Dampmotoredit
Se også: dampmotor#effektivitet Se også: tidslinje for dampkraft
Stempelmotoredit
dampmotorer og turbiner fungerer på Rankine-cyklussen, som har en maksimal Carnot-effektivitet på 63% for praktiske motorer, hvor dampturbinekraftværker er i stand til at opnå effektivitet i midten af 40% – området.
effektiviteten af dampmaskiner er primært relateret til damptemperaturen og trykket og antallet af trin eller udvidelser. Dampmotorens effektivitet blev forbedret, da driftsprincipperne blev opdaget, hvilket førte til udviklingen af termodynamikens videnskab. Se graf:Dampmaskinens effektivitet
i de tidligste dampmaskiner blev kedlen betragtet som en del af motoren. I dag betragtes de som separate, så det er nødvendigt at vide, om den angivne effektivitet er samlet, som inkluderer kedlen eller bare af motoren.
sammenligninger af effektivitet og effekt af de tidlige dampmaskiner er vanskelig af flere grunde: 1) der var ingen standardvægt for en bushel af kul, som kunne være hvor som helst fra 82 til 96 pund (37 Til 44 kg). 2) der var ingen standard opvarmning værdi for kul, og sandsynligvis ingen måde at måle opvarmning værdi. Kulene havde meget højere opvarmningsværdi end nutidens dampkul, med 13.500 BTU/Pund (31 megajoule/kg) undertiden nævnt. 3) effektivitet blev rapporteret som “pligt”, hvilket betyder, hvor mange fod pund (eller nye meter) af arbejde løftevand blev produceret, men den mekaniske pumpeeffektivitet er ikke kendt.
den første stempeldampmotor, udviklet af Thomas nyankomne omkring 1710, var lidt over en halv procent (0,5%) effektiv. Det fungerede med damp ved næsten atmosfærisk tryk trukket ind i cylinderen af belastningen og kondenseres derefter af en spray af koldt vand ind i den dampfyldte cylinder, hvilket forårsager et delvis vakuum i cylinderen og atmosfærens tryk for at drive stemplet ned. Brug af cylinderen som Kar til kondensering af dampen afkølede også cylinderen, så noget af varmen i den indkommende damp i den næste cyklus gik tabt ved opvarmning af cylinderen, hvilket reducerede den termiske effektivitet. Forbedringer foretaget af John Smeaton til den nye motor øgede effektiviteten til over 1%.den mest betydningsfulde var den eksterne kondensator, som forhindrede kølevandet i at afkøle cylinderen. Motoren drives med damp ved lidt over atmosfærisk tryk. Forbedringerne øgede effektiviteten med en faktor på over 2,5.Manglen på generel mekanisk evne, herunder dygtig mekanik, værktøjsmaskiner og fremstillingsmetoder, begrænsede effektiviteten af faktiske motorer og deres design indtil omkring 1840.motorer med højere tryk blev udviklet af Oliver Evans og uafhængigt af Richard Trevithick. Disse motorer var ikke særlig effektive, men havde et højt forhold mellem effekt og vægt, så de kunne bruges til at drive lokomotiver og både.centrifugalregulatoren, som først var blevet brugt af vand til at opretholde konstant hastighed, arbejdede ved at kvæle indløbsdampen, hvilket sænkede trykket, hvilket resulterede i et tab af effektivitet på de høje (over atmosfæriske) trykmotorer. Senere kontrolmetoder reducerede eller eliminerede dette tryktab.
den forbedrede ventilmekanisme i Corliss dampmotor (patenteret. 1849) var bedre i stand til at justere hastigheden med varierende belastning og øget effektivitet med omkring 30%. Corliss-motoren havde separate ventiler og overskrifter til indløbs-og udstødningsdampen, så den varme fødedamp kontaktede aldrig de køligere udstødningsporte og ventiler. Ventilerne var hurtigvirkende, hvilket reducerede mængden af gasspjæld af dampen og resulterede i hurtigere respons. I stedet for at betjene en gasspjældventil blev guvernøren brugt til at justere ventiltimingen for at give en variabel dampafskæring. Den variable afskæring var ansvarlig for en stor del af effektivitetsforøgelsen af Corliss-motoren.
andre før Corliss havde i det mindste en del af denne ide, herunder Allen, der patenterede variabel afskåret, men manglende efterspørgsel, øgede omkostninger og kompleksitet og dårligt udviklet bearbejdningsteknologi forsinkede introduktionen indtil Corliss.
