Machine ?? vapeur
?? propos de ce ??coles s??lection Wikipedia
Cette s??lection de wikipedia a ??t?? choisi par des b??n??voles aidant les enfants SOS de Wikipedia pour cette s??lection Wikipedia pour les ??coles. Cliquez ici pour en savoir plus sur le parrainage d'enfants.
Un moteur ?? vapeur est une moteur thermique qui effectue un travail m??canique ?? l'aide la vapeur comme son fluide de travail.
Utilisation de l'eau bouillante pour produire le mouvement m??canique remonte ?? environ 2000 ann??es, mais les premiers appareils ne ??taient pas pratique. Depuis la fin des ann??es 1700 les machines ?? vapeur sont devenus une source importante de la puissance m??canique. Les premi??res applications ont ??t?? Retirer l'eau de mines. En 1781, James Watt brevet?? un moteur ?? vapeur qui produit mouvement de rotation continue. Ces moteurs de 10HP permis une large gamme de machines de fabrication pour ??tre aliment??. Les moteurs peuvent ??tre situ??s ne importe o?? que l'eau et le charbon ou le bois de chauffage pourraient ??tre obtenus. En un si??cle, en 1883, les moteurs qui pourraient fournir 10 000 hp ??taient r??alisables. moteurs ?? vapeur pourraient ??galement ??tre appliqu??es aux v??hicules tels que les moteurs de traction et la locomotives de chemin de fer qui sont commun??ment appel??s simplement des machines ?? vapeur ext??rieur de l'Am??rique. La machine ?? vapeur fixe ??tait un ??l??ment important de la r??volution industrielle , surmonter les limitations impos??es par la p??nurie de sites appropri??s pour des usines d'eau et permettant de localiser les usines o?? le pouvoir de l'eau ne ??tait pas disponible.
Aujourd'hui turbines ?? vapeur produisent environ 90% de la l'??nergie ??lectrique aux Etats-Unis en utilisant une vari??t?? de sources de chaleur.
moteurs ?? vapeur sont des moteurs ?? combustion externe, o?? le fluide de travail est s??par?? des produits de combustion. Des sources de chaleur autres que la combustion tels que l'??nergie solaire, l'??nergie nucl??aire ou l'??nergie g??othermique peut ??tre utilis??. Le cycle thermodynamique id??al utilis?? pour analyser ce processus est appel?? la Cycle de Rankine. Dans l'eau du cycle est chauff?? en vapeur dans une chaudi??re jusqu'?? ce qu'il atteigne une pression ??lev??e. Lorsque ??largi gr??ce ?? pistons ou des turbines, travail m??canique est fait. La vapeur ?? pression r??duite est ensuite condens??e et pomp??e dans la chaudi??re.
Dans l'usage g??n??ral, la machine ?? vapeur de terme peut d??signer soit les centrales ?? vapeur int??gr??s (y compris les chaudi??res etc.) tels que chemin de fer locomotives ?? vapeur et moteurs portables, ou peuvent se r??f??rer ?? la machine ?? piston ou ?? turbine seul, comme dans le Moteur faisceau et machine ?? vapeur fixe. Dispositifs sp??cialis??s tels que marteaux ?? vapeur et de la vapeur sonnettes sont tributaires de la vapeur fournie ?? partir d'un s??par??e chaudi??re.
Histoire
Depuis le d??but du 18e si??cle, la puissance de la vapeur a ??t?? appliqu??e ?? une vari??t?? d'utilisations pratiques. Au d??but, il a ??t?? appliqu?? aux pompes ?? pistons, mais des machines rotatives ann??es 1780 (ce est ?? dire ceux conversion un mouvement alternatif en mouvement rotatif) ont commenc?? ?? appara??tre, la conduite de machinerie d'usine tels que filature et mules m??tiers ?? tisser m??caniques. Au tournant du 19e si??cle, le transport de vapeur ?? la fois sur terre et sur mer a commenc?? ?? faire son apparition devenir de plus en plus dominante au cours du si??cle.
moteurs ?? vapeur peut ??tre dit avoir ??t?? la force motrice derri??re la r??volution industrielle et a vu l'utilisation commerciale ?? grande ??chelle des machines dans les usines, les usines et les mines de conduire; alimentation les stations de pompage; et propulser des appareils de transport tels que les locomotives, les navires et les v??hicules routiers. Leur utilisation dans l'agriculture a conduit ?? une augmentation de la surface disponible pour la culture.
Le poids des chaudi??res et des condenseurs fait g??n??ralement rapport puissance-poids d'une centrale thermique ?? vapeur plus faible que pour moteurs ?? combustion interne. Pour les applications mobiles de la vapeur a ??t?? largement remplac??e par les moteurs ?? combustion interne ou moteurs ??lectriques. Cependant, la plupart d'??nergie ??lectrique est g??n??r?? en utilisant la vapeur installation de turbine, de sorte que indirectement l'industrie du monde est encore d??pendant de la puissance de la vapeur . Les r??centes pr??occupations au sujet des sources de carburant et la pollution ont incit?? un regain d'int??r??t dans la vapeur ?? la fois comme une composante de processus de cog??n??ration et comme un motrice. Ce est de plus connu sous le nom Mouvement de vapeur avanc??e.
Les premi??res exp??riences
L'histoire de la machine ?? vapeur remonte aussi loin que le premier si??cle de notre ??re; la machine ?? vapeur rudimentaire premi??re enregistr??e ??tant la aeolipile d??crit par Math??maticien grec H??ron d'Alexandrie. Dans les si??cles suivants, les quelques ??moteurs?? ?? vapeur ??taient connus, comme le aeolipile, dispositifs exp??rimentaux utilis??s essentiellement par les inventeurs pour d??montrer les propri??t??s de vapeur. Un rudimentaire Dispositif de turbine ?? vapeur a ??t?? d??crit par Taqi al-Din en 1551 et en Giovanni Branca en 1629. Jer??nimo de Ayanz y Beaumont re??u brevets en 1606 pour cinquante vapeur aliment?? inventions, notamment une pompe ?? eau pour drainer mines inond??es. Denis Papin, un r??fugi?? huguenot, a fait un travail utile sur le vapeur digesteur en 1679, et d'abord utilis?? un piston de soulever des poids en 1690.
moteurs de pompage
Le premier dispositif ?? vapeur commercial a ??t?? une pompe ?? eau, d??velopp?? en 1698 par Thomas Savery. Il a utilis?? un vide pour ??lever l'eau par le bas, puis utilis?? pression de vapeur de l'??lever plus haut. Petits moteurs ??taient efficaces si grands mod??les ??taient probl??matiques. Ils ont prouv?? que d'avoir une hauteur de lev??e limit??e et ??taient sujettes ?? explosions de chaudi??res. Il a re??u une certaine utilisation dans les mines, stations de pompage et pour fournir les roues d'eau utilis??es pour machines puissance de textile. Une caract??ristique int??ressante du moteur Savery ??tait son faible co??t. Il a continu?? ?? ??tre fabriqu??s jusqu'?? la fin du 18e si??cle. Un moteur ??tait encore connu ?? fonctionner en 1820.
