.nu

Skolarbeten och uppsatser från högstadiet och gymnasiet
Sök skolarbeten

ÅNGMASKINEN

Ämne: Uppfinningar
| Mer

Teknisk beskrivning

Med hjälp av ångmaskinen kan värmeenergi omvandlas till rörelseenergi. Vatten kokas i en ångpanna, så att det blir till ånga under tryck. I en cylinder påverkar ångtrycket kolven, som i sin tur förmedlar det mekaniska arbetet. De första ångmaskinerna användes för att pumpa vatten ur gruvor, där man tidigare hade använt hästdragna pumpar. Därför räknades ångmaskinernas effekt i hästkrafter, då man visste hur många (trötta och uttråkade) hästar man skulle ersätta. Till pumparna kunde man använda en fram och återgående rörelse direkt. Annars har man en vevstake som överför kraften till en roterande axel.

Kolven kan vara enkelverkande eller dubbelverkande. En ventilmekanism styr ångtrycket till omväxlande den ena eller den andra sidan av kolven på en dubbelverkande ångcylinder. Därmed utvecklas kraft i båda riktningarna. Om maskinen har två cylindrar, vilka arbetar med ett kvarts varvs förskjutning, så kan den starta själv eftersom alltid minst en cylinder befinner sig i arbetsfas. Till exempel på ett ånglok skulle det inte vara så praktiskt om man var tvungen att putta i gång det! Två dubbelverkande ångcylindrar motsvarar i detta avseende en fyrcylindrig tvåtakts förbränningsmotor, eller en åttacylindrig fyrtaktsmotor.

Ångan alstras i en ångpanna, som i princip kan eldas med vad som helst. Traditionellt används stenkol, som det fanns gott om i England, och som innehåller mycket energi.

I ett kraftverk eller större skepp kan man använda en ångturbin i stället för en kolvångmaskin, men principen är den samma. Verkningsgraden från värme till mekanisk energi (och vidare till el-energi) är inte så hög, ca 30 – 40 %. Värmekällan kan vara olja, kol, biobränsle eller kärnenergi.

Analys

Användningen av ångmaskiner var en av grunderna till den industriella revolutionen. Man var inte längre lika beroende av vattenkraft för gruvpumpar och maskiner. Det möjliggjorde effektiva transporter med fartyg och järnvägar. I kombination med nya maskiner inom framför allt engelsk textilindustri så uppstod tillverkningsindustrier som kunde drivas i stor skala.

Den största användningen av ångmaskiner var under 1800-talet, innan förbränningsmotorer och el-energi fick större betydelse. Men på ett sätt pågår ång-revolutionen fortfarande. Användningen av fossila bränslen har ökat dramatiskt, och hotar jordens klimat. I Kina öppnar ett nytt större kol-kraftverk varje månad.

Slutsats

Ång-tekniken ger oss fortfarande bra möjligheter, om den kan användas på rätt sätt. Man kan, som i Västerås, använda bio-bränsle, och med kraft-värme uttnyttja detta till både elektricitet och värme på samma gång. I detta fall blir den totala verkningsgraden mer än dubbelt så stor. Men tyvärr räcker det inte. Man eldar också här med kol, och kyler ut värmeöverskottet i Mälaren för att producera mer el. Efterfrågan på el-energi är så stor att man startar nya kraftverk, ibland baserade på naturgas eller kol.
ångmaskin, kolvmaskin med en eller flera kolvar som rör sig fram och åter och omvandlar energin hos vattenånga av mer eller mindre högt tryck till mekaniskt arbete. Även s.k. roterande ångmaskiner med klafförsedda rotorer har förekommit (James Watt 1781, bröderna Alrik och Oscar Hult 1895). Ursprunget är Watts förbättring av Newcomens atmosfäriska ångmaskin genom införandet av den separata kondensorn (1769). Watts enkelverkande maskin (där endast den ena kolvsidan utsätts för ångans tryck) utvecklades 1782 till en dubbelverkande maskin där ventiler (senare en slid konstruerad av William Murdock 1799) tillför ångan växelvis på kolvens ena eller andra sida. I expansionsmaskinen (Watt 1782) sker ångtillförseln endast under ca halva slaget (dvs. kolvens förflyttning mellan vändpunkterna). Under återstoden av slaget expanderar ångan under fortsatt energiomvandling.

