증기 기관은 증기를 작동 유체로 사용하여 기계적 작업을 수행하는 열 기관입니다. 증기 기관은 증기 압력에 의해 생성된 힘을 사용하여 피스톤을 실린더 내부에서 앞뒤로 밀어냅니다.
이 미는 힘은 커넥팅 로드와 플라이휠에 의해 작업을 위한 회전력으로 변환될 수 있습니다. "증기 엔진"이라는 용어는 일반적으로 증기 터빈이 아닌 방금 설명한 왕복 엔진에만 적용됩니다.
증기 기관은 작동 유체가 연소 생성물과 분리되는 외연 기관입니다. 이 과정을 분석하는 데 사용되는 이상적인 열역학적 주기를 랭킨 주기라고 합니다.
일반적으로 증기 기관이라는 용어는 철도 증기 기관차 및 휴대용 엔진과 같은 완전한 증기 플랜트(보일러 등 포함)를 지칭하거나 빔 엔진 및 고정식에서와 같이 피스톤 또는 터빈 기계만을 지칭할 수 있습니다. 증기 기관.
증기 구동 장치는 16세기와 17세기에 몇 가지 다른 용도가 기록된 서기 1세기의 에어올리필로 일찍 알려졌지만 Thomas Savery는 최초의 상업적으로 사용된 증기 동력 장치인 증기 펌프의 발명자로 간주됩니다. 물에 직접 작용하는 증기 압력을 사용했습니다.
기계에 지속적인 동력을 전달할 수 있는 최초의 상업적으로 성공한 엔진은 Thomas Newcomen에 의해 1712년에 개발되었습니다. James Watt는 응축을 위해 사용된 증기를 별도의 용기로 제거하여 중요한 개선을 이루었으며 소비된 연료 단위당 얻을 수 있는 작업량을 크게 개선했습니다.
19세기까지 고정식 증기 기관은 산업 혁명의 공장에 동력을 공급했습니다. 증기 기관은 외륜 증기선의 선박용 돛과 철도에서 운행되는 증기 기관차를 대체했습니다.
왕복 피스톤식 증기 기관은 전기 모터와 내연 기관 설계의 발전으로 상업적 용도에서 증기 기관의 점진적인 교체로 이어진 20세기 초반까지 지배적인 동력원이었습니다. 증기 터빈은 더 낮은 비용, 더 높은 작동 속도 및 더 높은 효율성으로 인해 발전에서 왕복 엔진을 대체했습니다.
증기 기관에서는 일반적으로 보일러에서 공급되는 뜨거운 증기가 압력을 받아 팽창하고 열 에너지의 일부가 일로 변환됩니다. 나머지 열은 빠져나가도록 허용하거나, 최대 엔진 효율을 위해 증기는 비교적 낮은 온도와 압력에서 별도의 장치인 응축기에서 응축될 수 있습니다.
높은 효율을 위해 증기는 엔진 내 팽창의 결과로 넓은 온도 범위를 통과해야 합니다. 가장 효율적인 성능, 즉 낮은 응축기 온도와 높은 보일러 압력을 사용하여 공급된 열에 대한 최대 작업 출력을 확보합니다.
증기는 보일러에서 엔진으로 가는 도중에 과열기를 통과하여 더 가열될 수 있습니다. 일반적인 과열기는 보일러 용광로의 뜨거운 가스에 표면이 노출된 평행 파이프 그룹입니다.
과열기를 통해 증기는 끓는 물에 의해 생성되는 온도 이상으로 가열될 수 있습니다.
왕복 기관, 피스톤 및 실린더 유형의 증기 기관에서 압력을받는 증기는 밸브 메커니즘에 의해 실린더로 유입됩니다. 증기가 팽창함에 따라 피스톤을 밀어서 회전 운동을 생성하기 위해 일반적으로 플라이휠의 크랭크에 연결됩니다. 복동식 엔진에서 보일러의 증기는 피스톤의 양쪽으로 교대로 유입됩니다.
단순 증기 기관에서 증기의 팽창은 하나의 실린더에서만 발생하는 반면, 복합 기관에서는 증기의 더 큰 팽창과 더 높은 효율을 위해 크기가 증가하는 2개 이상의 실린더가 있습니다. 첫 번째와 가장 작은 피스톤은 초기 고압 증기에 의해 작동되고 두 번째 피스톤은 첫 번째에서 배출되는 저압 증기에 의해 작동됩니다.
증기 터빈에서 증기는 노즐을 통해 고속으로 배출된 다음 일련의 고정 및 이동 블레이드를 통해 흐르므로 로터가 고속으로 이동합니다. 증기 터빈은 더 작고 일반적으로 왕복 증기 엔진보다 더 높은 온도와 더 큰 팽창비를 허용합니다. 터빈은 증기로 많은 양의 전력을 생산하는 데 사용되는 보편적인 수단입니다.
증기 엔진은 다음을 포함한 모든 종류의 응용 프로그램에 사용되었습니다.
