इंजन दक्षता: Difference between revisions
From Vigyanwiki
No edit summary |
No edit summary |
||
| (4 intermediate revisions by 3 users not shown) | |||
| Line 30: | Line 30: | ||
== घर्षण == | == घर्षण == | ||
एक इंजन में कई गतिमान पुर्जे होते हैं जो घर्षण उत्पन्न करते हैं। इनमें से कुछ घर्षण बल स्थिर रहते हैं (जब तक लागू भार स्थिर रहता है); इंजन की गति बढ़ने पर इनमें से कुछ घर्षण नुकसान बढ़ जाते हैं, जैसे कि पिस्टन साइड फोर्स और कनेक्टिंग बियरिंग फोर्स (ऑसिलेटिंग पिस्टन से बढ़ी हुई [[ जड़ता |जड़ता]] बलों के कारण)। उच्च गति पर कुछ घर्षण बल कम हो जाते हैं, जैसे कि [[ कैंषफ़्ट |कैंषफ़्ट]] के लोब पर घर्षण बल [[ चार स्ट्रोक चक्र इंजन वाल्व |चार स्ट्रोक चक्र इंजन वाल्व]] को संचालित करने के लिए उपयोग किया जाता है (उच्च गति पर वाल्व की जड़ता कैम फॉलोअर को कैम लोब से दूर खींचती है)। घर्षण बलों के साथ, एक | एक इंजन में कई गतिमान पुर्जे होते हैं जो घर्षण उत्पन्न करते हैं। इनमें से कुछ घर्षण बल स्थिर रहते हैं (जब तक लागू भार स्थिर रहता है); इंजन की गति बढ़ने पर इनमें से कुछ घर्षण नुकसान बढ़ जाते हैं, जैसे कि पिस्टन साइड फोर्स और कनेक्टिंग बियरिंग फोर्स (ऑसिलेटिंग पिस्टन से बढ़ी हुई [[ जड़ता |जड़ता]] बलों के कारण)। उच्च गति पर कुछ घर्षण बल कम हो जाते हैं, जैसे कि [[ कैंषफ़्ट |कैंषफ़्ट]] के लोब पर घर्षण बल [[ चार स्ट्रोक चक्र इंजन वाल्व |चार स्ट्रोक चक्र इंजन वाल्व]] को संचालित करने के लिए उपयोग किया जाता है (उच्च गति पर वाल्व की जड़ता कैम फॉलोअर को कैम लोब से दूर खींचती है)। घर्षण बलों के साथ, एक संचालन इंजन में पंपिंग लॉस होता है, जो कि सिलेंडर में हवा को अंदर और बाहर ले जाने के लिए आवश्यक कार्य है। यह पंपिंग नुकसान कम गति पर न्यूनतम है, लेकिन गति के वर्ग के रूप में लगभग बढ़ जाता है, जब तक कि रेटेड शक्ति पर एक इंजन घर्षण और पंपिंग घाटे को दूर करने के लिए कुल बिजली उत्पादन का लगभग 20% उपयोग कर रहा हो। | ||
== [[ ऑक्सीजन |ऑक्सीजन]] == | == [[ ऑक्सीजन |ऑक्सीजन]] == | ||
| Line 46: | Line 46: | ||
प्रत्यागामी इंजनों में कम तापीय दक्षता होती है क्योंकि इंजन से निकलने वाला एकमात्र प्रयोग करने योग्य काम जनरेटर से होता है। | प्रत्यागामी इंजनों में कम तापीय दक्षता होती है क्योंकि इंजन से निकलने वाला एकमात्र प्रयोग करने योग्य काम जनरेटर से होता है। | ||
कम गति पर, गैसोलीन इंजन उच्च अशांति और घर्षण (शीर्ष) हानि से छोटे त्वरित्र के आरम्भ पर दक्षता हानि का सामना करते हैं, जब आने वाली हवा को लगभग बंद त्वरित्र (पंप नुकसान) के आसपास अपना रास्ता लड़ना चाहिए; डीजल इंजनों को इस नुकसान का सामना नहीं करना पड़ता है क्योंकि आने वाली हवा को त्वरित्र नहीं किया जाता है, लेकिन कम मात्रा में बिजली उत्पादन के लिए हवा को संपीडित करने के लिए पूरे आवेश के उपयोग के कारण संपीडन हानि होती है। | |||
