تطور الالة البخارية

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

اشترت ام الطفل الالمانيه ذلك الابريق و جميع صباح تطبخ الشاى و الحليب به بعدها ان بخار الماء صار يدفع غطاء الابريق الى الاعلي فاذا ابعد عن النار هبط الغطاء،
واذا اقترب من النار ارتفع من جديد.

الطفل الصغير كان يفكر جميع يوم و هو ذاهب الى المدرسة بهذا البخار و الغطاء و الحركة و كبرت الفكرة لديه،
ولما صار شابا عزم على تجربه طرق الحديد و النحاس لصنع مراوح تدور بالبخار،
لقد نجح فصنع اول اله بخاريه قادره على سحب دلاء الماء من الانهار .
.
جاءكبيرة 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) .
.
وينجح (جول) و هو صديق لذاك الشاب فصنع 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.
ويستخدم البخار فدفع المكابس التي تدير عجلات القاطرات القوية،
او ممكن استخدامة فتدوير توربينات ضخمه تحرك مولدات كهربائية،
وعابرات محيطات عملاقة.
وتدار بالبخار كذلك المضخات الكبيرة،
ومعدات الحفر و نوعيات ثانية كثيرة من الالات القوية.

كان ابتكار المحرك البخارى فالقرن الثامن عشر ربما مكن من ظهور الصناعه الحديثة.
وحتي هذا الوقت كان الناس يعتمدون على قوه عضلاتهم او قوه الحيوان او قوه الرياح او قوه المياه.
ولكن محركا بخاريا واحدا يمكنة ان يقوم بعمل مئات الخيول.
ويستطيع المحرك ان يمد جميع الالات فمصنع ما بالقدره اللازمة.
وتستطيع القوه البخاريه ان تجر قطار شحن محملا بالبضائع الثقيلة،
مسافات طويله اثناء يوم واحد.
وقد و فرت البواخر البخاريه و سيله انتقال امنه و سريعة.

كيف تعمل محركات البخار

بحث في الادارة المدرسية

كيف يعمل المحرك البخارى البخار يشغل الاله بالدفع اولا على احد اوجة المكبس بعدها على الوجة الاخر.
ويوجة صمام منزلق البخار من و جة الى اخر.
وفى الشكل (الي اليسار) يدخل البخار من الجانب الايسر للاسطوانه و يدفع المكبس الى اليمين.
وحالما يتحرك المكبس يدير ذراعة الحذافه مقدار نص دورة.
وحين يصل المكبس للناحيه اليمني من الاسطوانه (فى الشكل اعلاه) يتحرك الصمام البيتق و يدفع البخار ليسرى خلف المكبس مره اخرى.
يوجة البخار المكبس على التحرك الى الجهه اليسرى.
وعندئذ يجذب ذراع المكبس الحذافه لتكمل دوره واحدة،
ويخرج البخار فالناحيه اليسري من الاسطوانه عبر مخرج العادم.

لا ينتج المحرك البخارى القدرة،
ولكنة يستعمل البخار لتحويل طاقة الحراره الناشئه عن احتراق الوقود الى حركة دورانيه او حركة الى الامام و الخلف،
لاداء شغل معين.
ولكل اله بخاريه فرن يحرق به الفحم الحجرى او الزيت او الخشب او اي و قود احدث لانتاج طاقة حرارية.
وفى محطات القدره الذريه يحل المفاعل محل الفرن،
وتنشا الحراره من انشطار الذرات.
انظر: المفاعل النووي.
ولكل اله بخاريه مرجل (غلاية) تتم داخلة احالة الماء الى بخار.
ويتمدد البخار او ياخذ حجما اكبر من حجم الماء عده مرات.
ويمكن استعمال طاقة التمدد هذي بطريقتين: 1- لدفع مكبس الى الامام و الخلف 2- لادارة توربين.

المحركات البخاريه المكبسية.
لها مكابس تتحرك للامام و للخلف فاسطوانات.
وهنالك انظمه عديده من الصمامات تسمح بدخول البخار الى الاسطوانة،
ودفع المكبس اولا فاتجاة بعدها فالاتجاة الاخر قبل تصريف البخار الى العادم.
وعاده ما تسمي هذي المحركات بالمحركات الترددية،
بسبب حركة مكابسها جيئه و ذهابا.
وتتطلب المطارق البخاريه التي تستعمل فدفع خوازيق الارض او فطرق المعادن كهذا النوع من الحركةبيد ان القاطره تتطلب حركة دورانيه لادارة عجلاتها.
ويتم الحصول على هذي الحركة بتوصيل المكابس الى عمود مرفقي.
وفي 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.
ولتوربين البخار عده مجموعات من العجلات ذات الريش المركبه على عمود طويل.
ويدخل البخار من ناحية،
فيدير العجلات ذات الريش خلال اندفاعة عليها.
وتستخدم التوربينات البخاريه فادارة 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.
ولو ان عملية التكثف هذي ربما حدثت فقاروره محكمه او اناء فانه ينتج تفريغا جزئيا او عملية شفط،
وكلاهما ينتج شغلا مفيدا.

