Свойства водяного пара остаются сегодня для человека основным источником энергии.

Прогресс в разработке электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания постепенно привел поршневые паровые двигатели к их коммерческому использованию, а паровые турбины к господству в энергетике.

Как свойства водяного пара использует Паровой двигатель

Свойства водяного пара, которые человек использует в механизмах, называются термодинамическими. Паровая машина представляет собой тепловую машину, которая выполняет механическую работу, используя водяной пар в качестве рабочей жидкости. Солнечная, атомная и геотермальная энергетика также используют водяной пар в качестве рабочего тела.

Где человек использует свойства водяного пара?

Есть Паровые двигатели внешнего сгорания, где рабочая жидкость существует отдельно от продуктов сгорания. Вода превращается в пар в котле и достигает высокого давления. За счет расширения поршня или турбины производится механическая работа. Затем, при снижении давления, пар выбрасывается в атмосферу или конденсируется, и закачивается обратно в котел. Идеальный термодинамический цикл называется циклом Ренкина.

Идея использовать кипящую воду, чтобы произвести механическое движение, имеет очень долгую историю, начинается она, примерно, 2000 лет назад. Ранние устройства не производили электроэнергии, но производили полезную мощность, и стали основным источником механической энергии за последние 300 лет, начиная с приложений для удаления воды из шахт с использованием вакуумной системы.

Последующие события дали широкий спектр в машиностроении, где водяной пар под давлением преобразуется в линейное вращательное движение. Эти двигатели могут быть расположены в любом месте, где водяные колеса или мельницы не могли быть использованы. Примечательно, что этот источник питания позже будет применяться к транспортным средствам, например, для тракторов и железнодорожных локомотивов. Паровой двигатель был одним из важнейших компонентов промышленной революции, обеспечивая тяговую силу для современного массового производства.

Современные паровые турбины вырабатывают около 90% электроэнергии в США, с использованием различных источников тепла. В общем понимании, «паровая машина» , как термин, относиться к производству пара. Двигатель использует энергию пара для механической работы.

Водяной пар в Истории паровой машины

Двигатель aeolipile описывает греческий математик Герон Александрийский (первый век до нашей эры). В последующие века, несколько паровых двигателей стали известными, по существу, как экспериментальные устройства, используемые изобретателями, чтобы продемонстрировать свойства пара . Элементарная паровая турбина, как устройство, была описана Таки аль-Дин в 1551 году и Джованни Бранка в 1629 году. Денис Папин, беженцев гугенотов, воплотил эту полезную идею на паровом автоклаве в 1679 году, и впервые использовал поршень в 1690 году.

Первым практическим паровым «двигателем» был водяной насос, разработанный в 1698 г. Томасом Savery . Он использовал вакуум, чтобы поднять воду снизу, но использовал давление пара, чтобы поднять ее выше. Малые двигатели были эффективными, а вот более крупные модели стали проблематичными. Они показали, что у них ограниченная высота подъема, и они были склонны к взрывам котлов.

Первый коммерчески успешный двигатель был — атмосферный двигатель , изобретенный Томасом Ньюкомена около 1712 года. Это сделало возможным использование технологий Savery и Папен. Двигатель Ньюкомена был относительно неэффективным, и, в большинстве случаев, использовался для откачки воды. Он работал, создавая частичный вакуум путем конденсации пара в цилиндр. Он был использован для слива горных выработок на глубине, а также для обеспечения многоразового водоснабжения для привода водяных колес на заводах, расположенных вдали от подходящего источника. Гидрологический цикл — вода закачивалась обратно в водохранилище выше колеса.

В 1720 году Яков Leupold построил двухцилиндровый двигатель с высоким давлением пара. Изобретение было опубликована в его основной работе «театральных Machinarum Hydraulicarum». Двигатель использовал два свинцово-взвешенный поршня, обеспечивая постоянное движение водяного насоса. Каждый поршень был поднят давлением пара и возвращался в исходное положение под действием силы тяжести. Два поршня имели общий четырех ходовой поворотный клапан, который подключался непосредственно к паровому котлу.

Jacob Leupold Паровой двигатель 1720. Следующий важный шаг произошел, когда Джеймс Уатт разработал (1763-75) улучшенную версию двигателя Ньюкомена, с отдельным конденсатором. Двигатель Уатта использовал на 75% меньше угля, чем Ньюкомена, и был, следовательно, гораздо дешевле в эксплуатации. В дальнейшей разработке своего двигателя, он, изменяя его, обеспечил вращательное движение для вождения машины завода. Это позволило заводам быть расположенными вдали от рек, а в дальнейшем ускорить темпы промышленной революции.

Ньюкомена и Уатта двигатели были «атмосферными», что означает, что они использовали вакуум порожденные конденсации пара, а не давление расширения пара. Баллоны должны были быть большими, так как использовалась только сила, действующего на них атмосферного давления. Пар используется только для создания частичного вакуума, будучи конденсируемым, он позволяет атмосферному давлению вернуть поршень в исходное положение.

