Technicalvn Kỹ Thuật Việt Nam
( Technicalvnplus.com ) Động cơ hơi nước là loại động cơ đầu tiên được sử dụng rộng rãi. Chúng được phát minh bởi Thomas Newcomen vào năm 1705, và James Watt ( người được nhớ đến mỗi khi người ta nhắc đến “bóng đèn 60-watt ) đã cải tiến đáng kể động cơ hơi nước vào năm 1769.
Động cơ hơi nước được dùng để vận hành các đầu máy xe lửa, tàu bơi nước và các nhà máy, và là nền móng cho cuộc Cách mạng công nghiệp. Trong bài này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của động cơ hơi nước.
Sơ đồ dưới đây thể hiện các thành phần chính của một động cơ hơi nước piston. Kiểu động cơ này thường thấy ở tàu lửa hơi nước.
Động cơ này là kiểu double-acting (tạm dịch là kiểu “hoạt động kép”) về các valve cho phép hơi nước áp suất cap tuần tự tác động vào cả hai bên của piston. Hình ảnh mô phỏng bên dưới thể hiện chu trình làm việc thực tế của động cơ.
Các bạn vào link này để xem nó hoạt động như thế nào nhé:
http://static.howstuffworks.com/flash/steam-animation.swf
Bạn có thể nhìn thấy các valve trượt chịu trách nhiệm cho phép hơi nước áp suất cap đi vào cả hai phía của xi lanh. Thanh điều khiển cho valve thường được móc vào một liên kết gắn liền với đầu chéo, nhờ vậy mà chuyển động của đầu chéo cũng làm chuyển động valve (Ở tàu lửa hơi nước, thanh liên kết này cho phép kỹ sư điều khiển đầu tàu đi lùi)
Bạn có thể nhìn thấy lỗ thoát hơi trên sơ đồ. Điều này giải thích được hai thứ ở động cơ hơi nước:
- Đó là lý do mà người ta phải nạp nước tại ga – Tàu lửa liên tục hết nước do nước bị bay hơi.
- Đó cũng là lý do mà tàu lửa hay có tiếng “tu tu” do các valve của xi lanh được mở để hơi nước thoát ra, hơi nước thoát ra ở áp suất cao tạo ra tiếng “tu tu” và chúng ta thường nghe. Khi tàu lửa mới khởi hành, các piston di chuyển rất chậm, nhưng khi tàu bắt đầu chuyển động thì piston sẽ dần quay nhanh lên và bắt đầu tạo ra âm thanh đặc trưng của tàu lửa hơi nước.
Bồn nhiệt ( boiler )
Hơi nước áp suất cao của động cơ hơi nước đến từ bồn nhiệt. Công việc của bồn nhiệt là đun nóng được để tạo ra hơi nước. Có hai phương pháp đốt nóng : ống lửa và ống nước
Bồn nhiệt ống lửa thì phổ biến hơn vào những năm 1800 gồm 1 bồn nước có nhiều ống thông ngang. Hơi nóng thì than hoặc gỗ đốt cháy sẽ đi qua các ống để làm nóng nước trong bồn.
Trong bồn nhiệt ống lửa, toàn bộ bồn phải chịu áp lực cao, nên nếu bồn nổ, sẽ tạo ra một vụ nổ lớn.
Mô hình bồn nhiệt còn lại được sử dụng phổ biến hơn ngày nay là bồn nhiệt ống nước với nguyên lý hơi ngược lại, đó là nước sẽ chảy qua các khe nóng đặt trong không khí nóng tạo ta từ nhiên liệu đốt. SƠ đồ dưới đây là cấu trúc đơn giản của một bồn nhiệt kiểu này :
Trong thực tế, cấu tạo của một bồn nhiệt sẽ phức tạp hơn vì mục tiêu của bồn nhiệt là phải cố gắng tận dụng càng nhiều nhiệt lượng càng tốt để cải tiến hiệu suất động cơ.