Le premier moteur v??ritable succ??s commercial est le moteur atmosph??rique, invent?? par Thomas Newcomen autour de 1712. Il a fait usage de technologies d??couverts par Savery et Papin. Le moteur de Newcomen ??tait relativement inefficace, et dans la plupart des cas a ??t?? utilis?? pour pomper l'eau. Il travaille en cr??ant un vide partiel par condensation de vapeur sous un piston dans un cylindre. Il a ??t?? employ?? pour drainer chantiers miniers ?? des profondeurs jusqu'alors impossibles, et aussi pour assurer un approvisionnement en eau r??utilisable pour la conduite roues hydrauliques dans les usines situ??es loin de la "t??te" appropri??. L'eau qui se ??tait pass?? sur la roue a ??t?? pomp?? remonter dans un r??servoir de stockage dessus de la roue.
En 1720, Jacob Leupold d??crit un moteur ?? vapeur haute pression ?? deux cylindres. L'invention a ??t?? publi??e dans son ??uvre majeure ??Theatri Machinarum Hydraulicarum". Le moteur utilis?? deux pistons de plomb pond??r??e fournissant un mouvement continu ?? une pompe ?? eau. Chaque piston a ??t?? soulev?? par la pression de vapeur et est retourn?? ?? sa position d'origine par gravit??. Les deux pistons ont partag?? une vanne rotative ?? quatre voies commune connect??e directement ?? une chaudi??re ?? vapeur.
La prochaine ??tape importante se est produite lorsque James Watt d??velopp?? (1763-1775) une version am??lior??e du moteur de Newcomen, avec un condenseur s??par??. Boulton et d??but des moteurs de Watt moiti?? utilis?? autant de charbon que Version am??lior??e de John Smeaton de Newcomen de. Newcomen et au d??but des moteurs de Watt ??taient ??atmosph??rique??. Ils ont ??t?? aliment??s par la pression de l'air en poussant un piston dans la partielle vide g??n??r?? par condenser la vapeur, ?? la place de la pression de la vapeur en expansion. Le moteur cylindres devaient ??tre grande parce que la seule force utilisable agir sur eux ??tait d?? ?? pression atmosph??rique.
Watt a proc??d?? ?? d??velopper son moteur plus loin, le modifier pour fournir un mouvement rotatif apte ?? entra??ner les machines de l'usine. Cette usines permis d'??tre situ??s loin des rivi??res, et encore acc??l??r?? le rythme de la r??volution industrielle.
Vers 1800 Richard Trevithick et, s??par??ment, Oliver Evans en 1801 introduit motrices utilisant la vapeur ?? haute pression; Trevithick obtenu son brevet de moteur ?? haute pression en 1802. Ceux-ci ??taient beaucoup plus puissant pour une taille de cylindre donn?? que les moteurs pr??c??dents et pourraient ??tre assez petit pour les applications de transport. Par la suite, les d??veloppements technologiques et l'am??lioration des techniques de fabrication (en partie provoqu??e par l'adoption de la machine ?? vapeur comme source d'??nergie) ont abouti ?? la conception de moteurs plus efficaces qui pourraient ??tre plus petit, plus rapide ou plus puissante, en fonction de l'application vis??e.
Le Cornish moteur a ??t?? d??velopp?? par Trevithick et d'autres dans les ann??es 1810. Ce ??tait un moteur ?? cycle compos?? utilis?? vapeur ?? haute pression expansive, ensuite condens?? du vapeur ?? basse pression, ce qui rend relativement efficace. Le moteur avait Cornish mouvement irr??gulier et le couple si le cycle, ce qui limite principalement pour le pompage. Machines de Cornouailles ont ??t?? utilis??s dans les mines et pour l'approvisionnement en eau jusqu'?? la fin du 19e si??cle.
Moteur stationnaire horizontale
Le Machine ?? vapeur Corliss, un moteur ?? contre-courant ?? quatre soupapes avec admission de vapeur s??par?? et soupapes d'??chappement et de la vapeur variable automatique coup??, a ??t?? appel?? l'avanc??e la plus significative dans le moteur de la vapeur depuis que James Watt. En plus d'utiliser moins de vapeur de 30% a fourni vitesse plus uniforme, ce qui rend bien adapt?? ?? la fabrication, notamment la filature du coton.
Moteurs marins
Pr??s de la fin des moteurs 19e compos??s si??cle est entr?? en usage r??pandu. moteurs de compos??s ??puis??s vapeur pour successivement des bouteilles plus grandes pour accueillir les volumes plus ??lev??s ?? des pressions r??duites, donnant une meilleure efficacit??. Ces ??tapes ont ??t?? appel??s extensions, avec des moteurs doubles et triples expansion ??tant commune, en particulier dans le transport maritime o?? l'efficacit?? ??tait important de r??duire le poids du charbon transport??.
moteurs ?? vapeur sont rest??s la principale source d'alimentation jusqu'?? ce que le d??but du 20e si??cle, o?? les progr??s dans la conception de des moteurs ??lectriques et moteurs ?? combustion interne ont entra??n?? progressivement dans le remplacement des moteurs alternatifs (piston) de vapeur ?? usage commercial, et l'ascendant de turbines ?? vapeur dans la production d'??lectricit??. Aujourd'hui, la plupart puissance de la vapeur est fournie par des turbines.
Locomotives ?? vapeur
Comme le d??veloppement de moteurs ?? vapeur a progress?? ?? travers le 18??me si??cle, diverses tentatives ont ??t?? faites pour les appliquer ?? la route et l'utilisation de chemin de fer. En 1784, William Murdoch, un ??cossais inventeur, construit un prototype route locomotive ?? vapeur. Un mod??le de travail au d??but d'une locomotive ?? vapeur ferroviaire a ??t?? con??u et construit par le pionnier bateau ?? vapeur John Fitch aux ??tats-Unis probablement pendant les ann??es 1780 ou 1790. Sa locomotive ?? vapeur utilis??e roues ?? aubes int??rieures guid??es par des rails ou des pistes.
