1:28 صباحًا السبت 15 ديسمبر، 2018

تطور الالة البخارية


صوره تطور الالة البخارية

 

حداد ما هر المانى عام 1630م و طفل المانى يكون اتجاه العالم الى الاله البخاريه على يديهما!!

شيء لا يصدق و لكنها الحقيقه .

.

و القصه بكاملها هى صنع الحداد في عام 1630م ابريقا رائعا له غطاء محكم لا يدخل من خلاله اي بعوضه او نمله و اكثر من صنع هذه الاباريق.
اشترت ام الطفل الالمانيه هذا الابريق و كل صباح تطبخ الشاى و الحليب فيه ثم ان بخار الماء صار يدفع غطاء الابريق الى الاعلي فاذا ابعد عن النار هبط الغطاء،

و اذا اقترب من النار ارتفع من جديد.
الطفل الصغير كان يفكر كل يوم و هو ذاهب الى المدرسه بهذا البخار و الغطاء و الحركه و كبرت الفكره لديه،

و لما صار شابا عزم على تجربه طرق الحديد و النحاس لصنع مراوح تدور بالبخار،

لقد نجح في صنع اول اله بخاريه قادره على سحب دلاء الماء من الانهار .

.

جاء كبار التجار اليه طالبين منه صنع الات بخاريه و كان الشاب يسالهم: كم حصانا تستخدمه لسحب الماء

ثم يصنع الاله بقدر الاحصنه و من هنا انبعثت فكره حصان بخارى ميكانيكي .

.

و ينجح جول و هو صديق لذاك الشاب في صنع الات بخاريه اخرى.
فمن يصدق ان حدادا و طفلا يغيران مجري تاريخ البشرية،

فمن الاله البخاريه صنعت الات النسيج 1720م و المراكب البخاريه 1750 و القطارات 1807م و المولدات التى تدير و تنتج الكهرباء 1880م.
حقا المهاره تؤدى الى مهاره و الابداع يولد ابداعا اخر .

.

فمهاره الحداد و لدت مهاره صنع الالات البخارية.
المحرك البخاري
المحرك البخارى اله تعمل بطاقه تمدد البخار.

و يستخدم البخار في دفع المكابس التى تدير عجلات القاطرات القوية،

او يمكن استخدامه في تدوير توربينات ضخمه تحرك مولدات كهربائية،

و عابرات محيطات عملاقة.

و تدار بالبخار ايضا المضخات الكبيرة،

و معدات الحفر و انواع اخري كثيره من الالات القوية.

كان ابتكار المحرك البخارى في القرن الثامن عشر قد مكن من ظهور الصناعه الحديثة.

و حتى ذلك الوقت كان الناس يعتمدون على قوه عضلاتهم او قوه الحيوان او قوه الرياح او قوه المياه.

و لكن محركا بخاريا و احدا يمكنه ان يقوم بعمل مئات الخيول.

و يستطيع المحرك ان يمد كل الالات في مصنع ما بالقدره اللازمة.

و تستطيع القوه البخاريه ان تجر قطار شحن محملا بالبضائع الثقيلة،

مسافات طويله خلال يوم و احد.

و قد و فرت البواخر البخاريه و سيله انتقال امنه و سريعة.
كيف تعمل محركات البخار

كيف يعمل المحرك البخارى البخار يشغل الاله بالدفع اولا على احد اوجه المكبس ثم على الوجه الاخر.

و يوجه صمام منزلق البخار من و جه الى اخر.

و في الشكل الى اليسار يدخل البخار من الجانب الايسر للاسطوانه و يدفع المكبس الى اليمين.

و حالما يتحرك المكبس يدير ذراعه الحذافه مقدار نصف دورة.

و حين يصل المكبس للناحيه اليمني من الاسطوانه في الشكل اعلاه يتحرك الصمام المنزلق و يدفع البخار ليسرى خلف المكبس مره اخرى.

يوجه البخار المكبس على التحرك الى الجهه اليسرى.

