Parní engineEdit
Viz také: Parní stroj#Účinnosti Viz také: Harmonogram parní energie
Píst engineEdit
Parní stroje a turbíny pracují na Rankinův cyklus, který má maximální účinnost carnotova cyklu 63% pro praktické motory, s parní turbíny elektrárny schopni dosáhnout účinnosti v polovině 40% rozsahu.
účinnost parních strojů souvisí především s teplotou a tlakem páry a počtem stupňů nebo expanzí. Účinnost parního stroje se zlepšila s objevením provozních principů, což vedlo k rozvoji vědy o termodynamice. Viz graf: účinnost parního stroje
v prvních parních strojích byl kotel považován za součást motoru. Dnes jsou považovány za samostatné, takže je nutné vědět, zda je uvedená účinnost celková, což zahrnuje kotel, nebo jen motor.
srovnání účinnosti a výkonu prvních parních strojů je obtížné z několika důvodů: 1) neexistovala žádná standardní hmotnost pro bušl uhlí, který by mohl být kdekoli od 82 do 96 liber (37 až 44 kg). 2) neexistovala žádná standardní hodnota vytápění pro uhlí a pravděpodobně žádný způsob, jak měřit hodnotu vytápění. Uhlí mělo mnohem vyšší topnou hodnotu než dnešní parní uhlí, někdy se uvádělo 13 500 BTU / libra (31 megajoulů / kg). 3) účinnost byla hlášena jako „povinnost“, což znamená, kolik nohou liber (nebo newton-metrů) práce Zvedací vody byly vyrobeny, ale mechanická účinnost čerpání není známa.
první pístový parní stroj, vyvinutý Thomasem Newcomenem kolem roku 1710, byl mírně přes půl procenta (0,5%) účinný. To provozovány s parní v blízkosti atmosférického tlaku nasáván do válců zatížení, pak kondenzované tím, sprej studené vody do parní naplněný válec, což způsobuje podtlak ve válci a tlak atmosféry řídit píst dolů. Pomocí válce jako nádoba, ve které ke kondenzaci páry také chlazené válce, tak, že některé z tepla v příchozí páry na další cyklus byl ztracen v oteplování válců, což snižuje tepelnou účinnost. Vylepšení motoru Newcomen provedené Johnem Smeatonem zvýšila účinnost na více než 1%.
James Watt provedl několik vylepšení motoru Newcomen, z nichž nejvýznamnější byl vnější kondenzátor, který zabránil chladicí vodě ochladit válec. Wattův motor pracoval s párou při mírně nad atmosférickém tlaku. Wattova vylepšení zvýšila účinnost o více než 2, 5.Nedostatek obecných mechanických schopností, včetně kvalifikovaných mechaniků, obráběcích strojů a výrobních metod, omezoval účinnost skutečných motorů a jejich konstrukci až do roku 1840.
motory s vyšším tlakem byly vyvinuty Oliverem Evansem a nezávisle Richardem Trevithickem. Tyto motory nebyly příliš účinné, ale měly vysoký poměr výkonu k hmotnosti, což jim umožnilo použít pro pohon lokomotiv a lodí.
regulátor, který poprvé použila Watt udržovat konstantní rychlost, pracoval škrcením přívodu páry, který sníží tlak, což má za následek ztrátu účinnosti na vysoké (nad atmosférický tlak) motory. Pozdější kontrolní metody tuto tlakovou ztrátu snížily nebo eliminovaly.
vylepšený ventilový mechanismus parního stroje Corliss (patentovaný. 1849) byl lépe schopen nastavit rychlost s různým zatížením a zvýšit účinnost asi o 30%. Motor Corliss měl samostatné ventily a záhlaví pro vstupní a výfukovou páru, takže horká přívodní pára nikdy nekontaktovala výfukové otvory chladiče a ventily. Ventily působily rychle, což snížilo množství škrcení páry a vedlo k rychlejší reakci. Namísto ovládání škrticího ventilu, regulátor byl použit k nastavení časování ventilů, aby se uvolnila proměnná pára. Variabilní cut off byl zodpovědný za hlavní část zvýšení účinnosti motoru Corliss.