La premi??re pleine ??chelle locomotive ?? vapeur de chemin de fer de travail a ??t?? construit par Richard Trevithick dans le Royaume-Uni et, le 21 F??vrier 1804, premier voyage de chemin de fer du monde a eu lieu comme locomotive ?? vapeur sans nom de Trevithick transport?? un train le long de la ligne de tramway de la Forges Pen-y-darren, pr??s de Merthyr Tydfil au Abercynon dans le sud du Pays de Galles . La conception a incorpor?? un certain nombre d'innovations importantes qui incluaient utilisant de la vapeur ?? haute pression qui r??duit le poids du moteur et augmente son efficacit??. Trevithick a visit?? la r??gion de Newcastle tard en 1804 et de la chemins de fer des houill??res dans le nord-est de l'Angleterre est devenu le principal centre d'exp??rimentation et de d??veloppement de locomotives ?? vapeur. Trevithick poursuit ses propres exp??riences en utilisant un trio de locomotives, de conclure avec le Catch Me Who Can en 1808. Seulement quatre ans plus tard, le succ??s des locomotives bi-cylindre Salamanque Matthew Murray a ??t?? utilis?? par le bord pestait cr??maill??re Middleton Railway. En 1825, George Stephenson a construit le La locomotion pour le Stockton et Darlington Railway. Ce ??tait le premier chemin de fer ?? vapeur publique dans le monde, puis en 1829, il a construit Le Rocket, qui a ??t?? entr?? dans et a remport?? les essais Rainhill . Le chemin de fer de Liverpool et de Manchester a ouvert en 1830 faisant usage exclusif de la puissance de la vapeur pour les passagers et les trains de marchandises.
Les locomotives ?? vapeur ont continu?? ?? ??tre fabriqu?? jusqu'?? la fin du XXe si??cle dans des endroits comme La Chine et les ex-Allemagne de l'Est.
Turbines ?? vapeur
L'??volution majeure finale de la conception du moteur ?? vapeur ??tait l'utilisation de la vapeur turbines ?? partir de la derni??re partie du 19e si??cle. Turbines sont plus efficaces que pistons, avoir moins de pi??ces mobiles, et de fournir une ??nergie de rotation directement plut??t que par un syst??me ?? bielle ou des moyens similaires. Les turbines ?? vapeur enti??rement remplac??s moteurs alternatifs dans les stations de production d'??lectricit?? apr??s le tournant du 20e si??cle, o?? leur efficacit??, vitesse plus ??lev??e et une rotation r??guli??re des avantages et leur manque de souplesse de la vitesse optimale ??tait sans importance. Turbines ont ??t?? largement appliqu??es pour la propulsion des grands navires pour des raisons similaires.
D??veloppement actuel
Bien que le moteur ?? vapeur alternatif ne est plus en cours d'utilisation commerciale ?? grande ??chelle, diverses entreprises explorent ou d'exploiter le potentiel du moteur comme une alternative ?? combustion interne des moteurs des Energiprojekt soci??t?? AB en Su??de a fait des progr??s dans l'utilisation de mat??riaux modernes pour exploiter la puissance de vapeur. L'efficacit?? de la machine ?? vapeur de Energiprojekt atteint quelque 27 ?? 30% sur les moteurs ?? haute pression. Ce est une seule ??tape, le moteur cinq cylindres (aucun compos??) ?? la vapeur surchauff??e et consomme environ. 4 kg (8,8 lb) de vapeur par kWh.
Composants et accessoires de machines ?? vapeur
Il ya deux ??l??ments fondamentaux d'une plante de la vapeur: la chaudi??re ou g??n??rateur de vapeur, et le "groupe moteur", appel?? lui-m??me comme une ??machine ?? vapeur??. Machines ?? vapeur fixes dans les b??timents fixes peuvent avoir la chaudi??re et le moteur dans des b??timents s??par??s d'une certaine distance. Pour une utilisation portative ou mobile, tel que locomotives ?? vapeur, les deux sont mont??s ensemble.
Le moteur ?? pistons largement utilis?? typiquement compos??es d'un cylindre en fonte, piston, une tige et un faisceau ou une manivelle et le volant, et divers liens de raccordement. La vapeur est aliment??e alternativement et ??puis?? par une ou plusieurs vannes. Contr??le de la vitesse ??tait soit automatique, l'aide d'un gouverneur, ou par une vanne manuelle. Le cylindre de coul??e contenue alimentation en vapeur et des orifices d'??chappement.
Les moteurs ??quip??s d'un r??frig??rant sont un type distinct de ceux que l'??chappement ?? l'atmosph??re.
D'autres composants sont souvent pr??sentes; pompes (tels qu'un Injecteur) pour fournir l'eau ?? la chaudi??re pendant le fonctionnement, des condensateurs pour faire recirculer l'eau et r??cup??rer le chaleur latente de vaporisation, et surchauffeurs pour ??lever la temp??rature de la vapeur au-dessus de son point de vapeur satur??e, et divers m??canismes pour accro??tre le projet de foyers. Lorsque le charbon est utilis??, un m??canisme cha??ne ou vis attisant et son moteur d'entra??nement ou le moteur peuvent ??tre inclus pour d??placer le carburant ?? partir d'un bac d'alimentation (de soute) ?? la chambre de combustion. Voir: Stoker m??canique
Chaudi??res
Chaudi??res sont r??cipients sous pression contenant de l'eau ?? bouillir, et une sorte de m??canisme de le transfert de la chaleur ?? l'eau de mani??re ?? la faire bouillir.
Les deux proc??d??s les plus courants de transf??rer de la chaleur ?? l'eau sont les suivants:
- chaudi??re ?? tubes d'eau - l'eau est contenue dans ou courir ?? travers un ou plusieurs tubes entour?? par des gaz chauds
- Chaudi??re ?? tube-foyer - l'eau remplit partiellement un r??cipient au-dessous ou ?? l'int??rieur, qui est une chambre de combustion ou du four et les tubes de fum??es ?? travers lequel les gaz chauds se ??coulent
chaudi??res ?? tubes de fum??e ??taient le principal type utilis?? pour le d??but de la vapeur ?? haute pression, mais ils ont ??t?? d??plac??es par plus s??res chaudi??res ?? tubes d'eau ?? la fin du 19e si??cle.
Une fois allum??, ?? la vapeur, de nombreuses chaudi??res ??lever la temp??rature de la vapeur plus loin, tournant ?? vapeur humide ??en?? vapeur surchauff??e. Cette utilisation de ??vite une surchauffe de la vapeur de condensation ?? l'int??rieur du moteur, et permet significativement plus efficacit??.
Les unit??s motrices
Une unit?? de moteur prend une fourniture de vapeur ?? haute pression et de la temp??rature et donne une fourniture de vapeur ?? basse pression et de la temp??rature, en utilisant autant de la diff??rence dans l'??nergie de la vapeur que possible de faire un travail m??canique. Des unit??s motrices sont typiquement un type de piston ou une turbine ?? vapeur.
Une unit?? de moteur est souvent appel??e ??machine ?? vapeur?? dans son propre droit. Ils seront ??galement fonctionner sur air comprim?? ou un autre gaz.