وفى عام 1698م ابتكر الانجليزي توماس سافرى (1650 – 1715م) اول محرك بخارى عملي،
وكان له مضخه لسحب الماء من المناجم.
ولم تحتو مضخه سافرى على اجزاء متحركة،
الا صمامات تعمل باليد.
وعندما تدار الصمامات فانها تسمح للبخار بالدخول الى الاناء المحكم.
وكان يصب ماء بارد على جدران الاناء حتي يبرد؛
ومن بعدها يتكثف البخار.
عندئذ يفتح صمام حتي يتم شفط الماء اعلي الانبوبه بفعل تفريغ الهواء فالاناء.

افضل كيف

وفى عام 1712م اخترع الحداد البريطاني توماس نيوكومن (1663 – 1729م) محركا بخاريا.
وكان لمحرك نيوكومن دعامة افقيه كبار متزنه فالوسط كالارجوحة.
وتعلق مكبس داخل اسطوانه من احدي نهايتى الدعامة.
وعندما يسمح للبخار بالاندفاع الى الاسطوانة،
فان البخار كان يدفع المكبس الى اعلي خافضا النهاية الثانية للدعامة.
عندئذ يرش رذاذ الماء البارد داخل الاسطوانه فيتكثف البخار و يسحب التفريغ المكبس الى اسفل مره اخرى،
وبذلك ترتفع النهاية الثانية 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.
وكان هذا حافزا لجيمس و اط على التفكير لانة كان يستهلك كميات هائله من البخار،
وكميات ثانية كبار من الوقود.
وقد راي و اط ان التسخين و التبريد المترددين اضاعا حراره زائدة.
عندئذ اخترع و اط محركا بخاريا بمكثف و اسطوانه منفصلين،
وبذا تظل الاسطوانه ساخنه على الدوام.
ووفر ذلك النظام ثلاثه ارباع تكلفه الوقود،
وذلك لفقدان كميه قليلة من البخار اثناء تكثفة بدخولة الاسطوانه الباردة.

سجل و اط اول براءه لاختراع المحرك البخارى فعام 1769م،
واستمر بعد هذا فاجراء تحسينات على الته.
ولعل من اروع التحسينات التي ادخلها استعمال مبدا الفعل المزدوج.
وفى المحركات التي تبني على ذلك المبدا فان البخار يستعمل اولا على ناحيه من المكبس بعدها على الناحيه الاخرى.
وتعلم و اط كذلك ان يغلق طريق البخار عندما تمتلئ الاسطوانه جزئيا،
وادي هذا الى تمدد البخار الموجود اصلا فالاسطوانه لتكمله مهمه المكبس.
ويعتقد كثير من الناس خطا ان و اط اخترع المحرك البخاري،
ولكنة قام فقط بادخال تحسينات على التصميمات السابقة التي ابتكرها نيوكومن و خفض تكلفه استعمال محركات البخار المكثفة،
وبذلك صار ممكنا استعمال هذي المحركات فاعمال ثانية غير الضخ.

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

نبذة عن العالم جيمس و ات :

جيمس و ات (1736 –1819 م)

مخترع اسكتلندي

اعطي للعالم احدى

اعظم الالات فالتاريخ

( المحرك البخارى ،

المكثف)التى 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 فضخ الماء من المناجم،
وتشارك و ات مع المهندس الانكليزى بارلتون و عمل الاثنان فانشاء معمل لتصنيع مخترعات و ات و من اكتشافاتة الثانية المقياس المائى و العنفه البحريه و الناظم النابذ لتنظيم سرعه المحرك.

ادخل تحسينات اساسية عام 1765 م على اله نيوكومن البخاريه مما ادي الى انتشار استعمال الطاقة البخاريه فعديد 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 فمدة 1 اخرى و (الكيلو و ات) = 1.34 حصان.

توفي عام 1819 م .