Porter-Allen højhastighedsmotor (ca. 1862) drives med fra tre til fem gange hastigheden af andre lignende motorer. Den højere hastighed minimerede mængden af kondens i cylinderen, hvilket resulterede i øget effektivitet.
sammensatte motorer gav yderligere forbedringer i effektiviteten. I 1870 ‘ erne blev der brugt tredobbelte ekspansionsmotorer på skibe. Sammensatte motorer tillod Skibe at transportere mindre kul end fragt. Sammensatte motorer blev brugt på nogle lokomotiver, men blev ikke bredt vedtaget på grund af deres mekaniske kompleksitet.
et meget godt designet og bygget damplokomotiv bruges til at få omkring 7-8% effektivitet i sin storhedstid. Trin) var den ensartede motor, men da det så ud til, at damp blev fortrængt af dieselmotorer, som var endnu mere effektive og havde fordelen ved at kræve mindre arbejdskraft til kulhåndtering og olie, idet det var et mere tæt brændstof, forskudt mindre last.
Ved hjælp af statistikker indsamlet i begyndelsen af 1940 ‘ erne målte Santa Fe Railroad effektiviteten af deres flåde af damplokomotiver i sammenligning med FT-enhederne, som de netop tog i brug i betydeligt antal. De fastslog, at prisen på et ton oliebrændstof, der blev brugt i dampmaskiner, var $5,04 og gav i gennemsnit 20,37 tog miles system bredt. Dieselbrændstof kostede $ 11,61, men producerede 133,13 togmil pr. Faktisk kørte dieselmotorer seks gange så langt som dampskibe, der brugte brændstof, der kun kostede dobbelt så meget. Dette skyldtes den meget bedre termiske effektivitet af dieselmotorer sammenlignet med damp. Persumably togene anvendes som en milage standard var 4.000 ton fragt består som var den normale tannage l (sic) på det tidspunkt.
— Jim Valle, “hvor effektiv er en dampmaskine?”
Steam turbinedit
dampturbinen er den mest effektive dampmotor og bruges derfor universelt til elektrisk produktion. Dampudvidelse i en turbine er næsten kontinuerlig, hvilket gør en turbine sammenlignelig med et meget stort antal ekspansionstrin. Dampkraftværker, der opererer på det kritiske punkt, har effektivitet i det lave 40% interval. Turbiner producerer direkte roterende bevægelse og er langt mere kompakte og vejer langt mindre end frem-og tilbagegående motorer og kan styres til inden for en meget konstant hastighed. Som det er tilfældet med gasturbinen, fungerer dampturbinen mest effektivt ved fuld effekt og dårligt ved langsommere hastigheder. Af denne grund er dampturbiner på trods af deres høje effekt / vægtforhold primært blevet brugt i applikationer, hvor de kan køres med konstant hastighed. I AC elektrisk produktion er det nødvendigt at opretholde en ekstremt konstant turbinehastighed for at opretholde den korrekte frekvens.
Stirling enginesEdit
Stirling-cyklusmotoren har den højeste teoretiske effektivitet af enhver termisk motor, men den har et lavt udgangseffekt / vægtforhold, derfor har Stirling-motorer af praktisk størrelse tendens til at være store. Størrelseseffekten af Stirling-motoren skyldes dens afhængighed af udvidelsen af en gas med en stigning i temperatur og praktiske grænser for motorkomponenternes arbejdstemperatur. For en ideel gas øger dens absolutte temperatur for et givet volumen kun sit tryk proportionalt, derfor, hvor Stirling-motorens lave tryk er atmosfærisk, er dens praktiske trykforskel begrænset af temperaturgrænser og er typisk ikke mere end et par atmosfærer, hvilket gør Stirling-motorens stempeltryk meget lavt, hvorfor der kræves relativt store stempelområder for at opnå nyttig udgangseffekt.