Source froide
Comme pour tous les moteurs thermiques, une quantit?? consid??rable de la chaleur perdue ?? temp??rature relativement basse est produit et doit ??tre ??limin??.
Le plus simple est source froide pour ??vacuer la vapeur dans l'environnement. Ceci est souvent utilis?? sur locomotives ?? vapeur, que la vapeur lib??r??e est lib??r?? dans la chemin??e de mani??re ?? augmenter le tirage au sort sur le feu, ce qui augmente consid??rablement la puissance du moteur, mais est inefficace. Condensation locomotives ?? vapeur ont ??t?? construits, mais seulement pour des applications sp??ciales telles que le travail dans les tunnels et o?? l'approvisionnement en eau sont rares.
Parfois, la chaleur r??siduelle est utile en soi, et dans ce cas le rendement global tr??s ??lev?? peut ??tre obtenu. Par exemple, cog??n??ration (CHP) syst??mes utilisent la vapeur de d??chets chauffage urbain.
O?? CHP ne est pas utilis??, turbines ?? vapeur dans les centrales ??lectriques utilisent des condensateurs de surface comme source froide. Les condenseurs sont refroidis par le flux de l'eau des oc??ans, des rivi??res, des lacs, et souvent par tours de refroidissement qui se ??vaporent l'eau pour refroidir le retrait de l'??nergie. La sortie r??sultante condens?? d'eau chaude du condenseur est ensuite remis dans la chaudi??re par l'interm??diaire d'une pompe. Une tour de refroidissement de type sec est semblable ?? un radiateur d'automobile et est utilis?? dans des endroits o?? l'eau est co??teuse. ??vaporation (humides) tours de refroidissement la chaleur rejet??e pour ??vaporer l'eau; cette eau est maintenue s??par??e de l'eau de condensation, qui circule dans un syst??me ferm?? et retourne ?? la chaudi??re. Ces tours ont souvent panaches visibles dues ?? l'eau ??vapor??e condensation en gouttelettes transport??es par l'air chaud. Tours de refroidissement par ??vaporation ont besoin de moins d'eau que le d??bit "?? passage unique" refroidissement par eau de rivi??re ou de lac; une centrale ??lectrique au charbon de 700 m??gawatts peut utiliser environ 3600 m??tres cubes d'eau de maquillage chaque heure pour le refroidissement par ??vaporation, mais aurait besoin d'environ vingt fois plus si refroidi par eau de la rivi??re.
Pompe ?? eau
Le cycle de Rankine et les machines ?? vapeur les plus pratiques ont une pompe ?? eau ?? recycler ou ?? compl??ter l'eau de chaudi??re, de sorte qu'ils peuvent ??tre ex??cut??s en continu. Et les chaudi??res industrielles utilisent couramment plusieurs ??tapes pompes centrifuges; cependant, d'autres types sont utilis??s. Un autre moyen de fournir de l'eau d'alimentation de chaudi??re ?? basse pression est un injecteur, qui utilise un jet de vapeur habituellement fournie par la chaudi??re. Injecteurs sont devenus populaires dans les ann??es 1850, mais ne sont plus largement utilis??s, sauf dans des applications telles que les locomotives ?? vapeur.
Surveillance et contr??le
Pour des raisons de s??curit??, la quasi-totalit?? des moteurs ?? vapeur sont ??quip??s de m??canismes pour contr??ler la chaudi??re, tel qu'un un manom??tre et un verre-regard pour surveiller le niveau d'eau.
Beaucoup de moteurs, fixes et mobiles, sont ??galement ??quip??s d'un gouverneur de r??guler la vitesse du moteur sans la n??cessit?? d'intervention humaine (similaire ?? r??gulateur de vitesse dans certaines voitures).
L'instrument le plus utile pour analyser les performances des moteurs ?? vapeur est l'indicateur de machine ?? vapeur. Les premi??res versions ??taient utilis??s par 1851, mais l'indicateur le plus de succ??s a ??t?? d??velopp?? pour l'inventeur du moteur ?? haute vitesse et fabricant Charles Porter par Charles Richard et expos??es au Salon de Londres en 1862. L'indicateur de machine ?? vapeur trace sur le papier la pression dans le cylindre ?? travers le cycle, qui peut ??tre utilis?? pour rep??rer les diff??rents probl??mes et de calculer la puissance d??velopp??e. Il a ??t?? r??guli??rement utilis?? par les ing??nieurs, m??caniciens et contr??leurs d'assurance. L'indicateur de moteur peut ??galement ??tre utilis?? sur les moteurs ?? combustion interne. Voir l'image de l'indicateur sch??ma ci-dessous.
Configuration moteur
Simple moteur
Dans un moteur simple, la charge de la vapeur ne fonctionne qu'une fois dans un cylindre. Il est ensuite ??vacu?? directement dans l'atmosph??re ou dans un condenseur.
moteurs de compos??s
Lorsque la vapeur se d??veloppe dans un moteur ?? forte pression en raison de sa temp??rature descend en aucune chaleur ne est ajout??e au syst??me; ceci est connu comme d??tente adiabatique et les r??sultats dans la vapeur entrant dans le cylindre ?? haute temp??rature et sortant ?? basse temp??rature. Cela provoque un cycle de chauffage et de refroidissement du cylindre ?? chaque coup qui est une source d'inefficacit??. Une m??thode pour r??duire l'ampleur de ce chauffage et de refroidissement a ??t?? invent?? en 1804 par l'ing??nieur britannique Arthur Woolf, qui a fait breveter son moteur compos?? haute pression Woolf en 1805. Dans le moteur de compos??, de la vapeur ?? haute pression de la chaudi??re se d??veloppe dans un cylindre de haute pression (HP), puis entre un ou plusieurs basse pression (LP) cylindres ult??rieures. L'expansion compl??te de la vapeur se produit maintenant sur plusieurs cylindres et comme moins expansion se produit maintenant dans chaque cylindre moins de chaleur est perdue par la vapeur dans chaque. Ceci r??duit l'amplitude de chauffage et de refroidissement de cylindre, ce qui augmente le rendement du moteur. En organisant la dilatation dans plusieurs cylindres, le couple variabilit?? peut ??tre r??duite. Pour obtenir un travail ??gal inf??rieure de la vapeur sous pression n??cessite un volume de cylindre plus grand que cette vapeur occupe un plus grand volume. Par cons??quent, l'al??sage, et souvent la course, sont augment??s dans des cylindres de basse pression r??sultant dans les grandes bouteilles.
Double d??tente (g??n??ralement connu sous le nom compos??) moteurs ??largi la vapeur en deux ??tapes. Les paires peuvent ??tre reproduits ou le travail du grand cylindre basse pression peuvent ??tre divis??s avec cylindre ??puisante une haute pression dans l'une ou l'autre, ce qui donne une mise en page 3 cylindres dont le cylindre et le diam??tre de piston sont sensiblement les m??mes faire les masses en mouvement alternatif plus facile ?? ??quilibre.
