يوم 14 يوليو 2020 الثلاثاء 10:51 مساءً

تطور الالة البخارية

صور

 

حداد ما هر المانى عام 1630م و طفل المانى يصير اتجاة العالم الى الاله البخاريه على يديهما!! شيء لا يصدق و لكنها الحقيقة .. و القصة بكاملها هي صنع الحداد في عام 1630م ابريقا رائعا له غطاء محكم لا يدخل من خلالة اي بعوضه او نمله و اكثر من صنع هذه الاباريق.

اشترت ام الطفل الالمانيه ذلك الابريق و كل صباح تطبخ الشاى و الحليب فيه ثم ان بخار الماء اصبح يدفع غطاء الابريق الى الاعلى فاذا ابعد عن النار هبط الغطاء، و اذا اقترب من النار ارتفع من جديد.

الطفل الصغير كان يفكر كل يوم و هو ذاهب الى المدرسة بهذا البخار و الغطاء و الحركة و كبرت الفكرة لديه، و لما اصبح 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 كبيرة التجار الية طالبين منه صنع الات بخاريه و كان الشاب يسالهم: كم حصانا تستعملة لسحب الماء ثم يصنع الاله بقدر الاحصنه و من هنا انبعثت فكرة 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 التي تدير و تنتج الكهرباء 1880م.

حقا المهاره تؤدى الى مهاره و الابداع يولد ابداعا احدث .. فمهاره الحداد و لدت مهاره صنع الالات البخارية.

المحرك البخاري

المحرك البخارى اله تعمل بطاقة تمدد البخار. و يستعمل البخار في دفع المكابس التي تدير عجلات القاطرات القوية، او ممكن استخدامة في تدوير توربينات ضخمه تحرك مولدات كهربائية، و عابرات محيطات عملاقة. و تدار بالبخار ايضا المضخات الكبيرة، و معدات الحفر و نوعيات اخرى= كثيرة من الالات القوية.

كان ابتكار المحرك البخارى في القرن الثامن عشر ربما مكن من ظهور الصناعه الحديثة. و حتى هذا الوقت كان الناس يعتمدون على قوه عضلاتهم او قوه الحيوان او قوه الرياح او قوه المياه. و لكن محركا بخاريا واحدا يمكنة 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 اثناء يوم واحد. و ربما 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 اوجة المكبس ثم على الوجة الاخر. و يوجة صمام منزلق البخار من و جة الى اخر. و في الشكل الى اليسار يدخل البخار من الجانب الايسر للاسطوانه و يدفع المكبس الى اليمين. و حالما يتحرك المكبس يدير ذراعة 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. يوجة البخار المكبس على التحرك الى الجهه اليسرى. و عندئذ يجذب ذراع المكبس الحذافه لتكمل دوره واحدة، و يظهر البخار في الناحيه اليسري من الاسطوانه عبر مخرج العادم.

لا ينتج المحرك البخارى القدرة، و لكنة يستعمل البخار لتحويل طاقة الحراره الناشئه عن احتراق الوقود الى حركة دورانيه او حركة الى الامام و الخلف، لاداء شغل معين. و لكل اله بخاريه فرن يحرق فيه الفحم الحجرى او الزيت او الخشب او اي و قود احدث لانتاج طاقة 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 داخلة احالة الماء الى بخار. و يتمدد البخار او ياخذ حجما اكبر من حجم الماء عده مرات. و ممكن استعمال طاقة التمدد هذه بطريقتين: 1 لدفع مكبس الى الامام و الخلف 2 لادارة توربين.

المحركات البخاريه المكبسية. لها مكابس تتحرك للامام و للخلف في اسطوانات. و هنالك انظمه عديده من الصمامات تسمح بدخول البخار الى الاسطوانة، و دفع المكبس اولا في اتجاة ثم في الاتجاة الاخر قبل تصريف البخار الى العادم. و عاده ما تسمي هذه المحركات بالمحركات الترددية، بسبب حركة مكابسها جيئه و ذهابا. و تتطلب المطارق البخاريه التي تستعمل في دفع خوازيق الارض او في طرق المعادن كهذا النوع من الحركةبيد ان القاطره تتطلب حركة دورانيه لادارة عجلاتها. و يتم الحصول على هذه الحركة بتوصيل المكابس الى عمود مرفقي. و في بعض المحركات البخاريه التردديه و تسمي المحركات المركبه ينساب البخار اثناء اربع اسطوانات و يقوم بتشغيل اربعه مكابس.

التوربينات البخارية. تنتج التوربينات البخاريه حركة دورانية. و لتوربين البخار عده مجموعات من العجلات ذات الريش المركبه على عمود طويل. و يدخل البخار من ناحية، فيدير العجلات ذات الريش خلال اندفاعة عليها. و تستعمل التوربينات البخاريه في ادارة المولدات الكهربائيه و رفاسات البواخر

المحركات البخاريه الاولى. اعتمدت على قدره تكثف البخار الى سائل لا على قدرتة على التمدد. فعندما يتكثف البخار الى سائل فان الاخير ياخذ حيزا اقل مما يحتاجة البخار. و ل وان عملية التكثف هذه ربما حدثت في قاروره محكمه او اناء فانه ينتج تفريغا جزئيا او عملية شفط، و كلاهما ينتج شغلا مفيدا.

