Aurumootor (aurumasin) — definitsioon, tööpõhimõte ja ajalugu

Aurumootor (aurumasin): definitsioon, tööpõhimõte, ajalugu ja rakendused — kolbmootoritest auruturbiinideni, tööstusrevolutsioonist tänapäeva energiasektorini.

Aurumootor on mootor, mis kasutab liikumiseks keeva vee auru. Auru surub mootori osad liikuma, et panna need liikuma. Aurumootorid võivad käivitada mitmesuguseid masinaid, sealhulgas sõidukeid ja elektrigeneraatoreid.

Aurumootoreid kasutati kaevanduspumpades alates 18. sajandi algusest ja neid täiustas oluliselt James Watt 1770. aastatel. Nad olid väga olulised tööstusrevolutsiooni ajal, mil nad asendasid hobused, tuule- ja vesiveskid töötavate masinate jaoks.

Esimesed aurumasinad olid kolbmootorid. Aururõhk surus kolvi, mis pani selle liikuma mööda silindrit ja seega oli neil vastastikune (edasi-tagasi) liikumine. See võis otseselt liigutada pumpa või töötada väntvõlli abil, et keerata ratast ja töötada masinat. Need töötasid madala rõhu all ja pidid olema väga suured, et toota palju jõudu.

Aurumootoreid kasutati tehastes masinate töötamiseks ja kaevandustes pumpade liigutamiseks. Hiljem ehitati väiksemaid mootoreid, millega sai liigutada raudteevedureid ja aurulaevu.

Aurumootori jõuallikaks olev aur toodetakse katlas, mis kuumutab vett, et tekitada auru. Enamikus kohtades soojendab katel tuld. Tule kütuseks võib olla puit, kivisüsi või nafta. Tule asemel võib kasutada tuuma- või päikeseenergiat. Katlast väljuv aur rakendab jõudu kolbile. Klapp saadab auru kolvi ühele ja teisele otsale, et see liiguks edasi-tagasi. Liikuv kolb lükkab ja tõmbab kolbvarsi, ristpead ja ühendusrulli, et keerata rattaid või ajada teisi masinaid. Raske pöörlev hooratas tasandab kolvi jõudu. Regulaator reguleerib mootori pöörlemiskiirust.

Tänapäeval on paljud aurumasinad endiselt töös. 20. sajandil asendati kolvid turbiinidega, mis pöörlevad nagu tuuleveski, mida suruvad aurujoad. Need pöörlevad kiiremini ja suurema energiatõhususega kui algsed kolbiga aurumasinad. Neid kasutatakse elektrijaamades elektrit tootvate generaatorite käitamiseks. Ka mõned laevad töötavad auruturbiinide abil. Auruturbiinide katlaid saab kütta mitmete erinevate kütuseliikidega, mõnes elektrijaamas ja sõjalaevas isegi tuumareaktoriga.

Tööpõhimõte ja põhikomponendid

Aurumootori põhiprintsiip on lihtne: vesi kuumutatakse katlas auru tekitamiseks, ja see auruenergia muudetakse mehaaniliseks tööks. Kolbmootoris liigub aur silindris kolvi ühele või teisele poole; kolbi edasi‑tagasi liikumine teisendatakse väntvõlli või muu mehhanismiga pöördväljaks. Peamised komponendid on katel, silinder ja kolb, klappide juhtimissüsteem, kolbivarred ja ühendusmehhanismid, hooratas ning kiiruse reguleerija.

Oluline osa aurusüsteemist on ka kondensaator (kui kasutusel), mis kondenseerib auruks kulunud auru tagasi vette, võimaldades madalamat tagasitäidet ja suurendades efektiivsust. James Watt oli üks esimesi, kes eraldas kondensaatori silindrist — see vähendas märkimisväärselt soojuskadusid ja tõstis efektiivsust.

Aurutüübid ja tehnilised variatsioonid

• Lihtne kolbmootor — üks silinder, töötab madala rõhuga, kasutati varases tehasetööstuses ja pumpades.
• Mitmeastmeline (compound) kolbmootor — aur liigub järjest mitmesse silindrisse, lahtiande ajal laienev aur annab rohkem tööd ja tõstab efektiivsust.
• Kondenseeriv süsteem — kõrvaldades välja puhastatud auru, parandab efektiivsust ja töötab paremini suurema võimsuse korral.
• Auruturbine — aurujoad panevad pöörlema kettaid või labasid; kasutusel elektrijaamades ja suurtes laevades.

Lühike ajalooline ülevaade

Aurumootori arengul on mitu olulist etappi. Varajased aurumasinad (nt Thomas Newcomeni tüüpi) töötasid peamiselt kaevanduste pumpadega. Suure tehnoloogilise sammu tegi James Watt eraldatud kondensaatori väljatöötamisega, mis parandaski jõudlust. 19. sajandil arendati kõrgsurve aurumasinad ja aurutõukemootorid, mis võimaldasid ehitada raudteevedureid ja suuremaid aurulaevu. 20. sajandi keskpaigas hakatigi laialdaselt asendama kolbmootoreid ning osaliselt ka aurumootori kasutamist sisepõlemismootorite ja elektrimootoritega, kuid auruturbiinid jäid tähtsaks elektritootmises.

Kasutusalad ja tänapäevane tähtsus

Aurumootorid ja -turbiinid leiavad tänapäeval kasutust peamiselt elektrijaamades, kus auruturbiinid ajavad generaatorid, samuti mõnes meresõidus ning hobiauruvedurites ja muuseumieksponaatides. Auruturbiinide võimalus kasutada eri tüüpi kütuseid — alates fossiilkütustest kuni tuumareaktorite soojuseni — teeb need mitmekülgseks suurvõimsuse allikaks.

Tõhusus, ohutus ja keskkond

Aurumootorite ja -katelde efektiivsus sõltub rõhust, temperatuuriastmest ja disainist. Paremaks efektiivsuseks kasutatakse kõrgema rõhu ja temperatuuri auru (superkuumutamine) ja mitmeastmelist laienemist. Katelde ja aurusüsteemide ohutus on äärmiselt oluline — katla lõhkemised olid ajalooliselt tõsised õnnetuseallikad, seetõttu on tänapäevases tööstuses ranged ohutusnormid, surveallika kaitse, regulaarne hooldus ja sertifitseeritud operaatorid.

Keskkonnamõju sõltub kütusest: kivisüsi ja nafta tekitavad CO2-heidet, puidu põletamine toob kaasa osakesi, ning tänapäeval otsitakse lahendusi, et vähendada emissioone (nt puhastusmeetodid, taastuvenergia ja tuuma- või päikeseenergiat kasutavad süsteemid).

Kokkuvõte

Aurumootorid on tehnoloogia põhiala, mis käivitas tööstusrevolutsiooni ja mille põhimõtted on säilinud tänases energiatootmises auruturbiinide näol. Kuigi enamik transpordisüsteeme on üle läinud teist tüüpi mootoritele, on aurutehnoloogial püsiv roll elektritootmises, merepropulsioonis ja tehniliselt huvipakkuvate restaureeritud masinate näol.

Küsimused ja vastused

K: Mis on aurumasin?

K: Millal kasutati esimest korda aurumootoreid?

K: Kuidas töötavad aurumasinad?

K: Mis annab aurumootorile jõudu?

K: Kuidas on tehnoloogia muutunud võrreldes kolbmootorite algsete tüüpidega?

K: Millist kütust saab tänapäeval kasutada kateldes?

Otsing