Compos??s de deux cylindres peuvent ??tre dispos??s comme:
- Compos??s Cross - Les cylindres sont c??te ?? c??te.
- Compos??s Tandem - Les cylindres sont bout ?? bout, au volant d'une commune biellette
- compos??s d'angle - Les cylindres sont dispos??s dans un v?? (habituellement ?? un angle de 90 ??) et une manivelle voiture commun.
Avec des compos??s ?? deux cylindres utilis??s dans les travaux ferroviaires, les pistons sont reli??es aux manivelles comme avec un ?? deux cylindres simples ?? 90 ?? hors de phase les uns avec les autres (en quartiers). Lorsque le groupe d'extension double est dupliqu??, production d'un compos?? 4-cylindre, les pistons individuels au sein du groupe sont g??n??ralement ??quilibr??es ?? 180 ??, les groupes ??tant fix??s ?? 90 ?? par rapport ?? l'autre. Dans un cas (le premier type de Vauclain compos??), les pistons a travaill?? dans la m??me phase de conduire une traverse et manivelle commune, ?? nouveau fix?? ?? 90 ?? comme pour un moteur ?? deux cylindres. Avec le compos?? 3-arrangement de cylindre, les manivelles LP ont ??t?? soit fix??es ?? 90 ?? avec l'une HP ?? 135 ?? des deux autres, ou dans certains cas, les trois manivelles ont ??t?? fix??es ?? 120 ??.
L'adoption de composition ??tait courant pour les unit??s industrielles, pour les moteurs de la route et presque universelle pour les moteurs marins ?? partir de 1880; ce ne ??tait pas universellement populaire dans les locomotives de chemin de fer o?? il a ??t?? souvent per??u comme compliqu??. Ce est en partie en raison de l'environnement d'exploitation de chemin de fer dur et l'espace limit?? accord?? par la gabarit (en particulier en Grande-Bretagne, o?? composition n'a jamais ??t?? commun et sans emploi apr??s 1930). Cependant, bien que jamais dans la majorit??, il ??tait populaire dans de nombreux autres pays.
Plusieurs moteurs d'expansion
La vapeur ?? haute pression (rouge) entre par la chaudi??re et passe ?? travers le moteur, ??puisant la vapeur basse pression (bleu), g??n??ralement ?? un condenseur.
Ce est un prolongement logique du moteur de compos?? (d??crit ci-dessus) pour diviser l'expansion dans encore plusieurs ??tapes pour augmenter l'efficacit??. Le r??sultat est que le moteur d'expansion multiple. Ces moteurs utilisent trois ou quatre ??tages de d??tente et sont connus comme moteurs d'extension, respectivement, triples et quadruples. Ces moteurs utilisent une s??rie de cylindres de diam??tre progressivement croissant. Ces cylindres sont con??us pour diviser le travail en parts ??gales pour chaque phase d'expansion. Comme le moteur de l'expansion double, si l'espace est ?? une prime, puis deux petits cylindres peuvent ??tre utilis??s pour la phase de basse pression. Plusieurs moteurs d'expansion avaient g??n??ralement les cylindres dispos??s en ligne, mais diverses autres formations ont ??t?? utilis??s. Dans la fin du 19e si??cle, le Yarrow-Schlick-Tweedy ??quilibrage ??syst??me?? a ??t?? utilis?? sur certains moteurs marins d'expansion triples. YST divis?? les moteurs basse ??tapes d'extension de pression entre deux cylindres, une ?? chaque extr??mit?? du moteur. Cela a permis au vilebrequin d'??tre mieux ??quilibr??e, r??sultant dans une plus lisse, plus rapide moteur-r??ponse qui se est d??roul??e avec moins de vibrations. Cela a rendu le moteur triple expansion 4 cylindres populaire aupr??s des grands navires de passagers (comme le Classe olympique), mais cela a finalement ??t?? remplac??s par la turbine pratiquement exempt de vibrations (voir ci-dessous).
L'image de droite montre une animation d'un moteur ?? triple d??tente. La vapeur d'eau se d??place ?? travers le moteur de gauche ?? droite. La bo??te ?? soupape pour chacun des cylindres se trouve ?? gauche du cylindre correspondant.
Moteurs ?? vapeur terrestres pourrait ??puiser beaucoup de leur vapeur, comme eau d'alimentation est habituellement facilement disponibles. Avant et pendant la Premi??re Guerre mondiale , le moteur de l'expansion domin?? les applications marines o?? la vitesse ??lev??e du navire ne ??tait pas indispensable. Il a toutefois ??t?? remplac?? par l'invention britannique turbine ?? vapeur o?? la vitesse est n??cessaire, par exemple dans des navires de guerre, par exemple le cuirass??s dreadnought, et paquebots. HMS Dreadnought de 1905 ??tait le premier navire de guerre majeure pour remplacer la technologie ??prouv??e du moteur alternatif avec le roman puis-turbine ?? vapeur.
Types d'unit??s motrices
Piston ?? mouvement alternatif
Dans la plupart des moteurs ?? piston alternatif, la vapeur inverse son sens de circulation ?? chaque AVC (contre-courant), l'entr??e et l'??puisement du cylindre par le m??me port. Le cycle complet du moteur occupe une rotation de la manivelle et deux courses de piston; le cycle comprend ??galement quatre ??v??nements - l'admission, l'expansion, ??chappement, compression. Ces ??v??nements sont contr??l??s par des soupapes travaillant souvent ?? l'int??rieur d'une bo??te ?? vapeur adjacente au cylindre; les soupapes de distribuer la vapeur par l'ouverture et la fermeture des ports de vapeur communiquant avec l'extr??mit?? du cylindre (s) et sont entra??n??s par m??canisme de distribution, dont il existe de nombreux types. Les plus simples de soupape engrenages donnent ??v??nements de longueur fixe au cours du cycle du moteur et font souvent le moteur tourne dans un seul sens. La plupart cependant avoir une inversion m??canisme qui peut en outre fournir des moyens pour sauver la vapeur que la vitesse et l'??lan sont progressivement gagn??e par "le raccourcissement de la coupure "ou plut??t, en raccourcissant le cas de l'admission, ce qui ?? son tour se allonge d'autant la p??riode d'expansion Cependant, comme un seul et m??me vanne commande habituellement les deux flux de vapeur, ?? une courte coupure ?? l'admission affecte d??favorablement les p??riodes d'??chappement et de compression qui devraient id??alement ??tre toujours. rester assez constante; si l'??v??nement d'??chappement est trop br??ve, la totalit?? de la vapeur d'??chappement ne peut pas ??vacuer le cylindre, d'??touffement et de lui donner une compression excessive ("d??compresser").
