Höyrykone

Wikipedia

Höyrykoneella muunnetaan höyryn sisältämä lämpöenergia mekaaniseksi energiaksi. Höyrykoneita käytettiin pumpuissa, vetureissa, höyrylaivoissa sekä höyrytraktoreissa ja ne vaikuttivat merkittävästi teollisen vallankumouksen syntyyn. Nykyisin niitä käytetään höyryvoimalaitoksissa mekaanisen ja sähköenergian muuntamiseen.

Höyrykoneen tarvitsema paineinen höyry tuotetaan höyrykattilassa. Lämmönlähde voi olla mikä vain, mutta yleisimmin käytetään puun, hiilen tai öljyn polttoa lämmön tuottamiseen. Muita vaihtoehtoja on, varsinkin hajautetussa energiantuotannossa kuten maakaasu, biokaasu, hake, jätteet, bensiini, etanoli, rypsiöljy tai vilja. Myös ydinreaktorit tuottavat höyryä muunnettavaksi edelleen sähköksi.

Höyrykoneessa höyry laajenee ja liikuttaa mäntää tai turbiinia, jotka puolestaan pyörittävät varsinaista toimilaitetta, joka voi olla sähkögeneraattori, laivan potkuri, pumppu, kompressori tai junan veturi.

[muokkaa] Höyrykoneen toiminta

Männän (ks. animaatiokuva) ollessa vasemmassa reunassa, sen yläpuolella liikkuva luisti on sellaisessa asennossa, että höyryputkesta tuleva höyry pääsee kanavistoa myöten sylinteriin männän vasemmalle puolelle. Sylinterin oikeasta päästä on kanavan kautta yhteys poistoputkeen. Höyrynpaineen vietyä mäntää jonkin verran oikealle luisti sulkee molemmat kanavat. Höyryn laajeneminen painaa edelleen mäntää oikealle. Männän painuttua tarpeeksi pitkälle luisti on siirtynyt siten että höyry pääsee kanavaa pitkin männän alle. Männän vasemmalla puolella käytetty höyry purkautuu poistoputken kautta joko ulkoilmaan tai lauhduttimeen, jossa se tiivistyy. Mäntä lähtee liikkumaan vasemmalle ja aloittaa saman alusta.

Kuva:Steam engine in action.gif

Korkeapainekoneita käytetään höyryvetureissa ja -laivoissa. Lauhduttimelliset koneet ovat edullisia silloin, jos saatavissa on runsaasti kylmää vettä, siksi lauhduttimia käytetään mm. höyrylaivoissa.

[muokkaa] Historia

Heronin aeolipiili
Suurenna
Heronin aeolipiili
Newcomenin höyrykone
Suurenna
Newcomenin höyrykone

Ensimmäisen höyrykoneen, aeolipiilin, keksi kreikkalainen Heron Aleksandrialainen, joka yritti käyttää höyryä liikkeen aikaan saamiseksi, mutta mitään käytännön sovellutusta tälle laitteelle ei tiedetä. Ranskalainen Denis Papin suunnitteli 1690 männällisen sylinterin, jossa höyryn avulla aikaansaatu tyhjiö kehitti liikkeen. Hän myös kehitti ensimmäisenä paineventtiilin, jolla voitiin säätää laitteen korkein sallittu paine. Ensimmäiset teolliset höyrykoneet suunnittelivat Thomas Savery vuonna 1698 ja Thomas Newcomen vuonna 1712. Vuonna 1769 James Watt patentoi ensimmäisenä nykyaikaisen höyrykoneen.

Ensimmäinen käytännöllinen höyryn avulla toimiva laite oli Saveryn kehittämä mäntäpumppu. Käytännöllisempi oli Newcomenin rakentama höyrykone, jossa höyrykattilasta laskettiin höyryä sylinteriin, jossa liikkuva mäntä nousi ylös. Sen jälkeen venttiili katkaisi höyryn tulon ja sylinteriin suihkutettiin kylmää vettä, jolloin syntyi alipaine höyryn tiivistyessä vedeksi paljon pienempään tilavuuteen ja männän yläpuolella vallitseva ulkoilman paine painoi männän alas. Tällä tavalla kuvan vipuvarsi saatiin liikkumaan vastaavasti. Kun vesi laskettiin sylinteristä ja uutta höyryä laitettiin tilalle, saatiin työkierto jälleen alkamaan.

Skotlantilainen insinööri James Watt kehitti tätä konetta edelleen melkein kuusikymmentä vuotta myöhemmin, kuten erotti lauhduttimella toiminta- ja alipainesylinterit erilleen ja lisäsi koneen käyntiä tasoittavan keskipakoventtiilin. Näillä muutoksilla höyrykoneen hyötysuhde parani selvästi ja sylinteri pystyi toimimaan määrätyssä lämpötilassa. Sen jälkeen ainoa oleellinen uudistus höyrykoneen kehityksessä on ollut höyryn paineen nostaminen.

[muokkaa] Katso myös

Commons
Wikimedia Commonsissa on lisää materiaalia aiheesta Höyrykone.