스팀 engineEdit
을 참조하십시오 또한:증기 엔진#효율 참조:타임라인 증기의 전원
피스톤 engineEdit
증기 엔진 및 터빈 운영에 랭킨 주기 있는 최대 카르노의 효율성 63%를 위한 실용적인 엔진,증기 터빈 발전소를 달성할 수 있는 효율성에 중 40%범위에 있습니다.
증기 엔진의 효율은 주로 증기 온도와 압력 및 단계 또는 팽창 수와 관련이 있습니다. 증기 엔진의 효율은 작동 원리가 발견됨에 따라 향상되었으며,이로 인해 열역학 과학의 발전이 이루어졌습니다. 그래프 참조:증기 엔진 효율
에 초기 증기 엔진용의 보일러의 일부로 간주되었다. 오늘날 그들은 분리 된 것으로 간주되므로 명시된 효율이 보일러를 포함하는 전체적인지 아니면 단지 엔진인지를 알아야합니다.
초기 증기 엔진의 효율과 동력의 비교는 여러 가지 이유로 어렵습니다: 1)82~96 파운드(37~44kg)의 어느 곳에서나 될 수있는 석탄의 부셸에 대한 표준 중량은 없었습니다. 2)석탄에 대한 표준 난방 값이 없었으며 아마도 난방 값을 측정 할 방법이 없었을 것입니다. 석탄은 13,500BTU/파운드(31 메가 줄/kg)가 때때로 언급 된 오늘날의 증기 석탄보다 훨씬 높은 가열 값을 가졌습니다. 3)효율은”으로 보고 의무”,얼마나 많은 의미를 발 파운드(또는 뉴턴 미터)작품의 드는 물이 생산되었다,그러나 기계적인 펌핑 효율성이 알려져 있지 않습니다.
1710 년경 Thomas Newcomen 이 개발 한 최초의 피스톤 증기 엔진은 효율성이 0.5%(0.5%)를 약간 넘었습니다. 그것이 운영하는 증기는 근처에서 대기압에 그려진 실린더로드한 다음,응축에 의해 스프레이의 차가운 물은 증기 속으로 채워진 원통을 일으키는 부분에 진공 실린더 압력의 분위기를 드라이브의 피스톤니다. 를 사용하여 실린더로 선박에서는 응축 증기 또한 냉각되는 실린더,그래서 일부의 열에 들어오는 스팀에서는 다음 사이클에서 길을 잃었 온난화통을 줄이고,열효율도 높아졌습니다. John Smeaton 이 Newcomen 엔진에 대한 개선으로 효율성이 1%이상 증가했습니다.
제임스 와트는 몇 가지 개선하의 뉴 코멘 엔진,가장 중요한의 외부 콘덴서 방지하는,냉각 물 냉각에서 실린더. 와트의 엔진은 대기압보다 약간 위의 증기로 작동했습니다. 와트의 개선은 2.5 이상의 요인으로 효율성을 증가 시켰습니다.의 부족은 일반 기계적 능력 포함하여,숙련 된 기계,기계 도구,제조 방법,제한된 효율성의 실제적인 엔진과 그들의 디자인까지에 대한 1840.
더 높은 압력 엔진은 올리버 에반스(Oliver Evans)와 리차드 트레비 틱(Richard Trevithick)이 독립적으로 개발했습니다. 이러한 엔진이 매우 비효율적이지만 높은 힘 에 무게 비율할 수 있도록에 사용되는 전력을 공급하는 기관차와 보트입니다.
원심 주지사는 먼저 사용하여 와트를 유지하는 일정한 속도로 제한 입구는 증기는 낮은 압력의 손실의 결과 효율성 높음(상기 대기)압력 엔진이 있습니다. 나중에 제어 방법은이 압력 손실을 줄이거 나 제거했습니다.
Corliss 증기 엔진의 개선 된 밸브 메커니즘(특허. 1849)는 다양한 부하로 속도를 더 잘 조정할 수 있었고 효율은 약 30%증가했습니다. 에 거쳐 엔진했고 별도의 밸브 및 헤더에 대한 유입구와 배기 증기는 그렇게 뜨거운 피드 스팀지 않게 연락을 쿨러 배기 포트 및 밸브. 밸브는 빠른 작용으로 증기의 스로틀 링 양을 줄이고 더 빠른 응답을 가져 왔습니다. 스로틀 밸브를 작동시키는 대신,주지사는 밸브 타이밍을 조정하여 가변 증기 차단을 제공하는 데 사용되었습니다. 변수 차단은 Corliss 엔진의 효율 증가의 주요 부분을 담당했습니다.