و عندئذ يجذب ذراع المكبس الحذافه لتكمل دوره و احدة،

و يخرج البخار في الناحيه اليسري من الاسطوانه عبر مخرج العادم.
لا ينتج المحرك البخارى القدرة،

و لكنه يستخدم البخار لتحويل طاقه الحراره الناشئه عن احتراق الوقود الى حركه دورانيه او حركه الى الامام و الخلف،

لاداء شغل معين.

و لكل اله بخاريه فرن يحرق فيه الفحم الحجرى او الزيت او الخشب او اي و قود اخر لانتاج طاقه حرارية.

و في محطات القدره الذريه يحل المفاعل محل الفرن،

و تنشا الحراره من انشطار الذرات.

انظر: المفاعل النووي.

و لكل اله بخاريه مرجل غلاية تتم داخله احاله الماء الى بخار.

و يتمدد البخار او ياخذ حجما اكبر من حجم الماء عده مرات.

و يمكن استخدام طاقه التمدد هذه بطريقتين: 1 لدفع مكبس الى الامام و الخلف 2 لاداره توربين.
المحركات البخاريه المكبسية.

لها مكابس تتحرك للامام و للخلف في اسطوانات.

و هناك انظمه عديده من الصمامات تسمح بدخول البخار الى الاسطوانة،

و دفع المكبس اولا في اتجاه ثم في الاتجاه الاخر قبل تصريف البخار الى العادم.

و عاده ما تسمي هذه المحركات بالمحركات الترددية،

بسبب حركه مكابسها جيئه و ذهابا.

و تتطلب المطارق البخاريه التى تستخدم في دفع خوازيق الارض او في طرق المعادن مثل هذا النوع من الحركةبيد ان القاطره تتطلب حركه دورانيه لاداره عجلاتها.

و يتم الحصول على هذه الحركه بتوصيل المكابس الى عمود مرفقي.

و في بعض المحركات البخاريه التردديه و تسمي المحركات المركبه ينساب البخار خلال اربع اسطوانات و يقوم بتشغيل اربعه مكابس.
التوربينات البخارية.

تنتج التوربينات البخاريه حركه دورانية.

و لتوربين البخار عده مجموعات من العجلات ذات الريش المركبه على عمود طويل.

و يدخل البخار من ناحية،

فيدير العجلات ذات الريش اثناء اندفاعه عليها.

و تستخدم التوربينات البخاريه في اداره المولدات الكهربائيه و رفاسات البواخر
المحركات البخاريه الاولى.

اعتمدت على قدره تكثف البخار الى سائل لا على قدرته على التمدد.

فعندما يتكثف البخار الى سائل فان الاخير ياخذ حيزا اقل مما يحتاجه البخار.

و لو ان عمليه التكثف هذه قد حدثت في قاروره محكمه او اناء فانه ينتج تفريغا جزئيا او عمليه شفط،

و كلاهما ينتج شغلا مفيدا.

وفى عام 1698م ابتكر الانجليزى توماس سافرى 1650 – 1715م اول محرك بخارى عملي،

و كان له مضخه لسحب الماء من المناجم.

و لم تحتو مضخه سافرى على اجزاء متحركة،

الا صمامات تعمل باليد.

و عندما تدار الصمامات فانها تسمح للبخار بالدخول الى الاناء المحكم.

و كان يصب ماء بارد على جدران الاناء حتى يبرد؛

و من ثم يتكثف البخار.

عندئذ يفتح صمام حتى يتم شفط الماء اعلي الانبوبه بفعل تفريغ الهواء في الاناء.

وفى عام 1712م اخترع الحداد البريطاني توماس نيوكومن 1663 – 1729م محركا بخاريا.

و كان لمحرك نيوكومن دعامه افقيه كبيره متزنه في الوسط مثل الارجوحة.

و تعلق مكبس داخل اسطوانه من احدي نهايتى الدعامة.