والصورة الاتيه توضح شكل اله و ات البخارية

وفى اواخر القرن الثامن عشر،
واوائل القرن التاسع عشر،
قام البريطانى ريتشارد تريفيثيك بتصميم و بناء اول محرك بخارى يعمل بالضغط العالي.
وصمم احدي تلك المحركات بحيث تعمل تحت ضغط يعادل 200 كيلو باسكال.
وبحلول عام 1815م صنع الامريكي اوليفر ايفانز محركا بخاريا استعمل ضغطا يعادل 1,400 كيلو باسكال من البخار.
وتوجد فايامنا هذي محركات تستعمل بخارا عند ضغط يزيد على ما يعادل 7,000 كيلو باسكال.

وشملت التحسينات الثانية التي دخلت على المحركات البخاريه ابتكار و استعمال المحرك المركب و استعمل البخار فائق التسخين.
وفى هذي الحالة ترتفع درجه حراره البخار الى اكثر من 370°م بدون زياده فضغطه.
وتساعد هذي العملية على حماية البخار القادم من التكثف على اسطح اسطوانه المكبس.

وكان اختراع توربينات البخار فاواخر القرن التاسع عشر علامه كبري فتطوير المحركات البخارية.
ووفرت توربينات البخار مصدرا اقتصاديا لتوليد القدره المطلوبه لادارة المولدات الكهربائيه و لادارة رفاسات البواخر البخارية.

وتستخدم الطاقة البخاريه حديثا فمحطات توليد الطاقة

محطات التوليد البخارية

تعتبر محطات التوليد البخاريه محولا للطاقة (Energy Converter)

وتستعمل هذي 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 الذي يجعلها ثنائيه الانتاج خاصة فالبلاد التي تقل بها مصادر المياة العذبه .

اختيار مواقع المحطات البخاريه Site Selection of Steam Power Station

تتحكم فاختيار المواقع المناسبه لمحطات التوليد الحرارية عده عوامل مؤثره نذكر منها

ما يلى :

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

2.
القرب من مصادر مياة التبريد لان المكثف يحتاج الى كميات كبير من مياة التبريد .

لذا تبني هذي 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 فافران خاصة لتحويل الطاقة الكيميائيه فالوقود الى طاقة حرارية فاللهب الناتج من عملية الاحتراق بعدها استخدام الطاقة الحرارية فتسخين المياة فمراجل خاصة (BOILERS) و تحويلها الى بخار فدرجه حراره و ضغط معين بعدها 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 هذي 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 .

والرسم التمثيلى رقم يبين مسلسل تحويل الطاقة من اول حرق الوقود حتي انتاج الطاقة الكهربائيه .

لا يوجد فوارق اساسية بين محطات التوليد البخاريه التي تستخدم نوعيات الوقود المختلفة الا من حيث طرق نقل و تخزين و تداول و حرق الوقود .

وقد كان استخدام الفحم الحجرى شائعا فاواخر القرن الماضى و اوائل ذلك القرن ،

الا ان اكتشاف و استخراج البترول و منتوجاتة اخر تغييرا جذريا فمحطات التوليد الحرارية حيث اصبح 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 .

ويختلف شكل و نوع ذلك الوعاء و فقا لنوع الوقود المستعمل و يلحق فيه 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 هذي المياه

الي بخار .

وفى كثير من الاحيان يصبح الفرن و المرجل فحيز واحد تحقيقا للاتصال

المباشر بين الوقود المحترق و الماء المراد تسخينة .
د

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

ج ) العنفه الحرارية او التوربين Turbine

وهي عبارة عن عنفه من الصلب لها محور و يوصل فيه جسم على شكل اسطوانى مثبت فيه لوحات مقعره يصطدم بها البخار فيعمل على دورانها و يدور المحور بسرعه عاليه جدا جدا حوالى 3000 دوره بالدقيقه و تختلف العنفات فالحجم و التصميم و الشكل باختلاف حجم البخار و سرعتة و ضغطة و درجه حرارتة ،

اى 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 .

ويختلف شكل ذلك المولد باختلاف حجم المحطه .

ة ) المكثف: Condenser

وهو عبارة عن و عاء كبير من الصلب يدخل الية من الاعلي البخار الاتى من التوربين بعد ان يصبح ربما قام بتدويرها و فقد العديد من ضغطة و درجه حرارتة ،

كما يدخل فهذا المكثف من اسفل تيار من مياة التبريد داخل انابيب حلزونيه تعمل على تحويل البخار الضعيف الى مياة حيث تعود هذي المياة الى المراجل مره ثانية 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 فطرد 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 فمحطات التوليد .