Dans les ann??es 1840 et 50, il y avait des tentatives pour surmonter ce probl??me au moyen de divers engins de soupape de brevet avec une coupure variable distincte Soupape de d??tente ?? cheval sur l'arri??re du tiroir principal; ce dernier avait g??n??ralement fixe ou coupure limit??e. L'installation combin??e a donn?? une bonne approximation des ??v??nements id??ales, au d??triment de l'augmentation de frottement et l'usure, et le m??canisme tend ?? ??tre compliqu??. La solution de compromis habituel est de fournir tour en allongeant surfaces de frottement de la soupape de mani??re ?? recouvrir l'orifice du c??t?? de l'admission, avec pour effet que le c??t?? de l'??chappement reste ouverte pendant une p??riode plus longue apr??s la coupure de l'admission c??t?? se est produite. Ce moyen a depuis ??t?? g??n??ralement consid??r??e comme satisfaisante pour la plupart des applications et rend possible l'utilisation de la simple Stephenson, Joie et Walschaerts motions. Corliss, et plus tard, engrenages clapet avaient soupapes d'admission et d'??chappement s??par??es tir??e par m??canismes de d??clenchement ou des cames profil??es de mani??re ?? donner ??v??nements id??ales; la plupart de ces engins ne ont jamais r??ussi ?? l'ext??rieur du march?? stationnaire en raison de diverses autres questions y compris les fuites et les m??canismes les plus d??licates.
- Compression
Avant la phase d'??chappement est tout ?? fait compl??te, du c??t?? de l'??chappement de la soupape se ferme, en fermant une partie de la vapeur d'??chappement ?? l'int??rieur du cylindre. Ceci permet de d??terminer la phase de compression o?? un coussin de vapeur est form??e contre laquelle le piston ne fonctionne alors que sa vitesse diminue rapidement; il permet d'??viter en outre la pression et la temp??rature de choc, ce qui, autrement, serait provoqu?? par l'admission soudaine de la vapeur ?? haute pression au d??but du cycle suivant.
- Plomb
Les effets ci-dessus sont encore am??lior??es en fournissant plomb: comme on l'a d??couvert plus tard avec le Moteur ?? combustion interne, il a ??t?? trouv?? avantageux depuis la fin des ann??es 1830 pour faire avancer la phase d'admission, ce qui donne la t??te de soupape de sorte que l'admission se produit un peu avant la fin de la course d'??chappement pour remplir l'espace mort, comprenant les ports et les extr??mit??s du cylindre (ne fait pas partie du volume balay?? par le piston) avant que la vapeur commence ?? exercer un effort sur le piston.
Uniflow (ou unaflow) moteur
Les valves ?? clapet sont command??s par la rotation de l'arbre ?? cames en t??te. Vapeur ?? haute pression entre, rouges, et ??chappements, jaune.
Moteurs uniflow tentent de rem??dier aux difficult??s d??coulant du cycle de contre-courant habituel o??, pendant chaque course, le port et les parois des cylindres seront refroidis par la vapeur d'??chappement passant, tandis que l'admission de la vapeur entrant plus chaud va perdre une partie de son ??nergie dans la restauration de la temp??rature de travail . Le but de l'??coulement ?? sens unique est de rem??dier ?? cet inconv??nient et d'am??liorer l'efficacit?? en fournissant un orifice suppl??mentaire ?? d??couvert par le piston ?? la fin de chaque course rendre le d??bit de vapeur dans un seul sens. Par ce moyen, le moteur de l'expansion uniflow simple donne l'efficacit?? ??quivalente ?? celle des syst??mes compos??s classiques avec l'avantage suppl??mentaire de rendement ?? charge partielle sup??rieure, et l'efficacit?? comparable ?? turbines pour les petits moteurs de moins de mille chevaux. Cependant, les moteurs uniflow ?? gradient de dilatation thermique produisent le long de la paroi du cylindre donne des difficult??s pratiques.
Les moteurs ?? turbine
Turbine ?? vapeur se compose d'un ou plusieurs rotors (disques rotatifs) mont??s sur un arbre d'entra??nement, alternant avec une s??rie de Les disques stators (statiques) fix??es sur le carter de turbine. Les rotors ont un arrangement de l'h??lice comme des lames sur le bord ext??rieur. Vapeur agit sur ces lames, produisant un mouvement rotatif. Le stator est constitu?? d'un analogue, mais fixe, s??rie de lames qui servent ?? rediriger le flux de vapeur ?? l'??tape suivante du rotor. Turbine ?? vapeur ??puise souvent dans un condenseur de surface qui fournit un vide. Les ??tapes d'une turbine ?? vapeur sont g??n??ralement agenc??s de mani??re ?? extraire le travail potentiel maximal ?? partir d'une vitesse et une pression de vapeur sp??cifique, donnant naissance ?? une s??rie d'??tages de haute et basse pression de taille variable. Turbines ne sont efficaces que se ils tournent ?? tr??s grande vitesse, par cons??quent, ils sont g??n??ralement connect??s ?? r??ducteur pour entra??ner un autre m??canisme, comme l'h??lice d'un navire, ?? une vitesse inf??rieure. Cette bo??te de vitesses peut ??tre m??canique, mais aujourd'hui, il est plus courant d'utiliser un alternateur / g??n??rateur mis ?? produire de l'??lectricit?? qui est ensuite utilis?? pour piloter un moteur ??lectrique. Rotor de turbine est seulement capable de fournir de l'??nergie lors de la rotation dans une direction. Par cons??quent, une ??tape d'inversion ou de la bo??te de vitesses est g??n??ralement n??cessaire lorsque la puissance est n??cessaire dans la direction oppos??e.
Les turbines ?? vapeur fournissent une force de rotation directe et ne exigent donc pas un m??canisme de liaison pour convertir un mouvement alternatif en mouvement rotatif. Ainsi, ils produisent des forces de rotation en douceur sur l'arbre de sortie. Cela contribue ?? une exigence d'entretien plus faible et moins d'usure sur la machine qu'ils puissance qu'un moteur alternatif comparables.
La principale utilisation des turbines ?? vapeur est en la production d'électricité (environ 90% de la production électrique du monde est par utilisation de turbines à vapeur) et dans une moindre mesure en tant que premiers déménageurs marins. Dans le premier cas, la vitesse de rotation élevée est un avantage, et dans les deux cas par rapport à la masse ne sont pas un inconvénient; dans ce dernier (pionnier sur le Turbinia ), le poids léger, de haute efficacité et haute puissance sont très souhaitables.