و عندما يسمح للبخار بالاندفاع الى الاسطوانة،

فان البخار كان يدفع المكبس الى اعلي خافضا النهايه الاخري للدعامة.

عندئذ يرش رذاذ الماء البارد داخل الاسطوانه فيتكثف البخار و يسحب التفريغ المكبس الى اسفل مره اخرى،

و بذلك ترتفع النهايه الاخري للدعامه و التى ربطت بمكبس المضخه داخل البئر.
محرك و اط.

عندما بدا المهندس الاسكتلندى جيمس و اط 1736 – 1819 تجاربه عام 1763م كان محرك نيوكومن البخارى ذائع الانتشار.

و كان ذلك حافزا لجيمس و اط على التفكير لانه كان يستهلك كميات هائله من البخار،

و كميات اخري كبيره من الوقود.

و قد راى و اط ان التسخين و التبريد المترددين اضاعا حراره زائدة.

عندئذ اخترع و اط محركا بخاريا بمكثف و اسطوانه منفصلين،

و بذا تظل الاسطوانه ساخنه على الدوام.

و وفر هذا النظام ثلاثه ارباع تكلفه الوقود،

و ذلك لفقدان كميه قليله من البخار خلال تكثفه بدخوله الاسطوانه الباردة.

سجل و اط اول براءه لاختراع المحرك البخارى في عام 1769م،

و استمر بعد ذلك في اجراء تحسينات على الته.

و لعل من افضل التحسينات التى ادخلها استخدام مبدا الفعل المزدوج.

و في المحركات التى تبني على هذا المبدا فان البخار يستخدم اولا على ناحيه من المكبس ثم على الناحيه الاخرى.

و تعلم و اط ايضا ان يغلق طريق البخار عندما تمتلئ الاسطوانه جزئيا،

و ادي ذلك الى تمدد البخار الموجود اصلا في الاسطوانه لتكمله مهمه المكبس.

و يعتقد كثير من الناس خطا ان و اط اخترع المحرك البخاري،

و لكنه قام فقط بادخال تحسينات على التصميمات السابقه التى ابتكرها نيوكومن و خفض تكلفه استخدام محركات البخار المكثفة،

و بذلك صار ممكنا استخدام هذه المحركات في اعمال اخري غير الضخ.
المحركات البخاريه الحديثة.

كانت اهم التحسينات في السنوات التى تلت نيوكومن و واط تطوير محركات قادره على استخدام بخار ذى ضغط عال.

و حتى ذلك الوقت لم يختبر و اط محركه عند ضغط عال خوفا من الانفجار.

فلم يزد الضغط في محركاته عن الضغط الجوى او ما يوازي 100 كيلو باسكال.
نبذه عن العالم جيمس و ات

جيمس و ات 1736 1819 م)

مخترع اسكتلندي

[imgl]http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:X5GmhIAo3TWlCM:http://www.hazemsakeek.com/magazine/images/stories/2008tafseerat/james_watt.jpg[/imgl]

اعطي للعالم احدى

اعظم الالات في التاريخ

المحرك البخارى ،



المكثف)التى فجرت الثوره الصناعيه ،

ولم يكن و ات اول من اخترع الالة

البخارية،

فقد سبقته محاولات كثيره من قبله،

لكن تلك الالات السابقه كانت ضعيفه الجهد بدرجه انهم كانوا يستخدمونها فقط في ضخ الماء من المناجم،

و تشارك و ات مع المهندس الانكليزى بارلتون و عمل الاثنان في انشاء معمل لتصنيع مخترعات و ات و من اكتشافاته الاخري المقياس المائى و العنفه البحريه و الناظم النابذ لتنظيم سرعه المحرك.
ادخل تحسينات اساسيه عام 1765 م على اله نيوكومن البخاريه مما ادي الى انتشار استخدام الطاقه البخاريه في كثير من المصانع.
تكريما لانجازاته اطلق اسمه على و حده القدره الكهربائيه الوات)
والوات = و حده لقياس القوه الميكانيكية،

او الكهربائيه و الوات الواحد يساوى نقلا لطاقه 1 جول في مده 1 ثانيه و الكيلو و ات = 1.34 حصان.
توفي عام 1819 م .


