एकदिश प्रवाह भाप इंजन

यूनिफ्लो प्रकार का भाप इंजन भाप का उपयोग करता है जो सिलेंडर के प्रत्येक आधे हिस्से में केवल एक ही दिशा में बहती है। सिलेंडर के साथ तापमान ढाल होने से थर्मल दक्षता बढ़ जाती है। भाप हमेशा सिलेंडर के गर्म सिरों से प्रवेश करती है और कूलर के केंद्र में दूसरे सिरे के माध्यम से बाहर निकलती है। इस तरह, सिलेंडर की दीवारों का आपेक्षिक ताप और शीतलन कम हो जाता है।

डिजाइन विवरण
भाप प्रविष्टि को समान्यतः पॉपट वॉल्व द्वारा नियंत्रित किया जाता है (जो  आंतरिक दहन इंजनों में उपयोग किए जाने वाले समान कार्य करते हैं) जो एक  कैंषफ़्ट  द्वारा संचालित होते हैं। स्ट्रोक की शुरुआत में न्यूनतम विस्तार मात्रा तक पहुंचने पर इनलेट वाल्व भाप को स्वीकार करने के लिए खुलते हैं। क्रैंक चक्र की अवधि के लिए, भाप को प्रवेश दिया जाता है, और पॉपपेट इनलेट को बंद कर दिया जाता है, जिससे स्ट्रोक के दौरान भाप के निरंतर विस्तार की अनुमति मिलती है, जिससे पिस्टन चला जाता है। स्ट्रोक के अंत के पास, पिस्टन सिलेंडर के केंद्र के चारों ओर रेडियल रूप से घुड़सवार निकास बंदरगाहों की एक अंगूठी को उजागर करेगा। ये बंदरगाह कई गुना और पाइपिंग से कंडेनसर से जुड़े होते हैं, जिससे वायुमंडल के नीचे के कक्ष में दबाव कम हो जाता है जिससे तेजी से थकावट होती है। क्रैंक के निरंतर घुमाव से पिस्टन चलता है। एनीमेशन से, एक यूनिफ्लो इंजन की विशेषताओं को देखा जा सकता है, एक बड़े पिस्टन के साथ सिलेंडर की लगभग आधी लंबाई, दोनों छोर पर पॉपपेट इनलेट वाल्व, एक कैंषफ़्ट (जिसकी गति ड्राइवशाफ्ट से ली गई है) और एक केंद्रीय रिंग निकास बंदरगाहों की।

लाभ
यूनिफ्लो इंजन संभावित रूप से एकल सिलेंडर में अधिक विस्तार की अनुमति देते हैं, बिना अपेक्षाकृत शांत निकास भाप काम कर रहे सिलेंडर के गर्म सिरे पर बहती है और स्टीम इंजन के स्टीम पोर्ट स्ट्रोक के दौरान पारंपरिक काउंटरफ्लो स्टीम इंजन। यह स्थिति उच्च तापीय दक्षता की अनुमति देती है। निकास बंदरगाह पिस्टन स्ट्रोक के केवल एक छोटे से अंश के लिए खुले हैं, पिस्टन के सिलेंडर के प्रवेश अंत की ओर यात्रा शुरू करने के ठीक बाद निकास बंदरगाह बंद हो गए हैं। निकास बंदरगाहों के बंद होने के बाद सिलेंडर के भीतर बची हुई भाप फंस जाती है, और यह फंसी हुई भाप रिटर्निंग पिस्टन द्वारा संकुचित हो जाती है। यह थर्मोडायनामिक रूप से वांछनीय है क्योंकि यह भाप के प्रवेश से पहले सिलेंडर के गर्म सिरे को पहले से गरम कर देता है। हालांकि, अत्यधिक संपीड़न के जोखिम के परिणामस्वरूप प्रायः छोटे सहायक निकास बंदरगाहों को सिलेंडर हेड्स में समिलित किया जाता है। इस तरह के डिजाइन को सेमी-यूनिफ्लो इंजन कहा जाता है।