다른 사람이기 전에 거쳐야 했의 적어도 일부 이 아이디어를 포함하여 사가랴 Allen,는 특허 받은 변수가 잘라지만 아직까지 부족한 수요의 증가 비용과 복잡성과 제대로 개발한 기계로 가공 기술 지연을 소개할 때까지 거쳐.
포터-알렌 고속 엔진(ca. 1862)는 다른 유사한 크기의 엔진의 3 배에서 5 배 속도로 작동했습니다. 속도가 높을수록 실린더의 응축 량이 최소화되어 효율성이 향상되었습니다.
복합 엔진은 효율성이 더욱 향상되었습니다. 1870 년대까지 3 중 확장 엔진이 선박에 사용되고있었습니다. 복합 엔진은 선박이화물보다 적은 석탄을 운반 할 수있게했습니다. 복합 엔진은 일부 기관차에 사용되었지만 기계적 복잡성 때문에 널리 채택되지 않았습니다.
매우 잘 설계되고 제작 된 증기 기관차는 전성기에 약 7-8%의 효율을 얻는 데 사용되었습니다. 가장 효율적인 보답하는 증기 엔진 설계(단계)었 uniflow 엔진,그러나 시간에 의해 나타나는 증기되고 있었다 난민에 의해 디젤 엔진에는 더 많은 효율적이며 이점이 있었다의 요구하는 보다 적게 노동에 대한 석탄 취급 및 오일,더 조밀한 연료,난민을 덜 화물입니다.
사용 통계 수집 중에 1940 년대 초반,산타페 철도 측정의 효율성이 자신의 차량의 증기기관차를 비교 피트와 함께 유닛 그들은 그냥 넣어 서비스에 상당한 숫자입니다. 그들은 결정되는 비용의 톤의 연료 오일에서 사용되는 증기기관이었$5.04 굴복 20.37 기차일 시스템입니다. 디젤 연료는 11.61 달러 였지만 톤당 133.13 열차 마일을 생산했습니다. 사실상 디젤은 두 배 밖에 들지 않는 연료를 이용하는 증기선보다 6 배나 뛰었습니다. 이것은 증기에 비해 디젤 엔진의 열효율이 훨씬 우수했기 때문입니다. 지속적으로 밀라 지 표준으로 사용 된 열차는 4,000 톤의화물이 그 당시 일반 tannage l(sic)인 것으로 구성되었습니다.
—Jim Valle,”증기 엔진은 얼마나 효율적입니까?”
스팀 turbineEdit
증기 터빈에서 가장 효율적인 증기 엔진 및 이러한 이유로 보편적으로 사용되는 전기를 위한 세대입니다. 터빈의 증기 팽창은 거의 연속적이어서 터빈을 매우 많은 수의 팽창 단계에 필적하게 만듭니다. 임계점에서 작동하는 스팀 발전소는 낮은 40%범위의 효율성을 가지고 있습니다. 터빈 생산하는 직접적인 회전하는 움직임과는 훨씬 더 조밀하고 체중보다 훨씬 적은 보답 엔진하고 제어할 수 있습니다 내에 일정한 속도이다. 으로 가스 터빈,증기 터빈 작동 가장 효율적으로 전체 전력에서,그리고 제대로 느린 속도입니다. 이러한 이유로,에도 불구하고 자신의 고 중량비 전력,증기 터빈에는 주로 사용되는 어플리케이션에서 실행할 수 있는 일정한 속도이다. AC 전기 생성에서 매우 일정한 터빈 속도를 유지하는 것은 올바른 주파수를 유지하는 데 필요합니다.
스털링 enginesEdit
스털링 사이클 엔진 가장 높은 이론적의 효율성이 어떤 열 엔진 하지만 그것은 낮은 출력하량 비율에 따라서 Stirling 엔진의 실제 크기가 큰 경향이있다. 크기의 영향을 Stirling 엔진 때문에 의존도의 확장 가스로 온도가 증가하고 실질적인에 대한 제한을 작동 온도 엔진의 구성 요소입니다. 에 대한 이상적인,가스,증가하는 절대온도에 대한된 볼륨을 증가의 압력에 비례적으로,따라서는 저압의 스털링 엔진은 대기,그것의 실제적인 압력 차이 제한에 의해 온도 제한은 일반적으로 몇 가지 이상의 분위기를 만들고,피스톤의 압력 Stirling 엔진 매우 낮은,그러므로 상대적으로 큰 피스톤 지역을 얻기 위해 필요한 유용한 출력.