8:32 مساءً السبت 22 سبتمبر، 2018

تطور الالة البخارية


صوره تطور الالة البخارية

 

حداد ماهر الماني عام 1630م وطفل الماني يكون اتجاه العالم الى الاله البخاريه على يديهما!!

شيء لا يصدق ولكنها الحقيقة .

.

و القصة بكاملها هي



صنع الحداد في عام 1630م ابريقا رائعا له غطاء محكم لا يدخل من خلاله اي بعوضه او نمله واكثر من صنع هذه الاباريق.
اشترت ام الطفل الالمانيه هذا الابريق وكل صباح تطبخ الشاي والحليب فيه ثم ان بخار الماء صار يدفع غطاء الابريق الى الاعلى فاذا ابعد عن النار هبط الغطاء،

واذا اقترب من النار ارتفع من جديد.
الطفل الصغير كان يفكر كل يوم وهو ذاهب الى المدرسة بهذا البخار والغطاء والحركة وكبرت الفكرة لديه،

ولما صار شابا عزم على تجربه طرق الحديد والنحاس 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 وكان الشاب يسالهم:

كم حصانا تستخدمه لسحب الماء

ثم يصنع الاله بقدر الاحصنه ومن هنا انبعثت فكرة حصان بخاري ميكانيكي .

.

وينجح جول وهو صديق لذاك الشاب في صنع الات بخاريه اخرى.
فمن يصدق ان حدادا وطفلا يغيران مجرى تاريخ البشريه،

فمن الاله البخاريه صنعت الات النسيج 1720م والمراكب البخاريه 1750 والقطارات 1807م والمولدات التي تدير وتنتج الكهرباء 1880م.
حقا المهاره تؤدي الى مهاره والابداع يولد ابداعا اخر .

.

فمهاره الحداد ولدت مهاره صنع الالات البخاريه.
المحرك البخاري
المحرك البخاري اله تعمل بطاقة تمدد البخار.

ويستخدم البخار في دفع المكابس التي تدير عجلات القاطرات القويه،

او يمكن استخدامه في تدوير توربينات ضخمه تحرك مولدات كهربائيه،

وعابرات محيطات عملاقه.

وتدار بالبخار ايضا المضخات الكبيره،

ومعدات الحفر وانواع اخرى كثيرة من الالات القويه.

كان ابتكار المحرك البخاري في القرن الثامن عشر قد مكن من ظهور الصناعه الحديثه.

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

ولكن محركا بخاريا واحدا يمكنه ان يقوم بعمل مئات الخيول.

ويستطيع المحرك ان يمد كل الالات في مصنع ما بالقدره اللازمه.

وتستطيع القوه البخاريه ان تجر قطار شحن محملا بالبضائع الثقيله،

مسافات طويله خلال يوم واحد.

وقد وفرت البواخر البخاريه وسيله انتقال امنه وسريعه.
كيف تعمل محركات البخار

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

ويوجه صمام منزلق البخار من وجه الى اخر.

وفي الشكل الى اليسار يدخل البخار من الجانب الايسر للاسطوانه ويدفع المكبس الى اليمين.

وحالما يتحرك المكبس يدير ذراعه الحذافه مقدار نصف دوره.

وحين يصل المكبس للناحيه اليمنى من الاسطوانه في الشكل اعلاه يتحرك الصمام المنزلق ويدفع البخار ليسري خلف المكبس مره اخرى.

يوجه البخار المكبس على التحرك الى الجهه اليسرى.

وعندئذ يجذب ذراع المكبس الحذافه لتكمل دوره واحده،

ويخرج البخار في الناحيه اليسرى من الاسطوانه عبر مخرج العادم.
لا ينتج المحرك البخاري القدره،

ولكنه يستخدم البخار لتحويل طاقة الحراره الناشئه عن احتراق الوقود الى حركة دورانيه او حركة الى الامام والخلف،

لاداء شغل معين.

ولكل اله بخاريه فرن يحرق فيه الفحم الحجري او الزيت او الخشب او اي وقود اخر لانتاج طاقة حراريه.

وفي محطات القدره الذريه يحل المفاعل محل الفرن،

وتنشا الحراره من انشطار الذرات.

انظر:

المفاعل النووي.

