Kuumenna vesi siihen kiehumispiste ja se muuttuu nesteestä, jolloin siitä tulee kaasu tai vesihöyry, jonka tunnemme höyrynä. Kun vedestä tulee höyryä, sen tilavuus kasvaa noin 1600 kertaa, tämä paisuminen on täynnä energiaa.
Moottori on kone, joka muuntaa energian mekaaniseksi voimaksi tai liikkeeksi, joka voi kääntää männät ja pyörät. Moottorin tarkoituksena on tuottaa tehoa, höyrykone tarjoaa mekaanista tehoa käyttämällä höyryn energiaa.
Höyrykoneet olivat ensimmäiset onnistuneet moottorit, jotka keksittiin, ja olivat moottori teollinen vallankumous. Niitä on käytetty ensimmäisten junien, alusten, tehtaiden ja jopa autoja. Ja vaikka höyrykoneet olivat aikaisemmin ehdottomasti tärkeitä, niillä on nyt myös uusi tulevaisuus toimittaessaan meille voimaa geotermisillä energialähteillä.
Kuinka höyrymoottorit toimivat
Perushöyrykoneen ymmärtämiseksi otetaan esimerkki höyrykoneesta, joka löytyy vanhasta höyryveturista, kuten kuvassa. Veturin höyrykoneen perusosat olisivat kattila, liukuventtiili, sylinteri, höyrysäiliö, mäntä ja vetopyörä.
Kattilassa olisi takka, johon kivihiili syötettäisiin. Kivihiili pidettiin palavana erittäin korkeassa lämpötilassa ja sitä käytettiin kattilan lämmittämiseen veden kiehuttamiseksi tuottaen korkeapainehöyryä. Korkeapainehöyry laajenee ja poistuu kattilasta höyryputkien kautta höyrysäiliöön. Sitten höyryä säädetään liukuventtiilillä liikkumaan sylinteriin männän työntämiseksi. Männän työntävän höyryenergian paine kääntää vetopyörää ympyrässä, mikä luo veturille liikettä.
Höyrykoneiden historia
Ihmiset ovat olleet tietoisia höyryn voimasta vuosisatojen ajan. Kreikkalainen insinööri, Alexandrian sankari (noin 100 jKr), kokeili höyryä ja keksi aeolipilen, ensimmäisen mutta erittäin raa'an höyrykoneen. Aeolipiili oli metalli pallo, joka oli kiinnitetty kiehuvan vedenkeittimen päälle. Höyry kulki putkien läpi palloon. Kaksi L-muotoista putkea pallon vastakkaisilla puolilla vapautti höyryn, joka antoi pallon palloon, joka aiheutti sen pyörimisen. Sankari ei kuitenkaan koskaan tajunnut eolipilin potentiaalia, ja vuosisatojen oli kuluttava ennen kuin käytännöllinen höyrykone keksittiin.
Vuonna 1698, englantilainen insinööri, Thomas Savery patentoi ensimmäisen raakahöyrykoneen. Savery käytti keksintöään veden pumppaamiseen hiilikaivoksesta. Vuonna 1712, englantilainen insinööri ja seppä, Thomas Newcomen keksi ilmakehän höyrykone. Newcomenin höyrykoneen tarkoituksena oli myös poistaa vesi kaivoksista. Vuonna 1765, skotlantilainen insinööri, James Watt aloitti Thomas Newcomenin höyrykoneen tutkimuksen ja keksi parannetun version. Wattin moottori oli ensimmäinen, jolla oli pyörivä liike. James Watt suunnitteli onnistuneesti ja höyrykoneiden käyttö tuli laajalle levinnyksi.
Höyrykoneilla oli merkittävä vaikutus kuljetushistoriaan. 1700-luvun lopulla keksijät tajusivat, että höyrykoneilla voitaisiin käyttää veneitä, ja George Stephenson keksi ensimmäisen kaupallisesti menestyvän höyrylaivan. Vuoden 1900 jälkeen bensiini- ja dieselpolttoainemoottorit alkoivat korvata höyrymäntämoottoreita. Höyrykoneita on kuitenkin ilmestynyt viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana.
Höyrymoottorit tänään
Voi olla yllättävää tietää, että 95 prosenttia ydinvoima kasvit käyttävät höyrykoneita energian tuottamiseen. Kyllä, ydinvoimalaitoksen radioaktiivisia polttoainesauvoja käytetään samalla tavalla kuin höyryveturin kivihiiltä keittämään vettä ja tuottamaan höyryenergiaa. Käytetyn radioaktiivisen polttoaineen sauvojen loppusijoitus, ydinvoimalaitosten haavoittuvuus maanjäristyksille ja muille asioille jättää kuitenkin suuren riskin kansalaisille ja ympäristölle.
Geoterminen energia on voimaa, joka tuotetaan höyryllä, joka tuotetaan maan sulasta ytimestä lähtevän lämmön avulla. Geotermiset voimalaitokset ovat suhteellisen vihreä tekniikka. Norjalainen / islantilainen geotermisen sähköntuotantolaitteiden valmistaja Kaldara Green Energy on ollut alan tärkein uudistaja.
Auringon lämpövoimalat voivat myös käyttää höyryturbiineja energiansa tuottamiseen.