Парна машина

Парна (клипна) машина, или парни строј (парострој) представља мотор који трансформише топлотну енергију водене паре у механички рад, најчешће ротационо кретање. Спада у групу клипних топлотних мотора.

Парне машине су се користиле као погон пумпи, парних локомотива, пароброда и парних трактора те су биле темељ индустријске револуције.

Машина треба котао у којем се до кључаља загрева вода која ће се претворити у пару под притиском. Било који извор топлоте може томе послужити, али је најчешће гориво у облику дрва, угља и разних деривата нафте. Пара се шири и делује на стап (клип) чије даље покретање окреће точак или други део машине.

Парна машина у раду. Пара се доводи у машину (црвено) и онда наизменично делује с обје стране клипа. Линијско кретање клипа се претвара у ротационо. Приказана машина је типична за крај 19. века.

[уреди] Историја парне машине

[уреди] Херон из Александрије

Херон из Александрије је направио прву парну машину, еолипил, у првом столећу нове ере

Прва машина, која је нажалост служила само као демонстратор, је саграђена у Александрији у првом вијеку нове ере. Конструктор је био Херон. Рад је био једноставан, вода у постољу је загријавана до претварања у пару. Пара је затим долазила у шупљу куглу преко цијеви-носача и излазила кроз савијене цјевчице, вртећи куглу. Сличне справе су понекад кориштене за отварања врата храмова без људске интервенције, да се импресионирају вјерници. Херонова машина је један од раних примјера ротационих парних машина, од којих су многи прототипови израђени кроз вијекове.

[уреди] Папен и Савери

Денис Папен (Denis Papin) и Томас Савери (Thomas Savery) су били настављачи развоја, послије дуге паузе. Савери је 1698. направио парну машину-пумпу која је радила на принципу кондензације паре, стварајући вакуум који је "усисавао" воду. Неколико његових машина је практично кориштено, упркос веома слабом степену искоришћења.

[уреди] Њукомен

Тек је Томас Њукомен (Thomas Newcomen) 1712. успио да створи машину која је почела нешто више да се користи, поготово за пумпање воде из рудника. Искористивост је и даље била слаба. Машина је називана "атмосферска" зато јер је притисак атмосфере вршио користан рад кад клип иде доље.

Њукоменова "атмосферска" машина. Пара - ружичасто, вода - плаво. Вентили су отворени (зелено) или затворени (црвено)

Рад:

• Са клипом у доњем положају, отвара се вентил који пушта пару у цилиндар.
• Клип се подиже, углавном под дејством утега (на лијевој страни цртежа).
• Кад је клип при врху, затвара се довод паре.
• Да би се створио подпритисак испод клипа, хладна вода се уштрцава у цилиндар. То одмах доводи до кондензације водене паре и ствара се вакуум у цилиндру.
• Атмосферски притисак сад потискује клип надоље.
• У најдоњој тачки путање клипа, вентил за хладну воду се искључује.
• Циклус се понавља.

Како видимо, користан рад врши атмосферски притисак, потискујући клип у вакуум настао кондензацијом паре.

У првим верзијама Њукоменове машине, вентили су отварани и затварани ручно (!) у току циклуса. Постоји легенда да је један дјечак који је био запослен да управља вентилима, сам дошао на замисао да повеже вентиле са "клацкалицом" на врху машине и тако аутоматизира процес. Било како било, касније Њукоменове машине су имале систем полуга које су аутоматски отварале и затварале вентиле у погодном тренутку.

[уреди] Џејмс Ват

Идући велики скок у развоју је било увођење машина које је конструисао Џејмс Ват (James Watt). Пажљивим посматрањем и анализирањем Њукоменове машине, Ват је успио да повећа степен искористивости 4 пута, додајући кондензатор паре и друго. Кондензатор је омогућавао да се врућа пара помијешана с водом поново дода у цилиндар, па су губици енергије драстично смањени. Ипак и Ватова машина је користила низак притисак и кондензацију паре да створи вакуум за рад. Ват је био изричито против машина с високим притиском, сматрајући их опаснима (због честих експлозија котлова који нису имали сигурносне вентиле).

Ватова "атмосферска" машина, крај 18. вијека

[уреди] Послије 1800 године

Послије 1800, Ричард Тревитик (Richard Trevithick) и други су почели да развијају парне машине високог притиска и мале масе за погон возова.

Тенденција ка све већим притисцима паре а затим и степеновање (компаундинг) су биле одлике даљег развоја. У "компаунд" моторима пара је пролазила кроз неколико цилиндара све већег пречника, да би се подигао степен искоришћења.

Крајем 19. вијека стапни (клипни) парни мотори су достигли врхунац. Даљи развој парних машина је кренуо у правцу парних турбина, док су клипне машине практично нестале.

Компаунд (степенована) парна клипна машина. Пара под високим притиском (црвено) долази из котла (бојлера) и пролази кроз цилиндре са све нижим притиском. Пара ниског притиска (плаво) затим иде у кондензатор паре ради поновне употребе у машини.

[уреди] Степен корисног дејства

Креће се од 1% за Њукоменову атмосферску машину до 50% (модерне парне турбине).

[уреди] Употреба парне машине

Као погонска машина за индустрију, возове и бродове. Парна турбина се користи и за производњу електричне енергије у електранама.

[уреди] Опис рада

Постоје разне врсте машина које се разликују по начину рада. Види под Парна машина, врсте.

[уреди] Врсте парних машина

[уреди] Клипне (стапне) машине

По дјеловању паре на клип:

• машине једностраног дејства
• машине обостраног дејства

Према положају цилиндра:

• хоризонталне
• косе
• вертикалне

Према броју цилиндара:

• једноцилиндричне
• вишецилиндричне (дво, тро, четвороцилиндричне)

Према начину дејства паре у цилиндру:

• без експанзије
• пуног дејства

Према броју цилиндара експанзије:

• просте експанзије
• многоструке експанзије (дво, тро, четвероструке)

Према величини притиска искоришћене паре:

• без кондензације
• са кондензацијом
• са противпритиском

Према врсти радне паре:

• са засићеном
• са прегријаном паром

Према броју обртаја:

• спороходне (до 200 рот-мин)
• брзоходне (преко 1000 рот-мин)

По мјесту употребе: непокретна (стационарна), покретна (на локомотиви, броду).

[уреди] Парне турбине

Види под парних турбина.

[уреди] Види још

• Мотор
• Parna turbina

[уреди] Спољашње везе

Књига о развоју клипних парних машина из 19. вијека. (енглески)

[уреди] Литература

• Војна енциклопедија, Београд, 1974