ولكل اله بخاريه مرجل غلايه تتم داخله احالة الماء الى بخار.

ويتمدد البخار او ياخذ حجما اكبر من حجم الماء عده مرات.

ويمكن استخدام طاقة التمدد هذه بطريقتين:

1 لدفع مكبس الى الامام والخلف 2 لادارة توربين.
المحركات البخاريه المكبسيه.

لها مكابس تتحرك للامام وللخلف في اسطوانات.

وهناك انظمه عديده من الصمامات تسمح بدخول البخار الى الاسطوانه،

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

وعاده ماتسمى هذه المحركات بالمحركات التردديه،

بسبب حركة مكابسها جيئه وذهابا.

وتتطلب المطارق البخاريه التي تستخدم في دفع خوازيق الارض او في طرق المعادن مثل هذا النوع من الحركهبيد ان القاطره تتطلب حركة دورانيه لادارة عجلاتها.

ويتم الحصول على هذه الحركة بتوصيل المكابس الى عمود مرفقي.

وفى بعض المحركات البخاريه التردديه وتسمى المحركات المركبه ينساب البخار خلال اربع اسطوانات ويقوم بتشغيل اربعه مكابس.
التوربينات البخاريه.

تنتج التوربينات البخاريه حركة دورانيه.

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

ويدخل البخار من ناحيه،

فيدير العجلات ذات الريش اثناء اندفاعه عليها.

وتستخدم التوربينات البخاريه في ادارة المولدات الكهربائيه ورفاسات 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.

ولو ان عملية التكثف هذه قد حدثت في قاروره محكمه او اناء فانه ينتج تفريغا جزئيا او عملية شفط،

وكلاهما ينتج شغلا مفيدا.

وفي عام 1698م ابتكر الانجليزي توماس سافري 1650 – 1715م اول محرك بخاري عملي،

وكان له مضخه لسحب الماء من المناجم.

ولم تحتو مضخه سافري على اجزاء متحركه،

الا صمامات تعمل باليد.

وعندما تدار الصمامات فانها تسمح للبخار بالدخول الى الاناء المحكم.

وكان يصب ماء بارد على جدران الاناء حتى يبرد؛

ومن ثم يتكثف البخار.

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

وفي عام 1712م اخترع الحداد البريطانى توماس نيوكومن 1663 – 1729م محركا بخاريا.

وكان لمحرك نيوكومن دعامة افقيه كبيرة متزنه في الوسط مثل الارجوحه.

وتعلق مكبس داخل اسطوانه من احدى نهايتي الدعامه.

وعندما يسمح للبخار بالاندفاع الى الاسطوانه،

فان البخار كان يدفع المكبس الى اعلى خافضا النهاية الاخرى للدعامه.

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

وبذلك ترتفع النهاية الاخرى للدعامة والتي ربطت بمكبس المضخه داخل البئر.
محرك واط.

عندما بدا المهندس الاسكتلندي جيمس واط 1736 – 1819 تجاربه عام 1763م كان محرك نيوكومن البخاري ذائع الانتشار.

وكان ذلك حافزا لجيمس واط على التفكير لانه كان يستهلك كميات هائله من البخار،

وكميات اخرى كبيرة من الوقود.

وقد راى واط ان التسخين والتبريد المترددين اضاعا حراره زائده.

عندئذ اخترع واط محركا بخاريا بمكثف واسطوانه منفصلين،

وبذا تظل الاسطوانه ساخنه على الدوام.

ووفر هذا النظام ثلاثه ارباع تكلفه الوقود،

وذلك لفقدان كميه قليلة من البخار خلال تكثفه بدخوله الاسطوانه البارده.

سجل واط اول براءه لاختراع المحرك البخاري في عام 1769م،

واستمر بعد ذلك في اجراء تحسينات على الته.

ولعل من افضل التحسينات التي ادخلها استخدام مبدا الفعل المزدوج.

وفي المحركات التي تبنى على هذا المبدا فان البخار يستخدم اولا على ناحيه من المكبس ثم على الناحيه الاخرى.