उच्च गति पर, दोनों प्रकार के इंजनों में दक्षता पम्पिंग और यांत्रिक घर्षण नुकसान से कम हो जाती है, | उच्च गति पर, दोनों प्रकार के इंजनों में दक्षता पम्पिंग और यांत्रिक घर्षण नुकसान से कम हो जाती है, जिसके भीतर कम अवधि में दहन सम्पादित होता है। उच्च गति के परिणामस्वरूप अधिक ड्रैग भी होता है। | ||
====गैसोलीन ([[ पेट्रोल |पेट्रोल]]) इंजन ==== | ====गैसोलीन ([[ पेट्रोल |पेट्रोल]]) इंजन ==== | ||
आधुनिक गैसोलीन इंजनों की अधिकतम तापीय क्षमता 50% से अधिक होती है,<ref>{{Cite web|title=How F1 technology has supercharged the world {{!}} Formula 1®|url=https://www.formula1.com/en/latest/article.how-f1-technology-has-supercharged-the-world.6Gtk3hBxGyUGbNH0q8vDQK.html|access-date=2020-10-11|website=www.formula1.com|language=en}}</ref> लेकिन कार को चलाने के लिए उपयोग किए जाने पर सड़क | आधुनिक गैसोलीन इंजनों की अधिकतम तापीय क्षमता 50% से अधिक होती है,<ref>{{Cite web|title=How F1 technology has supercharged the world {{!}} Formula 1®|url=https://www.formula1.com/en/latest/article.how-f1-technology-has-supercharged-the-world.6Gtk3hBxGyUGbNH0q8vDQK.html|access-date=2020-10-11|website=www.formula1.com|language=en}}</ref> लेकिन कार को चलाने के लिए उपयोग किए जाने पर सड़क पर नियमित रूप से चलने वाली कारें केवल 20% से 35% होती हैं। दूसरे शब्दों में, भले ही इंजन अधिकतम तापीय दक्षता के अपने बिंदु पर चल रहा हो, खपत किए गए गैसोलीन द्वारा जारी कुल ऊष्मा ऊर्जा का, कुल शक्ति का लगभग 65-80% उपयोगी कार्य में बदले बिना ऊष्मा के रूप में उत्सर्जित होता है।<ref name="Baglione 2007">{{cite thesis |type=Ph.D. |title=Development of System Analysis Methodologies and Tools for Modeling and Optimizing Vehicle System Efficiency |last=Baglione |first=Melody L. |year=2007 |publisher =University of Michigan |pages=52–54 |hdl=2027.42/57640 |url=http://deepblue.lib.umich.edu/handle/2027.42/57640}}</ref> इस अस्वीकृत ऊष्मा का लगभग आधा निकास गैसों द्वारा दूर किया जाता है, और आधा सिलेंडर की दीवारों या सिलेंडर शीर्ष के माध्यम से इंजन शीतलन प्रणाली में जाता है, और शीतलन प्रणाली रेडिएटर के माध्यम से वातावरण में पारित किया जाता है।<ref>{{cite web |url=http://www.arrowheadradiator.com/14_rules_for_improving_engine_cooling_system_capability_in_high-performance_automobiles.htm |title = Web Page Under Construction}}</ref> उत्पन्न कुछ कार्य घर्षण, शोर, वायु अशांति के रूप में भी खो जाता है, और इंजन उपकरण और उपकरण जैसे [[ परिसंचरण पंप |परिसंचरण पंप]] और विद्युत [[ आवर्तित्र |आवर्तित्र]] को चालू करने के लिए उपयोग किया जाने वाला कार्य, वाहन को स्थानांतरित करने के लिए उपलब्ध ईंधन द्वारा जारी ऊर्जा का लगभग 20-35% ही छोड़ता है। | ||