Pratiquement toutes les centrales nucléaires plantes produisent de l'électricité en chauffant l'eau pour fournir de la vapeur qui entraîne une turbine couplée à un g??n??rateur ??lectrique. des navires et des sous-marins soit utiliser une turbine à vapeur directement pour la propulsion principale à propulsion nucléaire, avec des générateurs fournissant l'alimentation auxiliaire, ou bien employer des turbo-propulsion électrique, où la vapeur entraîne un ensemble turbine-générateur à propulsion fourni par des moteurs électriques. Un nombre limité de locomotives de chemin de fer de turbines à vapeur ont été fabriqués. Certaines locomotives à entraînement direct sans condensation ne répondaient avec un certain succès pour les opérations de fret long-courriers en Suède et pour express travail de passagers en Grande-Bretagne, mais ne sont pas répétées. Ailleurs, notamment aux Etats-Unis, des modèles plus avancés avec transmission électrique ont été construits expérimentalement, mais pas reproduits. Il a été constaté que les turbines à vapeur ne sont pas parfaitement adaptés à l'environnement de chemin de fer et ces locomotives ont échoué à renverser l'unité piston à vapeur classique de la manière que le diesel moderne et traction électrique a fait.
Moteurs cylindres à vapeur oscillants
Un moteur à vapeur cylindre oscillant est une variante de la machine à vapeur de détente simple qui ne nécessite pas de vannes pour diriger de la vapeur dans et hors du cylindre. Au lieu de vannes, les rochers de cylindres entiers, ou oscille, tels que un ou plusieurs trous dans la ligne cylindre avec les trous dans un fixe le visage de port ou dans le pivot de montage ( pivot). Ces moteurs sont principalement utilisés dans les jouets et modèles, à cause de leur simplicité, mais ont également été utilisés dans les moteurs de taille complètes de travail, principalement sur ??????les navires où leur compacité est valorisée.
Moteurs à vapeur Rotary
Il est possible d'utiliser un mécanisme basé sur un moteur rotatif sans piston comme le moteur Wankel en place des cylindres et de soupapes de d'un moteur alternatif à vapeur classique. Beaucoup de ces moteurs ont été conçus, à partir du moment de James Watt à nos jours, mais relativement peu ont été effectivement construit et encore moins entré en production de la quantité; voir lien en bas de l'article pour plus de détails. Le problème majeur est la difficulté de sceller les rotors pour les étanche à la vapeur dans le visage de l'usure et de faire dilatation thermique; la fuite résultant rendait très inefficace. Manque de travail expansive, ou tout autre moyen de contrôle de la coupure est aussi un sérieux problème avec beaucoup de ces dessins. Dans les années 1840, il était clair que le concept avait des problèmes inhérents et les moteurs rotatifs ont été traités avec une certaine dérision dans la presse technique. Cependant, l'arrivée de l'électricité sur la scène, et les avantages évidents de la conduite d'une dynamo directement à partir d'un moteur à haute vitesse, conduit à quelque chose d'un regain d'intérêt dans les années 1880 et 1890, et quelques dessins eu un succès limité.
Parmi les quelques dessins qui ont été fabriqués en quantité, ceux de la Hult Brothers moteur rotatif à vapeur Société de Stockholm, en Suède, et le moteur sphérique de Beauchamp Tower sont remarquables. Les moteurs de la Tour ont été utilisés par le Great Eastern Railway pour conduire dynamos d'éclairage sur leurs locomotives, et par l' Amirauté pour la conduite dynamos à bord des navires de la Royal Navy . Ils ont finalement été remplacés dans ces applications de niche par des turbines à vapeur.
Type de Rocket
Le aeolipile représente l'utilisation de vapeur par le principe fusée-réaction, mais pas pour la propulsion directe.
Dans les temps plus modernes, il ya eu une utilisation limitée de la vapeur pour les fusées - en particulier pour les voitures de roquettes. La technique est simple dans son concept, tout simplement remplir un récipient sous pression avec de l'eau chaude à haute pression, et d'ouvrir une soupape conduisant à une buse approprié. La chute de pression revient immédiatement partie de l'eau et la vapeur sort par une buse, ce qui donne une force de propulsion considérable.
S??curit??
Les moteurs à vapeur possèdent des chaudières et d'autres composants qui sont des récipients sous pression contenant une grande quantité d'énergie potentielle. échappe à vapeur et des explosions de chaudières (typiquement Bleves) peuvent et ont causé beaucoup de pertes de vie dans le passé. Tandis que les variations dans les normes peuvent exister dans différents pays, juridique rigoureux, les essais, la formation, les soins à la fabrication, l'exploitation et la certification est appliquée pour assurer la sécurité. Voir: cuve de pression
Les modes de défaillance peuvent comprendre:
- la surpression de la chaudière
- l'insuffisance d'eau dans la chaudière provoquant une surchauffe et le navire échec
- l'accumulation de sédiments et l'ampleur qui a causé points chauds locaux, en particulier dans des bateaux de rivière avec de l'eau d'alimentation sale
- rupture de la cuve de pression de la chaudière en raison de la construction ou l'entretien inadéquat.
- échappement de la vapeur à partir de la tuyauterie / chaudière provoquant brûlures
Les moteurs à vapeur posséder fréquemment deux mécanismes indépendants pour veiller à ce que la pression dans la chaudière ne va pas trop élevé; on peut être ajustée par l'utilisateur, la seconde est généralement conçu comme un ultime fail-safe. Tel soupapes de sécurité utilisées traditionnellement un levier simple à retenir un boisseau dans le haut d'une chaudière. Une extrémité du levier réalisé un poids ou un ressort qui restreint la vanne contre la pression de la vapeur. Les premières vannes pourraient être ajustées par les conducteurs de locomotives, conduisant à de nombreux accidents quand un conducteur fixé la vanne vers le bas pour permettre une plus grande pression de vapeur et plus de puissance du moteur. Le type plus récent de soupape de sécurité utilise une soupape à ressort non réglable. Ce type est normalement pas réglable et est nettement plus sûre.
Plomb bouchons fusibles peuvent être présents dans la couronne de la chambre de combustion. Si le niveau d'eau baisse, de telle sorte que la température de la couronne du foyer augmente de façon significative, le plomb fond et les évasions de vapeur, avertissant les opérateurs, qui peut alors déposer manuellement le feu. Sauf dans le plus petit des chaudières échapper la vapeur a peu d'effet sur ??????le feu de mouillage. Les bouchons sont aussi trop petits dans la région pour abaisser la pression de vapeur de manière significative, la dépressurisation de la chaudière. Si elles étaient tout plus grand, le volume de vapeur échapper serait se mettre en danger l'équipage.
cycle de vapeur
Le cycle de Rankine est le fondement thermodynamique fondamentale de la machine à vapeur. Le cycle est un modèle mathématique qui représente le flux de fluide de travail (vapeur) dans un moteur avec la chaleur ajoutée est convertie en travail et ensuite le travail dissipée sous forme de chaleur perdue. La chaleur est fournie à l'extérieur d'une boucle fermée. Ce, dans les moteurs à vapeur contient de l'eau et de la vapeur. Le cycle est utilisé pour expliquer machines qui génèrent environ 90% de toute la puissance électrique utilisée dans le monde entier, y compris la quasi-totalité solaire, la biomasse, le charbon et nucléaires des centrales. Il est nomm?? d'apr??s William John Macquorn Rankine, un écossais polymathe.