وتعلم واط ايضا ان يغلق طريق البخار عندما تمتلئ الاسطوانه جزئيا،

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

ويعتقد كثير من الناس خطا ان واط اخترع المحرك البخاري،

ولكنه قام فقط بادخال تحسينات على التصميمات السابقة التي ابتكرها نيوكومن وخفض تكلفه استخدام محركات البخار المكثفه،

وبذلك صار ممكنا استخدام هذه المحركات في اعمال اخرى غير الضخ.
المحركات البخاريه الحديثه.

كانت اهم التحسينات في السنوات التي تلت نيوكومن وواط تطوير محركات قادره على استخدام بخار ذي ضغط عال.

وحتى ذلك الوقت لم يختبر واط محركة عند ضغط عال خوفا من الانفجار.

فلم يزد الضغط في محركاته عن الضغط الجوي او مايوازى 100 كيلو باسكال.
نبذه عن العالم جيمس وات

جيمس وات 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]

اعطى للعالم احدى

اعظم الالات في التاريخ

المحرك البخاري ،



المكثف)التي فجرت الثوره الصناعيه ،

ولم يكن وات اول من اخترع الاله

البخاريه،

فقد سبقته محاولات كثيرة من قبله،

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

وتشارك وات مع المهندس الانكليزي بارلتون وعمل الاثنان في انشاء معمل لتصنيع مخترعات وات ومن اكتشافاته الاخرى المقياس المائي والعنفه البحريه والناظم النابذ لتنظيم سرعه المحرك.
ادخل تحسينات اساسية عام 1765 م على اله نيوكومن البخاريه مما ادى الى انتشار استخدام الطاقة البخاريه في كثير من المصانع.
تكريما لانجازاته اطلق اسمه على وحده القدره الكهربائيه الوات)
والوات = وحده لقياس القوه الميكانيكيه،

او الكهربائيه والوات الواحد يساوي نقلا لطاقة 1 جول في مدة 1 ثانية و(الكيلو وات = 1.34 حصان.
توفى عام 1819 م .


والصورة التاليه توضح شكل اله وات البخاريه
وفي اواخر القرن الثامن عشر،

واوائل القرن التاسع عشر،

قام البريطاني ريتشارد تريفيثيك بتصميم وبناء اول محرك بخاري يعمل بالضغط العالي.

وصمم احدى تلك المحركات بحيث تعمل تحت ضغط يعادل 200 كيلو باسكال.

وبحلول عام 1815م صنع الامريكى اوليفر ايفانز محركا بخاريا استخدم ضغطا يعادل 1,400 كيلو باسكال من البخار.

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

وشملت التحسينات الاخرى التي دخلت على المحركات البخاريه ابتكار واستخدام المحرك المركب واستخدم البخار فائق التسخين.

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

وتساعد هذه العملية على حماية البخار القادم من التكثف على اسطح اسطوانه المكبس.

وكان اختراع توربينات البخار في اواخر القرن التاسع عشر علامه كبرى في تطوير المحركات البخاريه.

ووفرت توربينات البخار مصدرا اقتصاديا لتوليد القدره المطلوبه لادارة المولدات الكهربائيه ولادارة رفاسات البواخر البخاريه.

وتستخدم الطاقة البخاريه حديثا في محطات توليد الطاقه

محطات التوليد البخاريه

تعتبر محطات التوليد البخاريه محولا للطاقة Energy Converter)
وتستعمل هذه المحطات انواع مختلفة من الوقود حسب الانواع المتوفره مثل الفحم الحجري او البترول السائل او الغاز الطبيعي او الصناعي .


تمتاز المحطات البخاريه بكبر حجمها ورخص تكاليفها بالنسبة لامكاناتها الضخمه كما تمتاز بامكانيه استعمالها لتحليه المياه المالحه ،



الامر الذي يجعلها ثنائيه الانتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياه العذبه .


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

1.

القرب من مصادر الوقود وسهوله نقله الى هذه المواقع وتوفر وسائل النقل الاقتصاديه.
2.

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



لذلك تبنى هذه المحطات عاده على شواطئ البحار او بالقرب من مجاري الانهار.
3.