इस '''इंजन''' में पेट्रोल और हवा का मिश्रण कार्ब्युरेटर में होता है, जिससे हवा और पेट्रोल का ये मिश्रण सिलेंडर में चला जाता है, इस '''इंजन''' में पहले हवा और पेट्रोल संपीडित होता है, इसके बाद फ्यूल इलेक्ट्रिक स्पार्क के ज़रिए प्रज्वलित होता है तत्पश्चात पेट्रोल और हवा के मिश्रण में हवा का औसत ज्यादा होता है. | |||
2008 से 2015 में, | एक गैसोलीन इंजन गैसोलीन और वायु के मिश्रण को जलाता है, जिसमें हवा के लगभग बारह से अठारह भागों (वजन के अनुसार) से लेकर ईंधन के एक भाग (वजन के अनुसार) तक होता है। 14.7:1 वायु/ईंधन अनुपात वाला मिश्रण [[ रससमीकरणमितीय |रससमीकरणमितीय]] होता है, अर्थात जब इसे जलाया जाता है, तो इसमें 100% ईंधन और ऑक्सीजन की खपत होती है। थोड़े कम ईंधन वाले मिश्रण, जिन्हें [[ लीन बर्न |लीन बर्न]] कहा जाता है, अधिक सक्षम होते हैं। [[ दहन |दहन]] एक प्रतिक्रिया है जो ईंधन के साथ गठबंधन करने के लिए हवा की ऑक्सीजन सामग्री का उपयोग करती है, जो कई [[ हाइड्रोकार्बन |हाइड्रोकार्बन]] का मिश्रण है, जिसके परिणामस्वरूप जल वाष्प, [[ कार्बन डाइऑक्साइड |कार्बन डाइऑक्साइड]] और कभी-कभी [[ कार्बन मोनोआक्साइड |कार्बन मोनोआक्साइड]] और आंशिक रूप से जले हुए हाइड्रोकार्बन होते हैं। इसके अलावा, उच्च तापमान पर ऑक्सीजन [[ नाइट्रोजन |नाइट्रोजन]] के साथ मिलकर [[ नाइट्रोजन ऑक्साइड |नाइट्रोजन ऑक्साइड]] बनाता है (सामान्यतः NOx के रूप में संदर्भित किया जाता है, क्योंकि इस प्रकार X सबस्क्रिप्ट यौगिक में ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या भिन्न हो सकती है)। यह मिश्रण, अप्रयुक्त नाइट्रोजन और [[ वायुमंडलीय रसायन |वायुमंडलीय रसायन]] के साथ, निकास प्रणाली में पाया जाता है। | ||
2008 से 2015 में, जीडीआई ([[ गैसोलीन डायरेक्ट इंजेक्शन |गैसोलीन डायरेक्ट अंत:क्षेपण]]) ने इस ईंधन प्रणाली से लैस इंजनों की दक्षता को 35% तक बढ़ा दिया।{{citation needed|date=November 2016}} वर्तमान में, 2020 तक विभिन्न प्रकार के वाहनों में यह तकनीक उपलब्ध है।{{Citation needed|date=April 2016}} | |||
| Line 61: | Line 63: | ||
डीजल चक्र का उपयोग करने वाले इंजन सामान्यतः अधिक सक्षम होते हैं, हालांकि समान संपीडन अनुपात में डीजल चक्र स्वयं कम सक्षम होता है। चूंकि डीजल इंजन बहुत अधिक संपीडन अनुपात का उपयोग करते हैं (संपीडन की ऊष्मा का उपयोग धीमी गति से जलने वाले [[ डीजल ईंधन |डीजल ईंधन]] को प्रज्वलित करने के लिए किया जाता है), यह उच्च अनुपात इंजन के भीतर वायु पम्पिंग नुकसान की भरपाई से अधिक है। | डीजल चक्र का उपयोग करने वाले इंजन सामान्यतः अधिक सक्षम होते हैं, हालांकि समान संपीडन अनुपात में डीजल चक्र स्वयं कम सक्षम होता है। चूंकि डीजल इंजन बहुत अधिक संपीडन अनुपात का उपयोग करते हैं (संपीडन की ऊष्मा का उपयोग धीमी गति से जलने वाले [[ डीजल ईंधन |डीजल ईंधन]] को प्रज्वलित करने के लिए किया जाता है), यह उच्च अनुपात इंजन के भीतर वायु पम्पिंग नुकसान की भरपाई से अधिक है। | ||