Le cycle de Rankine est parfois appelé une pratique cycle de Carnot, parce que, quand une turbine efficace est utilisé, le diagramme TS commence à ressembler le cycle de Carnot. La principale différence est que l'addition de chaleur (dans la chaudière) et de rejet (dans le condenseur) sont isobares (pression constante) processus dans le cycle de Rankine et isothermes (constante la température processus) dans le cycle théorique Carnot. Dans ce cycle, une pompe est utilisée pour mettre sous pression le fluide de travail qui est reçu depuis le condenseur sous forme de liquide non sous forme de gaz. Le pompage du fluide de travail sous forme liquide pendant le cycle nécessite une petite fraction de l'énergie pour le transporter par rapport à l'énergie nécessaire pour comprimer le fluide de travail sous forme gazeuse dans un compresseur (comme dans le cycle de Carnot). Le cycle d'un moteur à vapeur à mouvement alternatif diffère de celle des turbines en raison de la condensation et la re-évaporation se produisant dans le cylindre ou dans les passages d'entrée de vapeur.
Le fluide de travail dans un cycle de Rankine suit une boucle fermée et est utilisé en permanence. Normalement, l'eau est le fluide de choix en raison de ses propriétés favorables, comme la chimie non-toxique et non réactif, l'abondance, à faible coût, et ses propriétés thermodynamiques . Le mercure est le fluide de travail dans la turbine à vapeur de mercure. Des hydrocarbures à bas point d'ébullition peuvent être utilisés dans un cycle de binaire.
La machine à vapeur a beaucoup contribué au développement de la théorie thermodynamique; Toutefois, les seules applications de la théorie scientifique qui ont influencé la machine à vapeur étaient les concepts originaux d'exploiter la puissance de la vapeur et de la pression atmosphérique et la connaissance des propriétés de la chaleur et de la vapeur. Les mesures expérimentales effectuées par Watt sur ??????un moteur à vapeur a conduit à la mise au point du condenseur séparé. Watt découvert indépendamment chaleur latente, qui a été confirmée par Joseph Black, qui a également conseillé Watt sur ??????les procédures expérimentales. Watt était également au courant du changement dans le point d'ébullition d'eau avec la pression. Sinon, les améliorations apportées au moteur lui-même étaient plus de nature mécanique. Les concepts thermodynamiques du cycle de Rankine fait donner aux ingénieurs la compréhension nécessaire de calculer le rendement qui a facilité le développement de la haute pression moderne et chaudières de température et de la turbine à vapeur.
Efficacit??
- Voir aussi: # moteur à vapeur de l'efficacité du moteur
L'efficacité d'un moteur peut être calculée en divisant la sortie d'énergie de travail mécanique que le moteur produit par l'apport d'énergie au moteur par le carburant brûlant.
La mesure historique de l'efficacité énergétique d'un moteur à vapeur était son «devoir». La notion d'obligation a été introduite par Watt pour illustrer combien plus efficace ses moteurs étaient sur ??????les modèles antérieurs Newcomen. Duty est le nombre de livres-pied de travail délivrés par la combustion d'un boisseau (£ 94) de charbon. Les meilleurs exemples de conceptions Newcomen avaient un devoir d'environ 7 millions, mais la plupart étaient plus près de 5 millions d'euros. Dessins originaux à basse pression de Watt étaient en mesure de livrer le devoir aussi élevé que 25 millions, mais en moyenne d'environ 17. Ce fut une triple amélioration par rapport à la conception moyenne Newcomen. Moteurs Watt début équipés de vapeur à haute pression améliorées ce à 65 millions d'euros.
Aucun moteur thermique peut être plus efficace que le cycle de Carnot, dans lequel de la chaleur est déplacé d'un réservoir à haute température à une basse température, et l'efficacité est fonction de la différence de température. Pour la plus grande efficacité, les moteurs à vapeur devraient être exploités à la température la plus élevée de la vapeur possible ( vapeur surchauffée), et libèrent de la chaleur perdue à la température la plus basse possible.
L'efficacité d'un cycle de Rankine est généralement limitée par le fluide de travail. Sans la pression d'atteindre les niveaux de super critiques pour le fluide de travail, la gamme de la température du cycle peut fonctionner sur est assez faible; des turbines à vapeur, les températures d'entrée de la turbine sont généralement 565 ° C (la limite de fluage de l'acier inoxydable) et des températures au condenseur sont autour de 30 ° C. On obtient ainsi un théorique de Carnot efficacité d'environ 63% par rapport à un rendement réel de 42% pour une centrale électrique au charbon moderne. Cette température d'entrée de turbine basse (par rapport à une turbine à gaz) est pourquoi le cycle de Rankine est souvent utilisé comme un cycle de talonnage dans des centrales à turbine à gaz à cycle combiné.
L'un des principaux avantages du cycle de Rankine détient sur ??????les autres est que pendant la phase de compression relativement peu de travail est nécessaire pour conduire la pompe, l'être fluide de travail dans sa phase liquide à ce stade. En condensant le fluide, le travail requis par la pompe ne consomme que 1% à 3% de la puissance de la turbine et contribue à une efficacité beaucoup plus élevée pour un cycle réel. L'avantage de cette est perdu quelque peu à la baisse la chaleur plus la température. Les turbines à gaz, par exemple, ont des températures d'entrée de turbine approchant 1500 ° C. Néanmoins, l'efficacité des grands cycles de vapeur réels et de grandes turbines à gaz modernes sont assez bien assortis.
Dans la pratique, une machine à vapeur à évacuer l'atmosphère de vapeur aura typiquement une efficacité (y compris la chaudière) dans la plage de 1 à 10%, mais avec l'addition d'un condenseur et d'expansion multiple, il peut être grandement améliorée à 25% ou mieux.
Une grande centrale électrique moderne (produire plusieurs centaines de mégawatts de puissance électrique) avecréchauffage de la vapeur,etc. économiseur permettra d'atteindre l'efficacité dans le milieu de gamme de 40%, avec les unités les plus performantes approchant 50% d'efficacité thermique.
Il est également possible de capturer l'utilisation de la chaleur des déchets cogénération dans lequel la chaleur perdue est utilisée pour chauffer un point d'ébullition inférieur fluide de travail ou comme une source de chaleur pour le chauffage urbain par l'intermédiaire de la vapeur saturée à basse pression. Par ce moyen, il est possible d'utiliser autant que 85 à 90% de l'énergie d'entrée.