Tillväxten i effekt skulle vid encylindriga maskiner ha lett till en grotesk storlek på cylindern. Av denna och flera andra anledningar utvecklades flercylindriga maskiner i vilka ångan antingen fördelas på två lika stora cylindrar (tvillingmaskin) eller på två i serie genomströmmade cylindrar, där expansionen börjar i en högtryckscylinder och slutförs i en lågtryckscylinder (kompoundmaskin, Jonathan Hornblower 1781). Kompoundmaskinen har vidareutvecklats till trippel- och kvadrupelexpansionsmaskiner.

Avloppsångan leds antingen ut i det fria (i s.k. friblåsare, även oegentligt kallade högtrycksmaskiner) eller till en kondensor där ångan åter blir vatten (kondenseringsmaskiner). Trycket i kondensorn svarar mot kylvattentemperaturen och blir ca 0,05 bar (5 kPa), vilket ger ett bättre utnyttjande av ångans energiinnehåll, men ca 2/3 av tillförd energi förloras ändå med kylvattnet. Det låga trycket innebär ett stort volymflöde av ånga i utloppet, vilket begränsar maskinernas effekt till ca 12 000 kW. Friblåsarna fick tidigt allmän användning i ånglokomotiven, medan kondenseringsmaskinerna dominerat bland stationära maskiner och sjöångmaskiner.

Två grundtyper av ångmaskiner kan särskiljas: horisontella maskiner (med liggande cylindrar) och vertikala maskiner. Även andra utföranden har förekommit, t.ex. de maskiner med oscillerande cylindrar som funnits på marinområdet. Ångmaskinen var färdigutvecklad omkring 1910, innan dieselmotorn och ångturbinen färdigutvecklats. De bästa ångmaskinernas verkningsgrad låg då vid ca 25 %. Genom att ångdata (tryck och temperatur) sedermera stegrats och ångmaskinen kompletterats med avloppsturbin har verkningsgraden kunnat ökas till omkring 30 %. Vid effekter över ca 12 000 kW tar dock dieselmotorn och ångturbinen över, eftersom de saknar kolvångmaskinens begränsningar. Vid mycket stora effekter (i intervallet 40 MW – 1 000 MW) är ångturbinen allenarådande.

Historik

Den första industriellt användbara ångmaskinen byggdes av den engelske smidesmästaren Thomas Newcomen år 1712. Denna s.k. atmosfäriska ångmaskin hade en vertikal, i sin övre ände öppen cylinder. Kolvens övre sida stod således under ständig inverkan av omgivningens lufttryck (atmosfärstrycket). Det under kolven befintliga utrymmet växelvis fylldes med ånga (varvid kolven via balansbommen lyftes upp av tyngden av pumpstängerna i bommens andra ände) och kyldes genom insprutning av kallt vatten, varigenom ångan kondenserades och vakuum uppstod i cylindern. Atmosfärstrycket tryckte då ner kolven igen. Sådana maskiner utnyttjades för länspumpning av de engelska kolgruvorna. De hade en verkningsgrad av ca 0,4 % och förbrukade stora mängder kol. Den första ångmaskinen i Sverige var en Newcomen-maskin som Mårten Triewald lät bygga vid Dannemora gruva 1728.

David Folkesten

ÅNGMASKINEN, 2.3 out of 5 based on 37 ratings
| Mer
Betygsätt ÅNGMASKINEN


Relaterade skolarbeten
Nedanstående är skolarbeten som handlar om ÅNGMASKINEN eller som på något sätt är relaterade med ÅNGMASKINEN.

Kommentera ÅNGMASKINEN

« | »

'