Buhar Makinesi

Buhar Makinesi

Su buharının basıncından yararlanarak iş yapan makinelere buhar makinesi denir. Buhar makinesi dünyayı değiştiren bir buluştur. Önceleri her şey elle yapılırdı. Dokuma tezgâhları gibi elle çalışan bazı küçük makineler vardı, ama, fabrika diye bir şey bilinmiyordu. Ulaştırma at ve atlı arabayla yapılıyordu.

Buhar makinesinin bulunuşu hayatı çok etkiledi. Elle çalıştırılan makinelerin yerini buhar gücüyle çalıştırılanlar aldı. Her yerde fabrikalar kuruldu. Buharlı gemiler, lokomotifler   yolculuğu   kolaylaştırdı,   hızlandırdı. Eskiden, insan gücüyle, bir maldan birkaç tane yapılabilirdi. Buhar makinesi, aynı maldan günde birkaç yüz tane yapılmasını sağladı. XIX.  yüzyıl buhar  makinesi yüzünden her alanda  bambaşka bir görünüş   kazandı.

Buhar makinesi bir ısı makinesidir. Isı makineleri bir yakacaktan elde edilen ısıyı mekanik enerjiye çevirirler. Buhar makinesinde, bir buhar kazanı, bir de silindirli makine vardır.

Buhar kazanı, buhar makinesini çalıştıracak olan buharın elde edildiği yere denir. Makinenin istenilen gücü vermesi için gerekli buharı sağlayacak büyüklüktedir. Isı iletkenliği iyi olan bir madenden yapılmıştır. Kazanın bütünü, dıştan yatay duran bir silindire benzer.

Su borulu kazan, ocağın üstünde eğik duran birçok su borusundan meydana gelmiştir. Birçok borunun kullanılması ısınma yüzeyini arttırır. Bu boruların çevresini dolaşan alevler ve sıcak duman lar, boruların içindeki suyu ısıtır ve buharlaştırır. Su borulu kazanlarda buharlaşma çabuk olur. Gemilerde daha çok bu kazanlar kullanılır.

Alev borulu kazan, su dolu bir silindirin  içine yerleştirilmiş birçok yatay borudan meydana gelmiştir. Su borulu kazanın tersine bu borularda alev ve duman dolaşır. Bunlarla su borulu kazanlardan daha az buhar elde edilir. Lokomotiflerde alev borulu kazanlar kullanılır.

Buhar kazanlarının üzerinde, basınçtan patlamasını ya da susuzluktan yanmasını önlemek için bazı güvenlik araçları vardır:

1)         Su düzeci, alt ve üst uçları kazana bağlı bir cam borudur. Bileşik kaplar ilkesine dayanarak kazandaki suyun yüksekliğini, nereye kadar dolu olduğunu gösterir.

2)         Manometre, kazandaki buharın basıncını gösterir. Ateşçi manometreye bakarak suyu belli sıcaklıkta tutar. Basınç azalmışsa ocağa kömür atar. Basınç yüksekse bir süre kömür atmaz.

3)         Güven kapağı (emniyet supabı), kazandaki fazla buharın patlamaya yol açmasını önler. Buhar basıncı istenilenin üstüne çıkınca bu kapakçık kendiliğinden açılır, buhar basıncı normale dönene kadar açık kalır. Sonra tekrar kendiliğinden kapanır. Bir yayla ya da kaldıraçla ayarlanan bir düzendir. Yatay uzanan kolun üzerine istenilen basıncın değerine eşit, ağırlıklar asılmıştır. Buhar o basınçta kaldıkça ağırlıklar kapağı kapalı tutar; basınç çoğalınca ağırlıklar yetmez, kol yukarı kalkar ve açılan delikten buhar dışarı çıkar.

Buhar Makinesi Nasıl Çalışır?

