Wie funktionieren Dampfmaschinen?

Erhitzen Sie Wasser auf seinen Siedepunkt und es verwandelt sich von einer Flüssigkeit in das Gas oder den Wasserdampf, den wir als Dampf kennen. Wenn Wasser zu Dampf wird, steigt sein Volumen um das 1.600-fache. Diese Expansion ist voller Energie.

Ein Motor ist eine Maschine, die Energie in mechanische Kraft oder Bewegung umwandelt, die Kolben und Räder drehen kann. Der Zweck eines Motors ist es, Leistung zu liefern, eine Dampfmaschine liefert mechanische Leistung unter Verwendung der Energie von Dampf.

Dampfmaschinen waren die ersten erfolgreichen Motoren, die erfunden wurden und die treibende Kraft hinter der industriellen Revolution waren. Sie wurden verwendet, um die ersten Züge, Schiffe, Fabriken und sogar Autos anzutreiben. Und während Dampfmaschinen in der Vergangenheit definitiv wichtig waren, haben sie jetzt auch eine neue Zukunft, um uns mit Strom aus geothermischen Energiequellen zu versorgen.

Wie Dampfmaschinen arbeiten

Um eine grundlegende Dampfmaschine zu verstehen, nehmen wir das Beispiel einer Dampfmaschine, die in einer alten Dampflokomotive wie der abgebildeten zu finden ist. Die Basisteile der Dampfmaschine in einer Lokomotive wären ein Kessel, ein Schieber, ein Zylinder, ein Dampfbehälter, ein Kolben und ein Antriebsrad.

Im Kessel würde es einen Feuerraum geben, in den Kohle geschaufelt würde. Die Kohle würde bei einer sehr hohen Temperatur brennen und zum Erhitzen des Kessels zum Kochen von Wasser unter Erzeugung von Hochdruckdampf verwendet. Der Hochdruckdampf expandiert und verlässt den Kessel über Dampfleitungen in den Dampfbehälter. Der Dampf wird dann durch einen Schieber gesteuert, um sich in einen Zylinder zu bewegen, um den Kolben zu drücken. Der Druck der Dampfenergie, die auf den Kolben drückt, dreht das Antriebsrad im Kreis und erzeugt eine Bewegung für die Lokomotive.

Geschichte der Dampfmaschinen

Der Mensch ist sich seit Jahrhunderten der Kraft des Dampfes bewusst. Der griechische Ingenieur Hero of Alexandria (um 100 n. Chr.) Experimentierte mit Dampf und erfand die Aeolipile, die erste, aber sehr grobe Dampfmaschine. Das Aeolipil war eine Metallkugel, die auf einem kochenden Wasserkocher montiert war. Der Dampf strömte durch Rohre zur Kugel. Zwei L-förmige Röhren an gegenüberliegenden Seiten der Kugel gaben den Dampf ab, der der Kugel einen Schub verlieh, der sie zum Drehen brachte. Hero erkannte jedoch nie das Potenzial der Aeolipile und es sollte Jahrhunderte dauern, bis eine praktische Dampfmaschine erfunden wurde.

Der englische Ingenieur Thomas Savery ließ 1698 die erste Rohdampfmaschine patentieren. Savery pumpte mit seiner Erfindung Wasser aus einer Kohlenmine. Der englische Ingenieur und Schmied Thomas Newcomen erfand 1712 die atmosphärische Dampfmaschine. Der Zweck der Newcomen-Dampfmaschine bestand auch darin, Wasser aus Minen zu entfernen. James Watt, ein schottischer Ingenieur, begann 1765 mit dem Studium der Dampfmaschine von Thomas Newcomen und erfand eine verbesserte Version. Es war Watt's Motor, der als erster eine Drehbewegung ausführte. Das Design von James Watt war erfolgreich und der Einsatz von Dampfmaschinen wurde weit verbreitet.

Dampfmaschinen hatten einen tiefgreifenden Einfluss auf die Geschichte des Transportwesens. Ende des 18. Jahrhunderts erkannten die Erfinder, dass Dampfmaschinen Boote antreiben konnten, und das erste kommerziell erfolgreiche Dampfschiff wurde von George Stephenson erfunden. Nach 1900 begannen Benzin- und Dieselverbrennungsmotoren, die Dampfkolbenmotoren zu ersetzen. In den letzten zwanzig Jahren sind jedoch wieder Dampfmaschinen aufgetaucht.

Dampfmaschinen heute

Es mag überraschen, dass 95 Prozent der Kernkraftwerke Dampfmaschinen zur Stromerzeugung einsetzen. Ja, die radioaktiven Brennstäbe in einem Kernkraftwerk werden wie Kohle in einer Dampflok zum Kochen von Wasser und zur Erzeugung von Dampfenergie verwendet. Die Entsorgung abgebrannter radioaktiver Brennstäbe, die Anfälligkeit der Kernkraftwerke für Erdbeben und andere Probleme birgt jedoch ein großes Risiko für die Öffentlichkeit und die Umwelt.

Geothermie ist Strom, der mit Dampf erzeugt wird, der durch Wärme erzeugt wird, die aus dem geschmolzenen Erdkern austritt. Geothermische Kraftwerke sind eine relativ umweltfreundliche Technologie. Kaldara Green Energy, ein norwegisch / isländischer Hersteller von Anlagen zur Erzeugung von geothermischer Elektrizität, war der wichtigste Innovator auf diesem Gebiet.

Solarthermische Kraftwerke können zur Stromerzeugung auch Dampfturbinen einsetzen.