وفى عام 1698م ابتكر الانجليزي 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 اعلى الانبوبه بفعل تفريغ الهواء في الاناء.

وفى عام 1712م اخترع الحداد البريطاني توماس نيوكومن 1663 – 1729م محركا بخاريا. و كان لمحرك نيوكومن دعامة افقيه كبار متزنه في الوسط كالارجوحة. و تعلق مكبس داخل اسطوانه من احدي نهايتى الدعامة. و عندما يسمح للبخار بالاندفاع الى الاسطوانة، فان البخار كان يدفع المكبس الى اعلى خافضا النهاية الاخرى= للدعامة. عندئذ يرش رذاذ الماء البارد داخل الاسطوانه فيتكثف البخار و يسحب التفريغ المكبس الى اسفل مره اخرى، و بذلك ترتفع النهاية الاخرى= للدعامة و التي ربطت بمكبس المضخه داخل البئر.

محرك و اط. عندما بدا المهندس الاسكتلندى جيمس و اط 1736 – 1819 تجاربة عام 1763م كان محرك نيوكومن البخارى ذائع الانتشار. و كان هذا حافزا لجيمس و اط على التفكير لانة كان يستهلك كميات هائله من البخار، و كميات اخرى= كبار من الوقود. و ربما راي 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 ذلك النظام ثلاثه ارباع تكلفه الوقود، و هذا لفقدان كميه قليلة من البخار اثناء تكثفة بدخولة الاسطوانه الباردة.

سجل و اط اول براءه لاختراع المحرك البخارى في عام 1769م، و استمر بعد هذا في اجراء تحسينات على الته. و لعل من اروع التحسينات التي ادخلها استعمال مبدا الفعل المزدوج. و في المحركات التي تبني على ذلك المبدا فان البخار يستعمل اولا على ناحيه من المكبس ثم على الناحيه الاخرى. و تعلم و اط ايضا ان يغلق طريق البخار عندما تمتلئ الاسطوانه جزئيا، و ادي هذا الى تمدد البخار الموجود اصلا في الاسطوانه لتكمله مهمه المكبس. و يعتقد كثير من الناس خطا ان و اط اخترع المحرك البخاري، و لكنة قام فقط بادخال تحسينات على التصميمات السابقة التي ابتكرها نيوكومن و خفض تكلفه استعمال محركات البخار المكثفة، و بذلك اصبح ممكنا استعمال هذه المحركات في اعمال اخرى= غير الضخ.

المحركات البخاريه الحديثة. كانت اهم التحسينات في السنوات التي تلت نيوكومن و واط تطوير محركات قادره على استعمال بخار ذى ضغط عال. و حتى هذا الوقت لم يختبر و اط محركة عند ضغط عال خوفا من الانفجار. فلم يزد الضغط في محركاتة عن الضغط الجوى او ما يوازي 100 كيلو باسكال.

نبذة 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)التي فجرت الثوره الصناعيه ،

ولم يكن و ات اول من اخترع الالة

البخارية، فقد سبقتة محاولات كثيرة من قبله، لكن تلك الالات السابقة كانت ضعيفه الجهد بدرجه انهم كانوا يستعملونها 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 اكتشافاتة الاخرى= المقياس المائى و العنفه البحريه و الناظم النابذ لتنظيم سرعه المحرك.

ادخل تحسينات رئيسية عام 1765 م على اله نيوكومن البخاريه مما ادي الى انتشار استعمال الطاقة البخاريه في كثير من المصانع.

تكريما لانجازاتة اطلق اسمه على و حده القدره الكهربائيه الوات)

والوات = و حده لقياس القوه الميكانيكية، او الكهربائيه و الوات الواحد يساوى نقلا لطاقة 1 جول في لمدة 1 ثانية= و الكيلو و ات = 1.34 حصان.

توفي عام 1819 م .

والصورة الاتيه توضح مظهر 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 استعمل ضغطا يعادل 1,400 كيلو باسكال من البخار. و توجد في ايامنا هذه محركات تستعمل بخارا عند ضغط يزيد على ما يعادل 7,000 كيلو باسكال.

وشملت التحسينات الاخرى= التي دخلت على المحركات البخاريه ابتكار و استعمال المحرك المركب و استعمل البخار فائق التسخين. و في هذه الحالة ترتفع درجه حراره البخار الى اكثر من 370°م بدون زياده في ضغطه. و تساعد هذه العملية على حماية 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 لادارة المولدات الكهربائيه و لادارة رفاسات البواخر البخارية.