Buhar makinesi için kazandan gelen yüksek basınçlı buhar, önce buhar kutusuna girer. Buhar, kutusunun içindeki çekmecenin durumuna göre silindire girer ve basınçla pistonu bir yöne doğru iterek iş yapar. Basıncı düşen buhar silindirden dışarı atılır. Bu arada durumu değişmiş olduğundan buhar kutusundaki taze buhar başka bir delikten silindire alınır ve pistonun öteki yüzüne basınç yaparak pistonu ters yönde hareket ettirir.

Pistona eklenen bir hareket kolu (biyel) ve ona bağlı bir kaldıraç (manivela) vardır. Bu donanımla pistonun gidip-gelme hareketi dönme hareketine çevrilir. Bu hareket bir mile bağlanarak milin dönmesi sağlanır. Bu dönme hareketi milden, kayış-kasnak ya da dişli donanımıyla istenilen yere alınır. Dönüşün düzgün, darbesiz olması için de mile ağırlığı büyük olan bir tekerlek (volan) geçirilir.

Volanın miline merkezinden kaçmış olarak yerleştirilen bir tekerlek (eksantrik) çekmecenin ileri-geri hareketini sağlar.

KONDANSÖR

Silindirde pistonu iterek iş yapmış buhar, soğutulup yoğunlaştırılmak için bir kazana gönderilir. Bu kazana kondansör denir. İş yapmış buharın dışarı atılması hem onun enerjisinin hepsinden yararlanmayı önleyeceği, hem de buhar kazanındaki suyu azaltacağı için kondansör kullanılır. Böylece su ve buhar kapalı bir devrede  dolaşır.

Buhar Makinesinin Tarihi

Kaynayan sudan çıkan buharın basıncından gelen bir itme gücü bulunduğu çok eskiden beri bilinmekteydi. Ama bu güçten yararlanmak için yüzyılların geçmesi gerekmiştir.

İlk olarak M.Ö. 120’de İskenderiyeli bilgin Heron buharla kendi kendine dönen bir küre yapmıştı. Bu geliştirilmeye elverişli bir deneme değildi. Buhar makinesini bugünkü durumuna getirecek  çalışmalar XVII. yüzyılda  başladı.

1698’de İngiliz mühendisi Thomas Savery buhar gücünü endüstride kullanmayı başardı. Bu, suyu buhar basıncıyla yükseklere çıkarabilen bir makineydi ve maden ocaklarındaki suyu boşaltmak için kullanılıyordu. Bu sıralarda Fransız fizikçisi Denis Papin, buhar makinesine bir piston koyarak önemli bir buluş yaptı. Bu makinede buhar, silindir içinde hareket eden pistonun yalnız bir yüzüne basınç yapıyordu. Buharı pistonun öteki yüzüne göndermek için birtakım muslukları elle açıp kapamak gerekiyordu. Bu işi küçük çocuklar yapıyordu. Böyle bir makinenin başında oturan Humphrey Potter adlı bir çocuk, istediği zaman makinenin başından ayrılabilmek için bir çare aradı. İpler ve kaldıraçlarla muslukları kendi kendine açıp kapayan bir düzen kurdu. Daha sonra mühendis Beighton bu buluşu geliştirdi.

Buhar makinesini en kullanışlı duruma sokan İskoç asıllı bir İngiliz, James Watt (1736-1819) olmuştur. Watt buhar makinesine kondansörü ekleyerek verimi arttırdı. Ayrıca gidip-gelme hareketini dönme hareketine çevirerek makinenin her alanda kullanılmasını sağladı. Buhar makinesi kullanarak kendi kendine hareket eden ilk aracı yapan Fransız mühendisi Cugnot’dur.

1803’te Amerikalı mühendis Robert Fulton buhar makinesiyle çalışan bir gemi yaptı. 1810’da George Stephenson buhar makinesini lokomotife uyguladı. Artık buhar çağı başlamıştı. Elektrik enerjisiyle birlikte buhar gücü de tekniğin ve dolayısıyle endüstrinin ilerlemesine yol açmıştı. Günümüzde bu ilerleme atom gücünün bulunmasıyla daha da hızlanmıştır.