Động cơ hơi nước là động cơ nhiệt thực hiện công cơ học sử dụng hơi nước làm chất lỏng làm việc. Động cơ hơi nước sử dụng lực do áp suất hơi tạo ra để đẩy một pít-tông qua lại bên trong xi lanh.
Lực đẩy này có thể được biến đổi, nhờ một thanh nối và bánh đà, thành lực quay để làm việc. Thuật ngữ "động cơ hơi nước" thường chỉ được áp dụng cho động cơ pittông như vừa mô tả, không áp dụng cho tuabin hơi nước.
Động cơ hơi nước là động cơ đốt ngoài, nơi chất lỏng công tác được tách ra khỏi các sản phẩm cháy. Chu trình nhiệt động lực học lý tưởng được sử dụng để phân tích quá trình này được gọi là chu trình Rankine.
Trong cách sử dụng chung, thuật ngữ động cơ hơi nước có thể dùng để chỉ các nhà máy hơi nước hoàn chỉnh (bao gồm cả nồi hơi, v.v.), chẳng hạn như đầu máy hơi nước đường sắt và động cơ di động, hoặc có thể chỉ riêng máy móc piston hoặc tuabin, như trong động cơ chùm và động cơ tĩnh động cơ hơi nước.
Mặc dù các thiết bị chạy bằng hơi nước đã được biết đến sớm nhất là máy phun hơi nước vào thế kỷ đầu tiên sau Công nguyên, với một vài cách sử dụng khác được ghi nhận vào thế kỷ 16 và 17, Thomas Savery được coi là người phát minh ra thiết bị chạy bằng hơi nước đầu tiên được sử dụng thương mại, một máy bơm hơi. sử dụng áp suất hơi nước hoạt động trực tiếp trên mặt nước.
Động cơ thành công về mặt thương mại đầu tiên có thể truyền công suất liên tục cho một cỗ máy được phát triển vào năm 1712 bởi Thomas Newcomen. James Watt đã thực hiện một cải tiến quan trọng bằng cách loại bỏ hơi nước đã qua sử dụng đến một bình riêng để ngưng tụ, cải thiện đáng kể lượng công việc thu được trên một đơn vị nhiên liệu tiêu thụ.
Đến thế kỷ 19, động cơ hơi nước cố định đã cung cấp năng lượng cho các nhà máy của cuộc Cách mạng Công nghiệp. Động cơ hơi nước đã thay thế cánh buồm cho các con tàu chạy bằng hơi nước có mái chèo và đầu máy hơi nước hoạt động trên đường sắt.
Động cơ hơi nước kiểu pít-tông hồi lưu là nguồn năng lượng thống trị cho đến đầu thế kỷ 20 khi những tiến bộ trong thiết kế động cơ điện và động cơ đốt trong dẫn đến việc thay thế dần động cơ hơi nước trong sử dụng thương mại. Tua bin hơi nước đã thay thế động cơ pittông trong sản xuất điện, do chi phí thấp hơn, tốc độ vận hành cao hơn và hiệu suất cao hơn.
Trong động cơ hơi nước, hơi nước nóng, thường do lò hơi cung cấp, nở ra dưới áp suất, và một phần nhiệt năng được chuyển thành công. Phần nhiệt còn lại có thể được phép thoát ra ngoài, hoặc để động cơ đạt hiệu suất cao nhất, hơi nước có thể được ngưng tụ trong một thiết bị riêng biệt, một bình ngưng, ở nhiệt độ và áp suất tương đối thấp.
Để đạt hiệu quả cao, hơi nước phải rơi vào một khoảng nhiệt độ rộng do hệ quả của sự giãn nở của nó trong động cơ. Hiệu suất hiệu quả nhất, tức là sản lượng lớn nhất của công việc liên quan đến nhiệt cung cấp được đảm bảo bằng cách sử dụng nhiệt độ bình ngưng thấp và áp suất nồi hơi cao.
Hơi nước có thể được làm nóng thêm bằng cách đi qua bộ quá nhiệt trên đường từ lò hơi đến động cơ. Bộ quá nhiệt thông thường là một nhóm các ống song song với bề mặt của chúng tiếp xúc với khí nóng trong lò hơi.
Bằng phương tiện của bộ quá nhiệt, hơi nước có thể được làm nóng vượt quá nhiệt độ mà nó được tạo ra bằng nước sôi.
Trong động cơ pittông, kiểu pittông và xi lanh của động cơ hơi nước, hơi nước dưới áp suất được đưa vào xi lanh nhờ cơ cấu van. Khi hơi nước nở ra, nó sẽ đẩy pít-tông, thường được kết nối với một tay quay trên bánh đà để tạo ra chuyển động quay. Trong động cơ tác dụng kép, hơi từ lò hơi được nạp luân phiên vào mỗi bên của piston.
Trong động cơ hơi nước đơn giản, sự giãn nở của hơi nước chỉ diễn ra trong một xi lanh, trong khi trong động cơ hỗn hợp có hai hoặc nhiều xi lanh với kích thước tăng dần để hơi nước nở ra nhiều hơn và hiệu suất cao hơn; piston thứ nhất và nhỏ nhất được vận hành bởi hơi nước có áp suất cao ban đầu và piston thứ hai được vận hành bởi hơi nước có áp suất thấp hơn thoát ra từ piston thứ nhất.
Trong tuabin hơi, hơi nước được xả với vận tốc lớn qua các vòi phun và sau đó chảy qua một loạt các cánh quạt đứng yên và chuyển động, làm cho một cánh quạt chuyển động với tốc độ cao. Tua bin hơi nhỏ gọn hơn và thường cho phép nhiệt độ cao hơn và tỷ lệ giãn nở lớn hơn so với động cơ hơi nước kiểu pittông. Tua bin là phương tiện phổ biến được sử dụng để tạo ra một lượng lớn năng lượng điện bằng hơi nước.
Động cơ hơi nước được sử dụng trong tất cả các loại ứng dụng bao gồm
Phụ gia dầu động cơ là gì và nó có giá trị không?
Nguyên nhân và động cơ nào để quá nóng?
Crankcase là gì và nó có tác dụng gì?
Two Stroke Engine là gì? - Loại và hoạt động