इस प्रकार के इंजनों में समान्यतःएक इन-लाइन व्यवस्था में कई सिलेंडर होते हैं, और ये सिंगल- या डबल-एक्टिंग हो सकते हैं। इस प्रकार का एक विशेष लाभ यह है कि वाल्वों को कई कैंषफ़्ट के प्रभाव से संचालित किया जा सकता है, और इन कैंषफ़्ट के सापेक्ष चरण को बदलकर, प्रवेशित भाप की मात्रा कम गति पर उच्च टोक़ के लिए बढ़ाई जा सकती है, और कम हो सकती है संचालन की अर्थव्यवस्था के लिए परिभ्रमण गति। वैकल्पिक रूप से, एक अधिक जटिल कैम सतह का उपयोग करने वाले डिजाइनों ने पूरे कैंषफ़्ट को अनुदैर्ध्य रूप से उसके अनुयायी की तुलना में स्थानांतरित करके समय की भिन्नता की अनुमति दी, जिससे प्रवेश समय भिन्न हो सकता है। (कैमशाफ्ट को यांत्रिक या हाइड्रोलिक उपकरणों द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है।) और, पूर्ण चरण को बदलकर, इंजन के रोटेशन की दिशा को बदला जा सकता है। यूनिफ्लो डिजाइन भी सिलेंडर के माध्यम से एक निरंतर तापमान ढाल बनाए रखता है, सिलेंडर के एक ही छोर के माध्यम से गर्म और ठंडे भाप को पार करने से बचा जाता है।

नुकसान
व्यवहार में, यूनिफ्लो इंजन में कई परिचालन कमियाँ हैं। बड़े विस्तार अनुपात के लिए बड़े सिलेंडर वॉल्यूम की आवश्यकता होती है। इंजन से अधिकतम संभावित कार्य प्राप्त करने के लिए एक उच्च पारस्परिक दर की आवश्यकता होती है, समान्यतःडबल-एक्टिंग काउंटरफ्लो टाइप इंजन की तुलना में 80% तेज है। यह इनलेट वाल्वों के खुलने का समय बहुत कम होने का कारण बनता है, एक नाजुक यांत्रिक भाग पर बहुत दबाव डालता है। सामना किए गए विशाल यांत्रिक बलों का सामना करने के लिए, इंजनों को भारी रूप से निर्मित करना पड़ता है और टोक़ में विविधताओं को सुचारू करने के लिए एक बड़े चक्का की आवश्यकता होती है क्योंकि भाप का दबाव तेजी से बढ़ता है और सिलेंडर में गिरता है। क्योंकि सिलिंडर के आर-पार एक तापीय प्रवणता होती है, दीवार की धातु अलग-अलग हद तक फैलती है। इसके लिए सिलेंडर के बोर को गर्म सिरों की तुलना में ठंडे केंद्र में व्यापक बनाने की आवश्यकता होती है। यदि सिलेंडर को ठीक से गर्म नहीं किया जाता है, या यदि पानी प्रवेश करता है, तो नाजुक संतुलन बिगड़ सकता है, जिससे मध्य-स्ट्रोक जब्ती या संभावित विनाश हो सकता है।

इतिहास
यूनिफ्लो इंजन का पहली बार ब्रिटेन में 1827 में याकूब पर्किन्स  द्वारा उपयोग किया गया था और  लियोनार्ड जेनेट टोड  द्वारा 1885 में पेटेंट कराया गया था। इसे 1909 में जर्मन इंजीनियर  जोहान स्टंपफ (इंजीनियर)  द्वारा लोकप्रिय बनाया गया था, जिसमें 1908 में एक साल पहले पहला वाणिज्यिक स्थिर इंजन तैयार किया गया था।

भाप लोकोमोटिव
यूनिफ्लो सिद्धांत का मुख्य रूप से औद्योगिक बिजली उत्पादन के लिए उपयोग किया गया था, लेकिन इंग्लैंड में कुछ रेलवे लोकोमोटिव्स में भी कोशिश की गई थी, जैसे उत्तर पूर्वी रेलवे (यूके) यूनिफ्लो लोकोमोटिव्स एनईआर क्लास एस2#No.825|1913 का नंबर 825, और एनईआर कक्षा Z # नहीं। 2212|1918 की संख्या 2212, और मिडलैंड रेलवे पगेट लोकोमोटिव । फ्रांस में भी किए गए प्रयोग जर्मनी, संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस। किसी भी मामले में परिणाम आगे के विकास के लिए पर्याप्त उत्साहजनक नहीं थे।