وتستخدم الطاقة البخاريه حديثا في محطات توليد الطاقة

محطات التوليد البخارية

تعتبر محطات التوليد البخاريه محولا للطاقة Energy Converter)

وتستعمل هذه المحطات نوعيات مختلفة من الوقود حسب الانواع المتوفره كالفحم الحجرى او البترول السائل او الغاز الطبيعي او الصناعي .

تمتاز المحطات البخاريه بكبر حجمها و رخص تكاليفها بالنسبة لامكاناتها الضخمه كما تمتاز بامكانيه استعمالها لتحليه المياة المالحه ، الامر الذى يجعلها ثنائيه الانتاج خاصة في البلاد التي تقل فيها مصادر المياة 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 يلى

1. القرب من مصادر الوقود و سهوله نقلة الى هذه المواقع و توفر و سائل النقل الاقتصادية.

2. القرب من مصادر مياة التبريد لان المكثف يحتاج الى كميات كبير من مياة التبريد . لذلك تبني هذه المحطات عاده على شواطئ البحار او بالقرب من مجارى الانهار.

3. القرب من مراكز استهلاك الطاقة الكهربائيه لتوفير تكاليف انشاء خطوط النقل . مراكز الاستهلاك هي عاده المدن و المناطق السكنيه و المجمعات التجاريه و الصناعية

وتعتمد محطات التوليد البخاريه على استخدام نوع الوقود المتوفر و حرقة في افران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائيه في الوقود الى طاقة حرارية في اللهب الناتج من عملية الاحتراق ثم استخدام الطاقة الحرارية في تسخين المياة في مراجل خاصة BOILERS و تحويلها الى بخار في درجه حراره و ضغط معين ثم تسليط ذلك البخار على عنفات او توربينات بخاريه صممت لهذه الغايه فيقوم البخار السريع بتدوير محور التوربينات و بذلك تتحول الطاقة الحرارية الى طاقة 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 خاصة المغناطيسيه الدواره ROTOR من المولد و الجزء الثابت STATOR منه تتولد على طرفى الجزء الثابت من المولد الطاقة الكهربائيه اللازمه . و الرسم التمثيلى رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من اول حرق الوقود حتى انتاج الطاقة الكهربائيه .

لا يوجد فوارق رئيسية بين محطات التوليد البخاريه التي تستخدم نوعيات الوقود المختلفة الا من حيث طرق نقل و تخزين و تداول و حرق الوقود . و ربما كان استخدام الفحم الحجرى شائعا في اواخر القرن الماضى و اوائل ذلك القرن ، الا ان اكتشاف و استخراج البترول و منتوجاتة اخر تغييرا جذريا في محطات التوليد الحرارية حيث صار يستخدم بنسبة تسعين بالمئه لسهوله نقلة و تخزينة و حرقه ان كان بصورة و قود سائل او غازى .

مكونات محطات التوليد البخاريه

تتالف محطات التوليد البخاريه بصورة عامة من الاجزاء الرئيسيه الاتيه

ا الفرن Furnace

وهو عبارة عن و عاء كبير لحرق الوقود . و يختلف مظهر و نوع ذلك 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 مياة نقيه تسخن بواسطه حرق الوقود لتتحول هذه المياه

الي بخار . و في كثير من الاحيان يصير الفرن و المرجل في حيز واحد تحقيقا للاتصال

المباشر بين الوقود المحترق و الماء المراد تسخينة .د

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

ج العنفه الحرارية او التوربين Turbine

وهي عبارة عن عنفه من الصلب لها محور و يوصل به جسم على مظهر اسطوانى مثبت به لوحات مقعره يصطدم فيها البخار فيعمل على دورانها و يدور المحور بسرعه عاليه جدا جدا حوالى 3000 دوره بالدقيقه و تختلف العنفات في الحجم و التصميم و الشكل باختلاف حجم البخار و سرعتة و ضغطة و درجه حرارتة ، اي باختلاف حجم محطه التوليد .

د المولد الكهربائى Generator

هو عبارة 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 تحولة الى تيار كهربائى على اطراف العضو الثابت . و يختلف مظهر ذلك المولد باختلاف حجم المحطه .

ة المكثف: Condenser

وهو عبارة عن و عاء كبير من الصلب يدخل الية من الاعلى البخار الاتى من التوربين بعد ان يصير ربما قام بتدويرها و فقد العديد من ضغطة و درجه حرارتة ، كما يدخل في ذلك المكثف من اسفل تيار من مياة التبريد داخل انابيب حلزونيه تعمل على تحويل البخار الضعيف الى مياة حيث تعود هذه المياة الى المراجل مره اخرى= بواسطه مضخات خاصة .

و المدخنه Chimney

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

ز الالات و المعدات المساعدة Auxiliaries

وهي عبارة عن عدد كبير من المضخات و المحركات الميكانيكيه و الكهربائيه و منظمات السرعه و معدات تحميص البخار التي تساعد على اتمام العمل في محطات التوليد .

1٬990 views