आधुनिक टर्बो-डीजल इंजन दक्षता बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित कॉमन-रेल फ्यूल अंत:क्षेपण का उपयोग करते हैं। ज्यामितीय रूप से परिवर्तनीय टर्बो-आवेशिंग सिस्टम (यद्यपि अधिक रखरखाव) की मदद से यह इंजन के टॉर्क को कम इंजन गति (1,200–1,800 rpm) पर भी बढ़ाता है। MAN B&W डीजल S80ME-C7 जैसे कम गति वाले डीजल इंजनों ने 54.4% की समग्र [[ ऊर्जा रूपांतरण दक्षता |ऊर्जा रूपांतरण दक्षता]] | आधुनिक टर्बो-डीजल इंजन दक्षता बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित कॉमन-रेल फ्यूल अंत:क्षेपण का उपयोग करते हैं। ज्यामितीय रूप से परिवर्तनीय टर्बो-आवेशिंग सिस्टम (यद्यपि अधिक रखरखाव) की मदद से यह इंजन के टॉर्क को कम इंजन गति (1,200–1,800 rpm) पर भी बढ़ाता है। MAN B&W डीजल S80ME-C7 जैसे कम गति वाले डीजल इंजनों ने 54.4% की समग्र [[ ऊर्जा रूपांतरण दक्षता |ऊर्जा रूपांतरण दक्षता]] प्राप्त की है, जो किसी भी एकल-चक्र आंतरिक दहन या [[ बाहरी दहन |बाहरी दहन]] इंजन द्वारा ईंधन के बिजली में उच्चतम रूपांतरण है।<ref name="bmmWW">{{cite web |url=http://mandieselturbo.com/files/news/filesof16119/tech_paper_low_speed.pdf |title=Low Speed Engines Tech Paper |publisher=Man Diesel and Turbo |access-date=2017-04-25}}</ref><ref name="mhi">{{cite web |url=http://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e451/e451021.pdf |title=Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol.45 No.1 (2008) |date=March 2008 |access-date=2017-04-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20110610133725/http://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e451/e451021.pdf |archive-date=June 10, 2011 |url-status=live |df=mdy }}</ref><ref>{{cite web |title=MHI Achieves 1,600°C Turbine Inlet Temperature in Test Operation of World's Highest Thermal Efficiency "J-Series" Gas Turbine |publisher=[[Mitsubishi Heavy Industries]] |date=May 26, 2011 |url=http://www.mhi.co.jp/en/news/story/1105261435.html |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20120318232638/http://www.mhi.co.jp/en/news/story/1105261435.html |archive-date=March 18, 2012 }}</ref> बड़े डीजल ट्रकों, बसों और नई डीजल कारों में इंजन लगभग 45% चरम दक्षता प्राप्त कर सकते हैं।<ref>{{cite web | ||
|url=http://www.epa.gov/otaq/models/ngm/may04/crc0304c.pdf |title=Medium and Heavy Duty Diesel Vehicle Modeling Using a Fuel Consumption Methodology |year=2004 |access-date=2017-04-25 |publisher=US EPA}}</ref> | |url=http://www.epa.gov/otaq/models/ngm/may04/crc0304c.pdf |title=Medium and Heavy Duty Diesel Vehicle Modeling Using a Fuel Consumption Methodology |year=2004 |access-date=2017-04-25 |publisher=US EPA}}</ref> | ||