Около 1800 г. Ричард Тревитик и отдельно Оливер Эванс (1801) ввел двигатель, работающих под высоким давлением пара. Они были намного мощнее, чем предыдущие двигатели и был достаточно малыми для транспортных приложений. После этого, технологические изменения и улучшения в технологии изготовления (частично вызванные принятием паровой машины в качестве источника питания), привело к разработке более экономичных двигателей, которые могли быть и меньше, и быстрее, и мощнее, в зависимости от предполагаемого применения.

Последний крупный шаг эволюции для парового двигателя был переход от поршня к турбинам, начиная с ранних лет 20-го века. Турбины более эффективны, чем поршни, имеют меньше движущихся частей, а также обеспечивают вращательное движение непосредственно, а не через шатун системы или аналогичные средства.

В современной жизни применение пара играет большую роль. В повседневной жизни мы часто используем системы, которые работают на использовании водяного пара. Сегодня многие пользуются паровыми утюгами, пароварками, паровыми пылесосами, паровыми кабинами, паровой отопительной системой и даже паровыми двигателями. Как видите, пар имеет широкий спектр использования.

Так, например, паровой утюг, помимо функции глажки белья обладает еще функциями отпаривания и дезинфекции (как у ручного отпаривателя для одежды). С помощью подающего под высоким давлением пара можно легко и быстро удалить микробы, застиранности и застарелые запахи. Кроме того, пар способствует восстановлению структуры ткани.

В кулинарии пар используется для приготовления вкусной еды, в которой при этом сохраняются необходимые витамины, микроэлементы и минералы.

В области уборки пар тоже играет немаловажную роль. С помощью пароочистителей можно легко и быстро удалить любую грязь и пятна, а также провести полную дезинфекцию обрабатываемых поверхностей.

Также, сегодня многие пользуются дома паровыми кабинами (современные паровые бани) и увлажнителями воздуха, принцип работы которых тоже основывается на использовании водяного пара.

Не являются исключением и паровые гладильные системы. Основываясь на действии пара, это гладильное оборудование способно быстро и эффективно разгладить огромное количество белья и одежды. Подобного рода гладильные системы выпускают известные компании Karcher, Заубер и Sofia Lux. Данные производители разработали самые разнообразные паровые гладильные системы. Среди них следует выделить такие модели, как: паровая гладильная система Karcher SC 4 Iron Kit с утюгом, паровая гладильная система SOFIA LUX, гладильная система RC-037, гладильная система RC-390A и другие.

Данные паровые гладильные системы являются многофункциональными. Они и гладят, и очищают одежду от микробов, и удаляют застарелые запахи, и восстанавливают структуру тканей. Кроме того, благодаря особому дизайну, эти системы очень удобны в применении. Они не занимают много места.

Купив одну из гладильных систем Karcher, Zauber или Sofia Lux, Вы навсегда забудете о проблемах глажки белья и одежды!

Пар — это очень важный энергоноситель, который находит широкое применение в разных отраслях промышленности.

Универсальные свойства водяного пара давно и хорошо известны. Это один из самых теплоемких, и наиболее доступных экологически чистых веществ в природе.

Это самый эффективный инструмент для быстрой растопки льда или снега, для производства дезинфекции, для разморозки труб, и очистки поверхностей.

Парогенераторы нашли широкое применение в не только в коммунальном хозяйстве, на строительных площадках, и сервисном обслуживании или ремонте подземных коммуникаций, но и нефти — газодобычи и в других областях промышленности и народного хозяйства.

Благодаря своим компактным размерам и простой конструкции мобильные парогенераторы зачастую используются также в качестве источника пара для технологических нужд на производственных предприятиях.

Применение пара в промышленности

Пар как теплоноситель. Наиболее часто пар используется в качестве теплоносителя. Вызвано это тем, что процесс фазового перехода «вода — пар» требует очень большого количества энергии. Соответственно, и обратный процесс — конденсация — протекает с выделением большого количества энергии.

Таким образом, пар очень удобно использовать для отопления помещений, нагрева различного рода сред, химических реакторов, процессов варки и т.п. Вот некоторые наиболее характерные примеры применения пара: паровые рубашки автоклавов и реакторов, разогрев «смерзающихся» материалов, теплообменники, отопительные котлы и системы и д.р. В других случаях нужен непосредственный контакт пара с разогреваемой средой. Это может быть необходимо при пропарке бетонных изделий, продукции легкой промышленности, при использовании пара в качестве греющей среды в особого рода теплообменниках. Пар используется не только как необходимый агент в различных технологических процессах. Часто потребность в нем возникает сезонно. Известно, что при понижении температуры многие вязкие среды, например, мазут, масло, патока, различные химические вещества настолько теряют свойство текучести, что их перемещение и транспортировка практически не осуществимы. Паровой разогрев емкостей и трубопроводов признан самым оптимальным способом разрешения подобных проблем. При непосредственном контакте пар весьма эффективен в качестве «увлажнителя». Он применяется для пропарки древесины, комбикорма, изделий легкой промышленности, в различных технологических процессах, требующих одновременно нагрева и увлажнения. Насыщенный водяной пар используется в следующих случаях: в строительной отрасли и коммунальном хозяйстве — для предотвращения смерзания в бункерах инертных веществ (например, песка или гравия), разогрева вязких сред — масла, мазута; в производстве железобетонных изделий, фанеры; в кондитерском, консервном и ином пищевом производстве; в химической и парфюмерной промышленности; в деревообрабатывающих производствах; для стерилизации и дезинфекции, например, стеклянных бутылок при производстве пива; в сельскохозяйственном производстве.