स्टीम वैगन
यूनिफ्लो इंजन का पहला बड़े पैमाने पर उपयोग 1918 में एटकिंसन भाप गाड़ी  में हुआ था। केवल एक ऐसा स्टीम वैगन अभी भी अस्तित्व में है; यह 1918 में बनाया गया था, इसने अपना कामकाजी जीवन और ऑस्ट्रेलिया में अपमान की अवधि बिताई, और फिर इसे इंग्लैंड वापस भेज दिया गया और 1976-77 में  टॉम वर्ली  द्वारा बहाल किया गया।

स्किनर अनफ्लो
संयुक्त राज्य अमेरिका में 1930 के दशक के अंत और 1940 के दशक के दौरान स्किनर इंजन कंपनी द्वारा कंपाउंड अनफ्लो मरीन स्टीम इंजन के विकास के साथ यूनिफ्लो इंजन का अंतिम व्यावसायिक विकास हुआ। यह इंजन एक स्टीपल कंपाउंड इंजन  में संचालित होता है और समकालीन डीजल के लिए दक्षता प्रदान करता है।  ग्रेट लेक्स  पर कई  ट्रेन का घाट  इतनी सुसज्जित थीं, जिनमें से एक अभी भी चल रही है, SS Badger 1952 का। Casablanca-class escort carrierr}}, इतिहास में सबसे उर्वर  विमान वाहक  डिजाइन, दो 5-सिलेंडर स्किनर उनाफ्लो इंजन का उपयोग किया, लेकिन ये स्टीपल यौगिक नहीं थे। ग्रेट लेक्स सीमेंट वाहक में 2013 तक एक गैर-यौगिक स्किनर यूनिफ्लो सेवा में रहा SS St. Marys Challenger, 1950 में जब जहाज को फिर से संचालित किया गया था तब स्थापित किया गया था।

छोटे आकार में (लगभग से कम 1000 hp), भाप टर्बाइनों की तुलना में प्रत्यागामी भाप इंजन बहुत अधिक कुशल हैं। व्हाइट क्लिफ्स सोलर पावर स्टेशन  ने लगभग 25 kW विद्युत उत्पादन उत्पन्न करने के लिए  बैश वाल्व -टाइप प्रवेश वाल्व के साथ तीन-सिलेंडर यूनिफ्लो इंजन का उपयोग किया।

दो स्ट्रोक इंजनों का घर-निर्मित रूपांतरण
सिंगल-एक्टिंग यूनिफ्लो स्टीम इंजन कॉन्फ़िगरेशन दो-स्ट्रोक आंतरिक दहन इंजन के समान दिखता है, और दो-स्ट्रोक इंजन को एक यूनिफ्लो स्टीम इंजन में परिवर्तित करना संभव है, जिसके स्थान पर बैश वाल्व के माध्यम से भाप के साथ सिलेंडर को खिलाया जाता है। स्पार्क प्लग। जैसे-जैसे ऊपर उठता हुआ पिस्टन अपने स्ट्रोक के शीर्ष के निकट आता है, यह भाप के स्पंद को स्वीकार करने के लिए बैश वाल्व को खोल देता है। पिस्टन उतरते ही वाल्व अपने आप बंद हो जाता है, और मौजूदा सिलेंडर पोर्टिंग के माध्यम से भाप समाप्त हो जाती है। चक्का की जड़ता तब पिस्टन को संपीड़न के खिलाफ अपने स्ट्रोक के शीर्ष पर वापस ले जाती है, जैसा कि यह इंजन के मूल रूप में होता है। साथ ही मूल की तरह, रूपांतरण स्व-प्रारंभिक नहीं है और इसे प्रारंभ करने के लिए बाहरी शक्ति स्रोत द्वारा चालू किया जाना चाहिए। इस तरह के रूपांतरण का एक उदाहरण भाप से चलने वाली मोपेड है, जिसे पैडल मारकर शुरू किया जाता है।

यह भी देखें

 * उन्नत भाप प्रौद्योगिकी

स्रोत

 * द इंग्लिश यूनिवर्सिटीज प्रेस लिमिटेड, लंदन, 1960, पीपी 40-41 द्वारा प्रकाशित ई. डी विले द्वारा खुद को हीट इंजन सिखाएं

बाहरी कड़ियाँ

 * The Museum of Retro Technology – Uniflow Steam Engines