Az első gőzgép

2021. december 29. - Tokár Tamás Zalán

Az első gőzgépet Thomas Newcomen tervezte üzlettársával, Thomas Saveryvel 1712-ben, Angliában. A bányák tárnáit gyakran elöntötte a víz, melyet állati vagy kézi erővel meglehetősen időigényes volt eltávolítani. Erre a problémára nyújtott megoldást Newcomen és társa szerkezete. Először a Dudley-i Conygree szénbányában próbálták ki, a gőzgép néhány óra alatt kiszivattyúzta a vizet és ezzel 500 ló munkáját végezte el. A gőzgépre nem csak Angliában volt igény, hanem Európában és Észak-Amerikában is használták. Amikor Thomas Newcomen 1729-ben meghalt, már 100 gépe működött különféle bányákban. Newcomen gépének azonban volt egy hátránya, alacsony hatásfokkal dolgozott. A víz befecskendezésekor a henger lehűlt, így újra és újra fel kellett melegíteni. Az állandó működéshez fűtőanyag kellett, ezért a szerkezetet csak a bányák közvetlen közelében lehetett használni. Newcomen masináját James Watt, skót feltaláló 1769-ben szabadalmaztatott gőzgépe váltotta le. A feltaláló elválasztotta a gőzlecsapódást végző kondenzátort a hengertől, amiben a dugattyú mozgott, így már hatékonyabb működést eredményezett.

Az első gőzgépet Thomas Newcomen (1664-1729) tervezte üzlettársával, Thomas Saveryvel (1650-1715) 1712-ben, Angliában. Először a Dudley-i Conygree szénbányában próbálták ki, a gőzgép néhány óra alatt kiszivattyúzta a vizet és ezzel 500 ló munkáját végezte el. (Kép innen)

6 komment

Motorogre 2021.12.30. 12:48:34

Köszönjük, érdekes !
Azért sokan mások is bábáskodtak a masinagép körül, pl. Papen, Leibniz - az elsőség kérdése is bizonytalan, melyik minősül már üzemképes gépnek. A téma könyvtárakat tölt meg...

A posztban viszont hiányolom a gépek jellemzőit (a "néhány óra alatt 500 ló " komolytalan) , laikus szinten:
az atmoszférikus gőzgép azt jelenti, hogy a hengert légköri nyomású gőzzel töltik fel, és ezt a gőzt hűtik, ezért lecsapódik. Mivel a lecsapódott kondenzvíz térfogata töredéke a gőzének, a hengerben vákuum lesz - a dugattyút a légköri nyomás benyomja, ez a gép munkavégző üteme.
A gőz hűtése történt kívülről, a henger hűtésével, így percenként egy munkaütemet lehetett elérni, a jó hűtés miatt vékony henger sérülékeny volt. A vízbeporlasztással történő hűtés (melyet kánikulai napokon közterek ventilátorainál most is élvezhetünk) révén percenként 4- 6 munkaütemre gyorsult a gép , ez is igen kevés ezért kellett hatalmas hengert és benne óriási dugattyút készíteni.
(ma egy autómotor alapjárata 600-800 fordulat percenként).
Fél évszázad múlva került sor (Watt) hogy ne a gőz kondenzációját, hanem a nagynyomású gőz expanzióját használják fel munkavégzésre - így jelentősen nőtt a fordulatszám (stabil gépeknél 150-200 ford/perc) és a hatásfok is megközelítette a 10 %-ot. De nincs öröm üröm nélkül: ezeknél a túlnyomásos gépeknél már van robbanásveszély - ami az expanziósnál nem volt !!

Az tévhit, hogy a gőzkazánban nő a nyomás. Ezek a kazánok izobar-ok, a tápszivattyú növeli meg az előmelegített víz nyomását, a kazánban csak a fázisváltás történik, a víz gőzzé alakul. Egy ipari gőzkazán robbanás során ma egy Hirosimai bombával kb. azonos energia szabadulhat fel - a kazán alagutat fúr a talajban .
A szokásos széntüzelésű erőművekben ma 150-160 bar és 540 C fok a szokásos érték (az acél tulajdonságai miatt nem lehet nagyobb).

De vissza a múltba: hazánkban a Békésszentandrási Szivattyútelepen még üzemképes az 1902-es hazai gyártású Schlick-Nicholson gőzüzemű szivattyú - érdemes megtekinteni.
Üzlet az üzlet: a gőzgépek első kb. 100 évében ezek a gyár tulajdonában voltak, operatív lízing stílusban üzemeltek: az egyéb szivattyúmeghajtások (ló) költségéhez képest elért megtakarítás felét kapta a gyár .

Vén motoros 2021.12.31. 11:57:17

@Motorogre: "Az tévhit, hogy a gőzkazánban nő a nyomás. Ezek a kazánok izobar-ok, a tápszivattyú növeli meg az előmelegített víz nyomását, a kazánban csak a fázisváltás történik, a víz gőzzé alakul."
Kérlek, erről írjál még pár sort. Vagy linket. Számomra ez a két mondat újdonság volt. Mivel villamosmérnök vagyok, a Műegyetemen a gőzgépekről csak érintőlegesen tanultunk, ezért ez a két sor meglepett. Ha hőerőgépész lennék, bizonyára érteném.

