوربين الغازى ) هيا السبب فى استخدام دورة رانكين فى الغالب كدورة ثانوية فى محطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة اللى تعمل بالتوربينات الغازية .

واحده من المزايا الرئيسية لدورة رانكين مقارنة بالدورات التانية إن مرحلة الضغط بتحتاج شغل قليل اوى لتشغيل المضخة، لأن سائل التشغيل بيكون فى الحالة السائلة فى المرحلة دى. ونتيجة لتكثيف السائل، الشغل اللى بتستهلكه المضخة بيكون بالتقريب  بين 1% و3% بس من طاقة التوربين (أو المحرك الترددى)، وده بيساعد على رفع كفاءة الدورة بشكل كبير.

لكن الميزة دى بتتقل جزئى بسبب انخفاض درجة حرارة إضافة الحرارة. فمثل، درجة حرارة دخول التوربين فى توربينات الغاز ممكن توصل لحوالى 1500 درجة مئوية. بس، كفاءة دورات البخار الكبيرة الفعلية و توربينات الغاز الحديثة الكبيرة ذات الدورة البسيطة بتبقى متقاربة اوى.[70]

عملى، تتراوح كفاءة دورة محرك البخار الترددى اللى يُصرّف البخار لالغلاف الجوى فى العاده (بما فيها المرجل) بين 1 و10%. رغم ده ، ممكن تحسينها بشكل كبير بإضافة مكثف، وصمامات كورليس، وتمدد متعدد، و ضغط/درجة حرارة بخار عالية. تاريخى، كانت الكفاءة تتراوح بين 10 و20%، ونادر ما تتجاوز ذلك بقليل. ستحقق محطة توليد الطاقة الكهربائية الحديثة والكبيرة (اللى تنتج شوية مئات من الميغاواط من الطاقة الكهربائية) مع إعادة تسخين البخار ، والمقتصد، وما لذلك، كفاءة فى نطاق نص 40٪، مع اقتراب الوحدات الاكتر كفاءة من 50٪ كفاءة حرارية.

ممكن كمان استغلال الحرارة المهدرة باستخدام التوليد المشترك حيث يتم استخدام الحرارة المهدرة لتسخين سائل عامل بنقطة غليان منخفضة أو كمصدر حرارى للتدفئة المركزية عبر بخار مشبع منخفض الضغط.

شوف كمان

[تعديل]

ملحوظات

[تعديل]

