Jak działa silnik parowy? Krótki przykład

Motor to urządzenie zamieniające formę energii w ruch: turbina wiatrowa wykorzystuje przepływ powietrza, a silnik parowy – ciepło ogrzewające parę wodną. Tak naprawdę ten wynalazek to duży kocioł (bojler), wewnątrz którego gotuje się woda, aż do przejścia w stan pary. Zamiast bezproduktywnie ulotnić się, ta napiera na ściany naczynia, wytwarzając ciśnienie mające poruszać tłoki. Są to metalowe elementy dokładnie osadzone wewnątrz cylindra. Siła pary pcha je do góry: ten ruch właśnie może napędzać maszynę: czy to pompę wodną, czy potężną lokomotywę.

Oczywiście, to spore uproszczenie. Jeśli chcemy dowiedzieć się, jak działa silnik parowy, możemy obejrzeć taki wynalazek w muzeum techniki. Pomińmy tu kwestię obniżania ciśnienia (w tym regulatora Watta), zaworów i spustów bezpieczeństwa, bez których może dojść do eksplozji bojlera. Aby silnik parowy był skuteczny, powinien mieć kilka tłoków połączonych korbowodem z kołem zamachowym.

Późniejsze wynalazki udoskonaliły taką maszynę. Aby nie tracić ciepła i energii, silnik parowy musi być dwustronny. To znaczy, że tłok wypchnięty przez siłę pary powinien wrócić na miejsce, by znów móc się poruszyć. Najczęściej osiąga się to dzięki dwóm cylindrom działającym naprzemiennie. Potem powstały maszyny sprzężone, o bardziej złożonej budowie, mające lepiej wykorzystać paliwo. Dziś silniki parowe zniknęły z pojazdów, choć łodzie i okręty o atomowym napędzie nadal mają turbiny parowe, gdzie wodę podgrzewają reakcje jądrowe.

Kto wynalazł silnik parowy?

Siła wody była znana od setek lat. Już w starożytności grecki uczony Heron wynalazł tak zwaną „banię” – obracającą się wokół własnej osi sferę napędzaną siłą pary wylatującej z dysz. Jest ona uznawana za pierwszą turbinę parową. W okresie Renesansu różni uczeni tworzyli proste silniki (napędzane prochem strzelniczym). Przełomem była pompa Newcomena, która osuszała zalane kopalnie.

Jeśli ktoś pyta nas, kto wynalazł silnik parowy, najprościej odpowiedzieć, że był to Szkot James Watt, twórca dwustronnego silnika parowego z odśrodkowym regulatorem obrotu — charakterystycznymi kulami, które wirowały szybciej, im bardziej para napierała na ściany bojlera. Przyrząd ten zapewniał bezpieczeństwo, regulując ciśnienie wewnątrz maszyny. Zbyt wysokie sprawiało, że wirowała ona zbyt szybko, wtedy urządzenie dociskane było do zaworu tak, by do bojlera trafiało mniej pary.

Za twórcę pierwszego pojazdu napędzanego parą uważa się Francuza Nicholasa Cugnota, wynalazcę trójkołowego pojazdu mającego przesuwać wielkie działa. Dziś nazywamy taką maszynę ciągnikiem artyleryjskim. Amerykanin Olivier Evans oraz Richard Trevithick tworzyli wczesne pojazdy napędzane silnikiem parowym, ale łódź parową zbudował markiz Claude de Jouffroy. Sławę projektanta pierwszego współczesnego parowozu zdobył George Stephenson z Wielkiej Brytanii.

Czy możesz zbudować silnik parowy? Jak zrobić w domu jego model?

Technologia dziewiętnastego wieku była bardzo przejrzysta. Każdy może zbudować maszynę parową, jeśli rozumie zasadę jej działania. Poniższa sekcja to tylko ogólne porady: musimy obliczyć ciśnienie, siłę i wiedzieć, jak używać narzędzi, by stworzyć działający silnik parowy. Jak zrobić zatem mały, prosty motor w domu?

Kiedy wiemy, jak działa silnik parowy i mamy narzędzia, można bez problemu przystąpić do budowy. Potrzebujemy dość dużo części. Najważniejszy jest bojler, czyli naczynie, gdzie podgrzewana będzie woda. Może być to wymyta puszka po farbie, o ile szczelnie ją zalutujemy, pozostawiając wyjście na zawór oraz miedzianą rurkę prowadzącą do cylindra, w którym mieści się tłokiem. Ten element trzeba następnie połączyć korbowodem z kołem zamachowym.

Pod kotłem rozpalamy niewielki ogień: ciśnienie w końcu wypchnie tłok poruszający kołem. Zawór bezpieczeństwa powinien obniżyć siłę pary: można kupić gotowy regulator albo wykonać go samodzielnie: na przykład z obudowy, sprężyny oraz ciężkiej kulki z łożyska stanowiącej zamknięcie zaworu. Jeśli zadziała poprawnie, ciśnienie opadnie, a tłok znów się podniesie, napędzając maszynę parową.

Silnik parowy może wydawać się przestarzały w porównaniu z silnikiem spalinowym. Oczywiście, to prawda. Jest bardzo mało wydajny i wymaga znacznie więcej paliwa. Wszystko wskazuje na to, że już niedługo skończy się czas samochodów na benzynę. Dziś coraz częściej zastępują je auta elektryczne — miejmy tylko nadzieję, że zasilane dzięki elektrowniom słonecznym lub pracującym dzięki parowym turbinom atomowym, a nie węglowym.