Motorogre 2021.12.31. 19:14:19

@Vén motoros:
A gőzkazánba a tápvizet szivattyú „nyomja” be, a kazán belépésnél a nyomás kicsit nagyobb mint a kilépő gőz, mert a kazánnak is van hidraulikus ellenállása. Az erőművi kb. 160 bar-t többfokozatú centrifugál szivattyúval érik el ( a teljesítménye MW-s) . A gőzgépen (gőzturbinán) expandál a forró gőz: lehűl és csökken a nyomása (az atmoszféra nyomás alá, így lesz hatékony az expanzió – igen, ott ha kilukad a cső, a levegő menne be!) A lecsapódó kondenzvizet továbbítja a szivattyú a gőzkazánba, aminek három szegmense van: előmelegítő (itt forráspontig melegszik, a csőben folyadék van), elpárologtató (vízből gőz lesz, a kazáncsőben nedves gőz van) és túlhevítő (belül száraz gőz… ).
De így lazán: kell egy gép ami miatt a közeg (víz, gőz) kering a rendszerben – ez a szivattyú. Ahogy a hűtőgépben is van … ott kompresszornak hívják. (létezik olyan 3 fázisú amiben tényleg nincs…off).

A „gőz termodinamika” keresőszóval rengeteg anyag, jegyzet, mintapélda található, az idegen szavaktól nem kell megijedni, pici ízelítő, ami még illik a kommentbe:

A termodinamik következő alap állapotváltozásokat használja a gázok/gőzök zárt rendszerére (m= állandó, a változás lassú
- izochor (állandó térfogatú), pl. egy lezárt fazék,
- izobar (állandó térfogatú), függőleges hengerben szabadon mozgó dugattyú (s rajta egy súly)
- izoterm (állandó hőmérsékletű), pl. forrásban lévő víz és gőz keveréke,
- adiabatikus (nincs hőcsere a környezettel), pld. pumpa hirtelen lenyomása, diesel motor hidegindulása, szénsavpatron kiszúrása
Két állapot közti változás a fentiekből összerakható, a közölt hő és végzett munka számítható.
Izochor-nál az Cv állandó térfogatú fajhőt kell használni Q= cv * m* ΔT a bevitt/elvont hőmennyiség számítására, izobárnál a Cp állandó térfogatút. A Cp nyilván nagyobb mint Cv, mert nemcsak a belső energiát kell hő formájában bevezetni, hanem a tágulás során végzett munkának megfelelő energiát is. Ha a gáz felemeli a dugattyút, akkor munkát végez a Föld légkörének emelésével – de ha a súlyt emeli meg, az sokkal szemléletesebb. Izotermnél ΔT= nulla, nincs fajhő - de a bevitt hő egyenlő a végzett munkával (Δv * p, ahol v a térfogat, p a nyomás) .
Ha a közeg nedves gőz (azaz gőz és apró folyadékcseppek keveréke), akkor a hőcserénél fajhővel nem lehet számolni, a párolgáshőt kell tömegarányosan figyelembe venni. Ha a közeg száraz gőz (már nincs folyadékcsepp, mind elpárolgott) akkor gőztáblázatokban találhatók az adatok. Ha gáz (azaz hőmérséklete nagyobb mint az adott anyag kritikus hőmérséklete) akkor minél forróbb, annál pontosabbak a cv és cp fajhők.
Nem egynemű (pl. levegő: keverék) anyagoknál különös számítási módszerek vannak.
Nem bonyolult, sok sikert jó szórakozást ! és
BUÉK

Vén motoros 2021.12.31. 20:38:44

@Motorogre: Boldog új esztendőt!
Köszönöm ezt a nagyon részletes ismertetőt. (Őszintén kérdezem: tanítod, üzemelteted, vagy tervezed?) A termodinamikai rész nem volt idegen tőlem, ezt nagyjából a landler Technikumban és a Műegyetemen is tanították. Elméletben! A gőzerőművi rész - erőművi gőzkazán, annak a kiszolgáló egységei és a gőzturbina - még érintőlegesen sem volt oktatva, ezért nem volt fogalmam róla. Amit megemlítettek: egy átlagos gőzmozdony, de nem a 424-es technikai szintjén, hanem Stephenson szintjén. Vicces, hogy míg a Ganz VM Lövőház utcai telephelyén nagyfeszültségű villamos próbatermeket terveztem sorozatban, sőt, a "Melegpörgetőt" (ahol a turbogenerátorokat pörgették, mérték) kiszolgáló villamos berendezések felújitását is, magához a turbogenerátort hajtó gőzturbinákhoz annyit se értettem, mint hajdú a harangöntéshez.

Dióhéjban arról, ki vagy mi volt (vagy lesz) az első

Ez az első

Ez az első

Az első gőzgép

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

midnight coder 2021.12.30. 10:05:29