مراجع

[تعديل]
  1. ↑ American Heritage Dictionary of the English Language (ط. 4th). Houghton Mifflin Company. 2000.
  2. ↑ This model was built by Samuel Pemberton between 1880 and 1890.
  3. ↑ The Popular science monthly. MBLWHOI Library. [New York, Popular Science Pub. Co., etc.] 1877.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: آخرون (link)
  4. ↑ "Who Invented the Steam Engine?". Live Science. 19 مارس 2014.
  5. ↑ This class of engine was built in 1942–1950 and operated until 1988.
  6. ↑ Mierisch، Robert Charles (مايو 2018). "The History and Future of High Efficiency Steam Engines" (PDF). EHA Magazine. ج. 2 ع. 8: 24–25 – عبر engineersaustralia.org.au.
  7. ↑ Gebhardt, G.F. (1928). Steam Power Plant Engineering (بالإنجليزية) (6th ed.). USA: John Wiley and Sons, Inc. p. 405.
  8. 1 2 3 4 Wiser، Wendell H. (2000). Energy resources: occurrence, production, conversion, use. Birkhäuser. ص. 190. ISBN:978-0-387-98744-6.
  9. ↑ Green, Don (1997). Perry's Chemical Engineers' Handbook (بالإنجليزية) (7th ed.). USA: McGraw-Hill. pp. 29–24. ISBN:0-07-049841-5.
  10. ↑ "Spilling Products". www.spilling.de. 5 اكتوبر 2023. اطلع عليه بتاريخ 2023-10-05.
  11. ↑ "turbine". Encyclopædia Britannica Online. 18 يوليه 2007.
  12. ↑ "University of Rochester, NY, The growth of the steam engine online history resource, chapter one". History.rochester.edu. مؤرشف من الأصل في 2011-07-24. اطلع عليه بتاريخ 2010-02-03.
  13. ↑ Nag 2002.
  14. ↑ "The Project Gutenberg eBook of A History of the Growth of the Steam-Engine, by Robert H. Thurston". www.gutenberg.org. مؤرشف من الأصل في 2025-05-24. اطلع عليه بتاريخ 2025-12-19.
  15. ↑ Garcia، Nicholas (2007). Mas alla de la Leyenda Negra. Valencia: Universidad de Valencia. ص. 443–54. ISBN:978-84-370-6791-9.
  16. ↑ Caus, Salomon de (1576?-1626) Auteur du texte (1624–1724). Les raisons des forces mouvantes, avec diverses machines tant utiles que plaisantes, ausquelles sont adjoints plusieurs desseins de grotes & fontaines augmentées de plusieurs figures, avec le discours sur chacune, par Salomon de Caus,... (بالإنجليزية).{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء عددية: قائمة المؤلفين (link)
  17. 1 2 Hills 1989.
  18. ↑ Lira، Carl T. (21 مايو 2013). "The Savery Pump". Introductory Chemical Engineering Thermodynamics. Michigan State University. اطلع عليه بتاريخ 2014-04-11.
  19. ↑ Hills 1989
  20. 1 2 3 Landes 1969.
  21. ↑ Portuga، Benito De Moura؛ Smeaton، John (1752). "LXXII. An engine for raising water by fire; being on improvement of saver'y construction, to render it capable of working itself, invented by Mr. De Moura of Portugal, F. R. S. Described by Mr. J. Smeaton". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. ج. 47 ع. 47: 436–438. DOI:10.1098/rstl.1751.0073. S2CID:186208904.
  22. ↑ Jenkins، Ryhs (1971) [First published 1936]. Links in the History of Engineering and Technology from Tudor Times. Cambridge: The Newcomen Society at the Cambridge University Press. ISBN:978-0-8369-2167-0.. Collected Papers of Rhys Jenkins, Former Senior Examiner in the British Patent Office.
  23. ↑ Landes 1969، صفحة 101.
  24. ↑ Landes[23] refers to Thurston's definition of an engine and Thurston's calling Newcomen's the "first true engine".
  25. ↑ Brown 2002.
  26. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Hunter 1985.
  27. ↑ Nuvolari, Verspagen & Tunzelmann 2003.
  28. ↑ Galloway، Elajah (1828). History of the Steam Engine. London: B. Steill, Paternoster-Row. ص. 23–24.
  29. ↑ Leupold، Jacob (1725). Theatri Machinarum Hydraulicarum. Leipzig: Christoph Zunkel.
  30. ↑ Hunter & Bryant 1991 Duty comparison was based on a carefully conducted trial in 1778.
  31. 1 2 Rosen، William (2012). The Most Powerful Idea in the World: A Story of Steam, Industry and Invention. University of Chicago Press. ص. 185. ISBN:978-0-226-72634-2. المرجع غلط: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Rosen" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  32. 1 2 3 Thomson، Ross (2009). Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790–1865. Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press. ص. 34. ISBN:978-0-8018-9141-0. المرجع غلط: وسم <ref> غير صالح؛ الاسم "Thomson 2009" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  33. ↑ Van Reimsdijk، J. T.؛ Brown، Kenneth (1989). The Pictorial History of Steam Power. Octopus Books Limited. ص. 30. ISBN:0-7064-0976-0.
  34. ↑ Ewing، Sir James Alfred (1894). The Steam-engine and Other Heat-engines. Cambridge: University Press. ص. 22.
  35. ↑ Cowan، Ruth Schwartz (1997)، A Social History of American Technology، New York: Oxford University Press، ص. 74، ISBN:978-0-19-504606-9