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



مراكز الاستهلاك هي عاده المدن والمناطق السكنيه والمجمعات التجاريه والصناعيه

وتعتمد محطات التوليد البخاريه على استعمال نوع الوقود المتوفر وحرقه في افران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائيه في الوقود الى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استعمال الطاقة الحرارية في تسخين المياه في مراجل خاصة BOILERS وتحويلها الى بخار في درجه حراره وضغط معين ثم تسليط هذا البخار على عنفات او توربينات بخاريه صممت لهذه الغايه فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات وبذلك تتحول الطاقة الحرارية الى طاقة ميكانيكيه على محور هذه التوربينات .



يربط محور المولد الكهربائي ربطا مباشرا مع محور التوربينات البخاريه فيدور محور المولد الكهربائي AL TERNATOR بنفس السرعه وباستغلال خاصة المغناطيسيه الدواره ROTOR من المولد والجزء الثابت STATOR منه تتولد على طرفي الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائيه اللازمه .



والرسم التمثيلي رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من اول حرق الوقود حتى انتاج الطاقة الكهربائيه .

لا يوجد فوارق اساسية بين محطات التوليد البخاريه التي تستعمل انواع الوقود المختلفة الا من حيث طرق نقل وتخزين وتداول وحرق الوقود .



وقد كان استعمال الفحم الحجري شائعا في اواخر القرن الماضي واوائل هذا القرن ،



الا ان اكتشاف واستخراج البترول ومنتوجاته احدث تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث اصبح يستعمل بنسبة تسعين بالمئه لسهوله نقله وتخزينه وحرقه ان كان بصورة وقود سائل او غازي .

مكونات محطات التوليد البخاريه

تتالف محطات التوليد البخاريه بصورة عامة من الاجزاء الرئيسيه التاليه

ا الفرن



Furnace

وهو عبارة عن وعاء كبير لحرق الوقود .



ويختلف شكل ونوع هذا الوعاء وفقا لنوع الوقود المستعمل ويلحق به وسائل تخزين ونقل وتداول الوقود ورمي المخلفات الصلبه

ب المرجل



Boiler
وهو وعاء كبير يحتوي على مياه نقيه تسخن بواسطه حرق الوقود لتتحول هذه المياه
الى بخار .



وفي كثير من الاحيان يكون الفرن والمرجل في حيز واحد تحقيقا للاتصال
المباشر بين الوقود المحترق والماء المراد تسخينه .

د
وتختلف انواع المراجل حسب حجم المحطه وكميه البخار المنتج في وحده الزمن .

ج العنفه الحرارية او التوربين Turbine

وهي عبارة عن عنفه من الصلب لها محور ويوصل به جسم على شكل اسطواني مثبت به لوحات مقعره يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها ويدور المحور بسرعه عاليه جدا حوالي 3000 دوره بالدقيقة وتختلف العنفات في الحجم والتصميم والشكل باختلاف حجم البخار وسرعته وضغطه ودرجه حرارته ،



اي باختلاف حجم محطه التوليد .

د المولد الكهربائي



Generator

هو عبارة عن مولد كهربائي مؤلف من عض دوار مربوط مباشره مع محور التوربين وعضو ثابت .

ويلف العضوين بالاسلاك النحاسيه المعزوله لتنقل الحقل المغناطيسي الدوار وتحوله الى تيار كهربائي على اطراف العضو الثابت .



ويختلف شكل هذا المولد باختلاف حجم المحطه .

ه المكثف:

Condenser

وهو عبارة عن وعاء كبير من الصلب يدخل اليه من الاعلى البخار الاتي من التوربين بعد ان يكون قد قام بتدويرها وفقد الكثير من ضغطه ودرجه 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 اخرى بواسطه مضخات خاصة .

و المدخنه



Chimney

وهي عبارة عن مدخنه من الاجر الحراري Brick اسطوانيه الشكل مرتفعه جدا تعمل على طرد مخلفات الاحتراق الغازية الى الجو على ارتفاع شاهق للاسراع في طرد غازات الاحتراق والتقليل من تلوث البيئه المحيطه بالمحطه .

ز الالات والمعدات المساعدة



Auxiliaries

وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات والمحركات الميكانيكيه والكهربائيه ومنظمات السرعه ومعدات تحميص البخار التي تساعد على اتمام العمل في محطات التوليد .

  • تطور الالة البخارية
  • اختراع الة حلزونية ااحفر
  • مكونات الآلة البخارية
954 views

تطور الالة البخارية