Back to the topics list

уурын хөдөлгүүр

Уурын хөдөлгүүрийн тухай ойлголт

Уурын машин бол хүний ​​нийгмийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн гайхалтай машин юм. Энэ нь уурын дулааны энергийг механик ажил болгон хувиргадаг бөгөөд үүнийг машин механизм, зүтгүүр, тэр ч байтугай хөлөг онгоц зэрэг янз бүрийн зориулалтаар ашиглаж болно. Үүний үйл ажиллагаа, төрөл, ач холбогдлыг нарийвчлан авч үзье.

Түүх ба үндсэн зарчим

Томас Ньюкомен, Жеймс Ватт зэрэг зохион бүтээгчид ихээхэн хувь нэмэр оруулсан уурын хөдөлгүүрийг олон зууны турш хөгжүүлсэн. Уурын хөдөлгүүрийн үндсэн зарчим бол ууранд хуримтлагдсан энергийг механик энерги болгон хувиргах явдал юм. Энэ процесст ус халааж, уур гаргаж авдаг бөгөөд дараа нь тэлж, ажилладаг бөгөөд ихэвчлэн цилиндр дотор поршений хөдөлдөг.

Энгийн тэгшитгэлийг ашиглан уурын хийсэн ажлыг дараах байдлаар илэрхийлж болно: \(W = P \times V\) , Үүнд:

• W нь уурын хийсэн ажил (жоуль),
• P нь уурын даралт (паскалаар), ба
• V нь уурын эзлэхүүний өөрчлөлт (шоо метрээр).

Уурын хөдөлгүүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Ердийн уурын хөдөлгүүр нь хэд хэдэн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэнэ.

• Бойлер: Төрөл бүрийн түлшний эх үүсвэрийг ашиглан ус халааж уур гаргадаг.
• Поршений болон цилиндр: Уурын тэлэлт нь поршений цилиндрийг нааш цааш түлхэж, дулааны энергийг механик энерги болгон хувиргадаг.
• Хавхлагын араа: Цилиндр рүү орж гарах уурын урсгалыг удирдаж, уурыг поршений хоёр тал руу ээлжлэн чиглүүлдэг.
• Flywheel: Поршений хөдөлгөөнийг жигдрүүлж, эргэлтийн тасралтгүй хөдөлгөөнийг хангана.

Уурын хөдөлгүүрийн төрлүүд

Уурын хөдөлгүүрийг ерөнхийд нь хоёр төрөлд хувааж болно.

• Поршений уурын хөдөлгүүрүүд: Хөдөлгөөнийг бий болгохын тулд поршений нааш цааш хөдөлгөөнийг ашиглана. Тэдгээр нь ихэвчлэн эхний зүтгүүр, суурин машинд байдаг.
• Уурын турбинууд: Босоо тэнхлэгт суурилуулсан хэд хэдэн ир рүү чиглэсэн өндөр даралтын уурыг ашиглан эргэлтийн хөдөлгөөнийг бий болгоно. Уурын турбин нь илүү үр ашигтай бөгөөд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, том хөлөг онгоцонд ашиглагддаг.

Үр ашиг ба сайжруулалт

Уурын хөдөлгүүрийн үр ашиг нь уурын энергийг механик ажилд хэр сайн хувиргаж болохыг харуулдаг. Үр ашгийг ( \(\eta\) ) томъёогоор тооцоолж болно: \(\eta = \frac{W_{output}}{Q_{input}}\) Үүнд:

• \(W_{output}\) нь механик ажлын гаралт (жоуль) ба
• \(Q_{input}\) нь дулааны энергийн оролт (жоуль) юм.

Цаг хугацаа өнгөрөхөд уурын хөдөлгүүрийн үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд хэд хэдэн сайжруулалт хийгдсэн бөгөөд үүнд:

• Нийлмэл хөдөлгүүр: Уурыг өргөтгөх олон үе шаттайгаар ашиглан илүү их ажил гарга.
• Хэт халах: Уурыг буцалгах цэгээс дээш халааж, даралтыг нэмэгдүүлэхгүйгээр тэлэлтийн харьцааг нэмэгдүүлж, үр ашгийг дээшлүүлнэ.
• Конденсаторууд: Барагдсан уурыг буцаан ус болгон хөргөж, вакуум үүсгэснээр хөдөлгүүрийн үр ашгийг нэмэгдүүлнэ.

Уурын хөдөлгүүрийн хэрэглээ

Илүү орчин үеийн хөдөлгүүрүүдийн сүүдэрт өртсөн хэдий ч уурын хөдөлгүүрүүд түүхэндээ өргөн хүрээний хэрэглээтэй байсан:

• Тээвэр: Уурын зүтгүүр нь 19-р зууны эхэн үеэс 20-р зууны дунд үе хүртэл төмөр замын тээврийн гол тулгуур байсан.
• Аж үйлдвэрийн хувьсгал: Уурын хөдөлгүүрүүд аж үйлдвэрийн хувьсгалыг хөдөлгөж байсан машинуудыг ажиллуулж, нэхмэл эдлэл, үйлдвэрлэл зэрэг салбаруудыг өөрчилсөн.
• Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх: Уурын турбиныг дулааны цахилгаан станцуудад цахилгаан үүсгүүр жолоодох замаар цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг хэвээр байна.

Энгийн уурын хөдөлгүүртэй туршилт

Хэдийгээр бид энд шууд туршилт хийх боломжгүй ч гэртээ эсвэл ангийн орчинд зохих хяналтан дор уурын хөдөлгүүрийн үндсэн туршилтыг бий болгох боломжтой. Энэ нь битүүмжилсэн саванд бага хэмжээний усыг уур гаргах хүртэл халаана. Уур нь савны доторх даралтыг ихэсгэх бөгөөд дараа нь энгийн бүлүүр хөдөлгөх эсвэл дугуйг эргүүлэхэд ашиглаж болно. Энэ нь ажил хийхэд уурыг хэрхэн ашиглаж болох үндсэн зарчмуудыг харуулж байна.

Дүгнэлт

Уурын машин нь дэлхийн олон талаар хувьсгал хийж, аж үйлдвэрийн хувьсгалыг эхлүүлж, орчин үеийн аж үйлдвэржсэн нийгэмд шилжих эхлэлийг тавьсан юм. Олон төрлийн хэрэглээнд шинэ технологиуд уурын хөдөлгүүрийг орлож байгаа хэдий ч тэдгээрийн цаад зарчмууд нь термодинамик болон дулааны энергийг механик ажил болгон хувиргах үйл явцыг ойлгох үндэс суурь хэвээр байна. Уурын машин нь хүний ​​ур ухаан, инновацийн хүч чадлын нотолгоо юм.