  36. ↑ Dickinson، Henry W؛ Titley، Arthur (1934). "Chronology". Richard Trevithick, the engineer and the man. Cambridge, England: Cambridge University Press. ص. xvi. OCLC:637669420.
  37. ↑ Thomson، Ross (2009). Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790–1865. Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press. ص. 34. ISBN:978-0-8018-9141-0.
  38. 1 2 Payton 2004.
  39. ↑ Gordon، W.J. (1910). Our Home Railways, volume one. London: Frederick Warne and Co. ص. 7–9.
  40. ↑ "Nation Park Service Steam Locomotive article with photo of Fitch Steam model and dates of construction as 1780–1790". Nps.gov. 14 فبراير 2002. مؤرشف من الأصل في 2012-08-05. اطلع عليه بتاريخ 2009-11-03.
  41. ↑ "Richard Trevithick's steam locomotive | Rhagor". Museumwales.ac.uk. مؤرشف من الأصل في 2011-04-15. اطلع عليه بتاريخ 2009-11-03.
  42. ↑ "Steam train anniversary begins". BBC. 21 فبراير 2004. اطلع عليه بتاريخ 2009-06-13. A south Wales town has begun months of celebrations to mark the 200th anniversary of the invention of the steam locomotive. Merthyr Tydfil was the location where, on 21 February 1804, Richard Trevithick took the world into the railway age when he set one of his high-pressure steam engines on a local iron master's tram rails
  43. ↑ Garnett، A.F. (2005). Steel Wheels. Cannwood Press. ص. 18–19.
  44. ↑ Young، Robert (2000). Timothy Hackworth and the Locomotive (ط. reprint of 1923). Lewes, UK: the Book Guild Ltd.
  45. ↑ Hamilton Ellis (1968). The Pictorial Encyclopedia of Railways. The Hamlyn Publishing Group. ص. 24–30.
  46. ↑ Michael Reimer, Dirk Endisch: Baureihe 52.80 – Die rekonstruierte Kriegslokomotive, GeraMond, ISBN 3-7654-7101-1
  47. ↑ Vaclav Smil (2005)، Creating the Twentieth Century: Technical Innovations of 1867–1914 and Their Lasting Impact، Oxford University Press، ص. 62، ISBN:978-0-19-516874-7، اطلع عليه بتاريخ 2009-01-03
  48. ↑ "World's 'smallest steam engine' built in Germany". BBC News. 12 ديسمبر 2011. اطلع عليه بتاريخ 2025-05-24.
  49. ↑ Noack, Rick (13 ديسمبر 2011). "Scientists develop world's smallest steam engine". CNN (بالإنجليزية). Retrieved 2025-05-24.
  50. ↑ Hunter 1985 Description of the Colt portable engine
  51. ↑ McNeil 1990 See description of steam locomotives
  52. ↑ Jerome، Harry (1934). Mechanization in Industry, National Bureau of Economic Research (PDF). ص. 166–67.
  53. 1 2 Peabody 1893.
  54. ↑ "Fossil Energy: How Turbine Power Plants Work". Fossil.energy.gov. مؤرشف من الأصل في 2011-08-12. اطلع عليه بتاريخ 2011-09-25.
  55. ↑ Nick Robins, The Coming of the Comet: The Rise and Fall of the Paddle Steamer, Seaforth Publishing, 2012, ISBN 1-4738-1328-X, Chapter 4
  56. ↑ Hunter & Bryant 1991.
  57. ↑ Walter، John (2008). "The Engine Indicator" (PDF). ص. xxv–xxvi. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-03-10.
  58. ↑ Bennett، S. (1979). A History of Control Engineering 1800–1930. London: Peter Peregrinus Ltd. ISBN:978-0-86341-047-5.
  59. ↑ Bennett 1979
  60. ↑ "Stirling | Internal Combustion Engine | Cylinder (Engine) | Free 30-day Trial". Scribd (بالإنجليزية). Retrieved 2020-05-21.
  61. 1 2 van Riemsdijk، John (1994). Compound Locomotives. Penrhyn, UK: Atlantic Transport Publishers. ص. 2–3. ISBN:978-0-906899-61-8.
  62. ↑ "Valves and Steamchest - Advanced Steam Traction" (بالإنجليزية البريطانية). 3 يونيه 2017. Retrieved 2024-06-19.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: لغة غير مدعومة (link)
  63. ↑ "Backfiring". The Tractor Field Book: With Power Farm Equipment Specifications. Chicago: Farm Implement News Company. 1928. ص. 108–109 [ 108 ].
  64. ↑ Chapelon 2000.
  65. ↑ Bell، A.M. (1950). Locomotives. London: Virtue and Company. ص. 61–63.
  66. ↑ Seaton، A E (1918). Manual of Marine Engineering. London: Charles Griffin. ص. 56–108.
  67. ↑ Steam Rockets Archived 24 نوفمبر 2019 at the Wayback Machine Tecaeromax
  68. ↑ "William J. M. Rankine". Scottish Engineering Hall of Fame (بالإنجليزية). Retrieved 2022-12-13.
  69. ↑ Parada، Angel Fernando Monroy (2013). "GEOTHERMAL BINARY CYCLE POWER PLANT PRINCIPLES, OPERATION AND MAINTENANCE" (PDF). Orkustofnun (Icelandic National Energy Authority). اطلع عليه بتاريخ 2022-12-13.
  70. ↑ Yin, Feijia; Rao, Arvind Gangoli (1 فبراير 2020). "A review of gas turbine engine with inter-stage turbine burner". Progress in Aerospace Sciences (بالإنجليزية). 121. Bibcode:2020PrAeS.12100695Y. DOI:10.1016/j.paerosci.2020.100695. ISSN:0376-0421. S2CID:226624605.

لينكات برانيه

[تعديل]
فيه فايلات فى تصانيف ويكيميديا كومونز عن:
اتجابت من "https://arz.wikipedia.org/w/index.php?title=محرك_بخار&oldid=13144872"