Jiné než Corliss měl alespoň část této myšlenky, včetně Zachariah Allen, který patentované variabilní odříznout, ale nedostatek poptávky, zvýšené náklady a složitost a špatně vyvinuté technologie obrábění zpoždění úvod do Corliss.
vysokorychlostní motor Porter-Allen (ca. 1862) provozoval trojnásobně až pětinásobně vyšší rychlost než ostatní motory podobné velikosti. Vyšší rychlost minimalizovala množství kondenzace ve válci, což vedlo ke zvýšení účinnosti.
složené motory přinesly další zlepšení účinnosti. V roce 1870 se na lodích používaly trojité expanzní motory. Složené motory umožnily lodím přepravovat méně uhlí než nákladní. Na některých lokomotivách byly použity složené motory, ale nebyly široce přijaty kvůli jejich mechanické složitosti.
velmi dobře navržená a postavená parní lokomotiva měla v době svého rozkvětu účinnost kolem 7-8%. Nejvíce efektivní pístové parní stroj design (na fázi), byl stejnosměrný motor, ale když se objevil steam byla posunuta o dieselové motory, které byly ještě efektivnější a měl výhodu, že vyžaduje méně práce pro zpracování uhlí a ropy, je více husté palivo, vysídlených méně nákladu.
Pomocí statistiky shromážděné v brzy 1940, Santa Fe Železnice měří efektivitu svého vozového parku parních lokomotiv ve srovnání s FT jednotek, které byly jen o uvedení do provozu ve významném množství. Zjistili, že náklady na tunu oleje používané palivo v parních lokomotiv byl $5.04 a dal 20.37 vlak mil systém široký v průměru. Motorová nafta stála 11,61 USD, ale vyrobila 133,13 mil za tunu. Ve skutečnosti, diesely běžel šestkrát, pokud parníky využívající palivo, které stojí jen dvakrát tolik. To bylo způsobeno mnohem lepší tepelnou účinností dieselových motorů ve srovnání s párou. Persumably vlaky používané jako milage standard byly 4,000 ton nákladní skládá, který byl normální tannage l (sic) v té době.
– Jim Valle, “ jak efektivní je parní stroj?“
Parní turbineEdit
parní turbína je nejvíce efektivní parní stroj a z tohoto důvodu je univerzálně použít na elektrické generace. Rozpínání páry v turbíně je téměř kontinuální, což činí turbínu srovnatelnou s velmi velkým počtem expanzních stupňů. Parní elektrárny pracující v kritickém bodě mají účinnost v nízkém rozsahu 40%. Turbíny produkují přímý rotační pohyb a jsou mnohem kompaktnější a váží mnohem méně než pístové motory a lze je ovládat na velmi konstantní rychlost. Stejně jako je tomu u plynové turbíny, parní turbína pracuje nejúčinněji při plném výkonu a špatně při pomalejších rychlostech. Z tohoto důvodu, navzdory jejich vysokému poměru výkonu k hmotnosti, parní turbíny byly primárně používány v aplikacích, kde mohou být provozovány konstantní rychlostí. Při výrobě střídavého proudu je pro udržení správné frekvence nutné udržovat extrémně konstantní otáčky turbíny.
Stirling enginesEdit
Stirlingova cyklu motoru má nejvyšší teoretickou účinnost jakéhokoliv tepelného motoru, ale to má nízkou výstupní poměr výkonu k hmotnosti, proto Stirling motory praktické velikosti mají tendenci být velké. Velikostní efekt Stirlingova motoru je způsoben jeho závislostí na expanzi plynu se zvýšením teploty a praktickými limity pracovní teploty součástí motoru. Pro ideální plyn, zvýšení jeho absolutní teploty pro daný objem, pouze se zvyšuje jeho tlak proporcionálně, tedy, kde je nízký tlak Stirlingův motor je atmosférický, jeho praktické rozdíl tlaku je omezen teplotní limity a je obvykle ne více, než je pár atmosfér, což píst tlaky Stirlingova motoru velmi nízká, proto poměrně velký píst oblasti jsou potřebné k získání užitečných výstupní výkon.