Парогенераторы оказались незаменимыми и надёжными помощниками в различных отраслях пищевой промышленности:

  • · у кондитеров, при производстве или варке различных кондитерских масс, которые нагревают в варочных котлах подачей пара в паровые рубашки этих котлов;
  • · в хлебопекарной промышленности, пар применяют при расстойке теста, и для придания глянца бараночным изделиям;
  • · в мясоперерабатывающей промышленности, для дефростации рыбы и мяса, или варка колбасных изделий в варочных камерах;
  • · в производстве пива, сока, прохладительных напитков и различных консервов;
  • · в молочной промышленности, для стерилизации молока, варки творожной массы, сгущенного молока для очистки и стерилизации технологического оборудования молокозаводов.
  • · во время проведения санитарных обработок на предприятиях пищевой промышленности;

В строительстве и в производстве строительных материалов:

  • · при пропарки железобетонных изделий после заливки, при изготовления пенополистирола , полистиролбетона и гофрокартона;
  • · для очистки стройплощадок от снега и льда, для заливки бетоном и дальнейшего подогрева этой массы;
  • · для подогрева битума;
  • · в производстве товарного бетона, для прогрева щебня и песка;
  • · в деревообрабатывающей промышленности
  • · в табачной промышленности, для увлажнения воздуха в производственных цехах;
  • · в металлургической промышленности, для обеспечения технологических процессов;
  • · в фармацевтической, химической и косметической отраслях;
  • · у нефтяников, для различных нужд на нефте-буровых установках.
  • · у связистов и коммунальщиков, для быстрого оттаивания колодцев и коммуникаций;
  • · при разгрузке мазута и других густых ГСМ для их разогрева и пропарке емкостей.

Использование пара в промышленности далеко не единственный способ его применения. Очень часто возникает потребность в так называемом «сезонном паре». Это связано с тем, что физические свойства многих веществ существенно изменяются с понижением температуры. Особенно остро на температуру окружающей среды реагируют разнообразные вязкие вещества: мазуты, сливочное и растительное масло, разнообразные хим. вещества, существенно уменьшающиеся в объеме при понижении температуры. В таких случаях самым эффективным способом справиться с возникающими сезонными трудностями, является использование генераторов пара с целью подогрева емкостей и трубопроводов.

Пар с прямым контактом успешно применяется в качестве эффективного увлажнителя. Например, такая методика используется для пропаривания леса, изделий легкой промышленности, кормов, в процессах, которые требуют наличия повышенной влажности.

Применение пара в быту

Водяной пар так сильно вошел в нашу действительность, что сейчас очень сложно предположить себе нашу жизнь без него.

Лишь задумайтесь, насколько часто, практически каждый день, мы используем устройства, действие которых основывается на применении водяного пара.

Как сегодня человек может прожить в отсутствии таких предметов как, к примеру, электроутюг с функцией пара, или же пароварка. Пар или его сила применяется кругом, тот же паропылесос, или системы отопления, или паровая кабинка, заменяющая в наш век традиционную баню, или же паровой двигатель.

К примеру сказать, утюг. Его главное назначение — проглаживать одежду, однако в наше время люди нашли ему и другое применение. С помощью пара, имея в своем распоряжении только утюг, можно осуществлять такие операции, как: устранение застиранности, уничтожение неприятных запахов, реставрация формы вещей, в том числе и уход за обувью. Хотя в этом случае, нужно подметить, что это уже не просто утюг, а целая паровая гладильная система.

Если мы воспользуемся паром в кулинарии, то сможем не только приготовить аппетитный обед, но и сберечь в нем все полезные витамины, минералы и микроэлементы.

Если затронуть уборку комнат, тогда нужно упомянуть тот факт, что использование пара в этой сфере позволяет не только сражаться с грязью, но и проводить дезинфекцию, убивая бактерии и вредные микроорганизмы.

В наши дни все больше получают распространение такое оборудование как паровые кабины — современный вариант бани в обычной квартире.

Очень часто мы пользуемся у себя дома очистителем/увлажнителем воздуха, функционирование которого тоже базируется на применении водяного пара.

Все эти устройства и приспособления, применяемые нами ежедневно, помогают понять, на сколько важен в нашем быту, обычный пар.