والصوره التاليه توضح شكل اله و ات البخارية
وفى اواخر القرن الثامن عشر،

و اوائل القرن التاسع عشر،

قام البريطانى ريتشارد تريفيثيك بتصميم و بناء اول محرك بخارى يعمل بالضغط العالي.

و صمم احدي تلك المحركات بحيث تعمل تحت ضغط يعادل 200 كيلو باسكال.

و بحلول عام 1815م صنع الامريكي اوليفر ايفانز محركا بخاريا استخدم ضغطا يعادل 1,400 كيلو باسكال من البخار.

و توجد في ايامنا هذه محركات تستخدم بخارا عند ضغط يزيد على ما يعادل 7,000 كيلو باسكال.

وشملت التحسينات الاخري التى دخلت على المحركات البخاريه ابتكار و استخدام المحرك المركب و استخدم البخار فائق التسخين.

و في هذه الحاله ترتفع درجه حراره البخار الى اكثر من 370°م بدون زياده في ضغطه.

و تساعد هذه العمليه على حمايه البخار القادم من التكثف على اسطح اسطوانه المكبس.

وكان اختراع توربينات البخار في اواخر القرن التاسع عشر علامه كبري في تطوير المحركات البخارية.

و وفرت توربينات البخار مصدرا اقتصاديا لتوليد القدره المطلوبه لاداره المولدات الكهربائيه و لاداره رفاسات البواخر البخارية.

وتستخدم الطاقه البخاريه حديثا في محطات توليد الطاقة

محطات التوليد البخارية

تعتبر محطات التوليد البخاريه محولا للطاقه Energy Converter)
وتستعمل هذه المحطات انواع مختلفه من الوقود حسب الانواع المتوفره مثل الفحم الحجرى او البترول السائل او الغاز الطبيعى او الصناعى .


تمتاز المحطات البخاريه بكبر حجمها و رخص تكاليفها بالنسبه لامكاناتها الضخمه كما تمتاز بامكانيه استعمالها لتحليه المياه المالحه ،



الامر الذى يجعلها ثنائيه الانتاج خاصه في البلاد التى تقل فيها مصادر المياه العذبه .


اختيار مواقع المحطات البخاريه Site Selection of Steam Power Station
تتحكم في اختيار المواقع المناسبه لمحطات التوليد الحراريه عده عوامل مؤثره نذكر منها
ما يلى

1.

القرب من مصادر الوقود و سهوله نقله الى هذه المواقع و توفر و سائل النقل الاقتصادية.
2.

القرب من مصادر مياه التبريد لان المكثف يحتاج الى كميات كبير من مياه التبريد .



لذلك تبني هذه المحطات عاده على شواطئ البحار او بالقرب من مجارى الانهار.
3.

القرب من مراكز استهلاك الطاقه الكهربائيه لتوفير تكاليف انشاء خطوط النقل .



مراكز الاستهلاك هى عاده المدن و المناطق السكنيه و المجمعات التجاريه و الصناعية

وتعتمد محطات التوليد البخاريه على استعمال نوع الوقود المتوفر و حرقه في افران خاصه لتحويل الطاقه الكيميائيه في الوقود الى طاقه حراريه في اللهب الناتج من عمليه الاحتراق ثم استعمال الطاقه الحراريه في تسخين المياه في مراجل خاصه BOILERS و تحويلها الى بخار في درجه حراره و ضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات او توربينات بخاريه صممت لهذه الغايه فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات و بذلك تتحول الطاقه الحراريه الى طاقه ميكانيكيه على محور هذه التوربينات .



يربط محور المولد الكهربائى ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخاريه فيدور محور المولد الكهربائى AL TERNATOR بنفس السرعه و باستغلال خاصه المغناطيسيه الدواره ROTOR من المولد و الجزء الثابت STATOR منه تتولد على طرفى الجزء الثابت من المولد الطاقه الكهربائيه اللازمه .



و الرسم التمثيلى رقم يبين مسلسل تحويل الطاقه من اول حرق الوقود حتى انتاج الطاقه الكهربائيه .

لا يوجد فوارق اساسيه بين محطات التوليد البخاريه التى تستعمل انواع الوقود المختلفه الا من حيث طرق نقل و تخزين و تداول و حرق الوقود .



و قد كان استعمال الفحم الحجرى شائعا في اواخر القرن الماضى و اوائل هذا القرن ،



الا ان اكتشاف و استخراج البترول و منتوجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحراريه حيث اصبح يستعمل بنسبه تسعين بالمئه لسهوله نقله و تخزينه و حرقه ان كان بصوره و قود سائل او غازى .

مكونات محطات التوليد البخاريه

تتالف محطات التوليد البخاريه بصوره عامه من الاجزاء الرئيسيه التاليه

ا الفرن Furnace

وهو عباره عن و عاء كبير لحرق الوقود .



و يختلف شكل و نوع هذا الوعاء و فقا لنوع الوقود المستعمل و يلحق به و سائل تخزين و نقل و تداول الوقود و رمى المخلفات الصلبة

ب المرجل Boiler
وهو و عاء كبير يحتوى على مياه نقيه تسخن بواسطه حرق الوقود لتتحول هذه المياه
الي بخار .



و في كثير من الاحيان يكون الفرن و المرجل في حيز و احد تحقيقا للاتصال
المباشر بين الوقود المحترق و الماء المراد تسخينه .

د
وتختلف انواع المراجل حسب حجم المحطه و كميه البخار المنتج في و حده الزمن .

ج العنفه الحراريه او التوربين Turbine

وهى عباره عن عنفه من الصلب لها محور و يوصل به جسم على شكل اسطوانى مثبت به لوحات مقعره يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها و يدور المحور بسرعه عاليه جدا حوالى 3000 دوره بالدقيقه و تختلف العنفات في الحجم و التصميم و الشكل باختلاف حجم البخار و سرعته و ضغطه و درجه حرارته ،



اى باختلاف حجم محطه التوليد .

د المولد الكهربائى Generator

هو عباره عن مولد كهربائى مؤلف من عض دوار مربوط مباشره مع محور التوربين و عضو ثابت .

ويلف العضوين بالاسلاك النحاسيه المعزوله لتنقل الحقل المغناطيسى الدوار و تحوله الى تيار كهربائى على اطراف العضو الثابت .



و يختلف شكل هذا المولد باختلاف حجم المحطه .

ه المكثف: Condenser

وهو عباره عن و عاء كبير من الصلب يدخل اليه من الاعلي البخار الاتى من التوربين بعد ان يكون قد قام بتدويرها و فقد الكثير من ضغطه و درجه حرارته ،



كما يدخل في هذا المكثف من اسفل تيار من مياه التبريد داخل انابيب حلزونيه تعمل على تحويل البخار الضعيف الى مياه حيث تعود هذه المياه الى المراجل مره اخري بواسطه مضخات خاصه .

و المدخنه Chimney

وهى عباره عن مدخنه من الاجر الحرارى Brick اسطوانيه الشكل مرتفعه جدا تعمل على طرد مخلفات الاحتراق الغازيه الى الجو على ارتفاع شاهق للاسراع في طرد غازات الاحتراق و التقليل من تلوث البيئه المحيطه بالمحطه .

ز الالات و المعدات المساعده Auxiliaries

وهى عباره عن عدد كبير من المضخات و المحركات الميكانيكيه و الكهربائيه و منظمات السرعه و معدات تحميص البخار التى تساعد على اتمام العمل في محطات التوليد .

  • تطور الالة البخارية
  • اختراع الة حلزونية ااحفر
  • مكونات الآلة البخارية
1٬044 views

تطور الالة البخارية