===गैस टर्बाइन=== | ===गैस टर्बाइन=== | ||
गैस टर्बाइन अधिकतम बिजली उत्पादन में सबसे अधिक सक्षम है उसी तरह पारस्परिक इंजन अधिकतम भार पर सबसे अधिक सक्षम होते हैं। अंतर यह है कि कम घूर्णी गति पर | गैस टर्बाइन अधिकतम बिजली उत्पादन में सबसे अधिक सक्षम है उसी तरह पारस्परिक इंजन अधिकतम भार पर सबसे अधिक सक्षम होते हैं। अंतर यह है कि कम घूर्णी गति पर संपीडित हवा का दबाव कम हो जाता है और इस प्रकार ऊष्मीय और ईंधन दक्षता बनावटी रूप से कम हो जाती है। कम बिजली उत्पादन के साथ दक्षता में लगातार गिरावट आती है और कम बिजली की सीमा में बहुत खराब है। | ||
गैस टर्बाइन एक प्रकार का अंतर्दहन इंजन है जो घूमने के लिए आवश्यक ऊर्जा ज्वलनशील गैस के प्रवाह से प्राप्त करता है और इसी कारण इसे 'दहन टर्बाइन' भी कहा जाता है। चूंकि टरबाइन की गति घूर्णी (रोटरी) होती है, यह विद्युत जनित्र को घुमाने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। | |||
[[ जनरल मोटर्स |जनरल मोटर्स]] ने एक गैस टरबाइन द्वारा संचालित बस का निर्माण किया, लेकिन 1970 के दशक में कच्चे तेल की कीमतों में वृद्धि के कारण इस अवधारणा को छोड़ दिया गया। रोवर (मार्के), [[ क्रिसलर |क्रिसलर]], और [[ टोयोटा |टोयोटा]] ने टर्बाइन संचालित कारों के प्रोटोटाइप भी बनाए, क्रिसलर ने वास्तविक दुनिया के मूल्यांकन के लिए उनमें से एक छोटी प्रोटोटाइप श्रृंखला का निर्माण किया। ड्राइविंग के लिए आरामयुक्त था किन्तु ऊपर बताए गए कारणों से समग्र अर्थव्यवस्था में कमी आई। यही कारण है कि गैस टर्बाइनों का उपयोग स्थायी और चरम शक्ति विद्युत संयंत्रों के लिए किया जा सकता है। इस अनुप्रयोग में वे केवल पूर्ण शक्ति पर या उसके करीब चलते हैं जहां वे सक्षम होते हैं या जरूरत न होने पर बंद हो जाते हैं। | |||
गैस टर्बाइनों को शक्ति घनत्व में लाभ होता है - गैस टर्बाइनों का उपयोग भारी आवरणयुक्त वाहनों और आवरणयुक्त टैंकों में इंजन के रूप में और जेट लड़ाकू विमानों में बिजली जनरेटर में किया जाता है। | |||
गैस | गैस टरबाइन दक्षता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करने वाला एक अन्य कारक परिवेशी वायु तापमान है। बढ़ते तापमान के साथ, अंतर्ग्रहण हवा कम संघनित हो जाती है और इसलिए गैस टरबाइन परिवेशी वायु तापमान में वृद्धि के अनुपात में शक्ति हानि का अनुभव करता है।<ref>{{cite web |url=http://www.cospp.com/articles/print/volume-8/issue-6/features/gas-turbine-plant-efficiency-balancing-power-heat-and-operational-flexibility.html |title=Gas turbine plant efficiency - balancing power, heat and operational flexibility - Cogeneration & On-Site Power Production |website=www.cospp.com |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20120328135751/http://www.cospp.com/articles/print/volume-8/issue-6/features/gas-turbine-plant-efficiency-balancing-power-heat-and-operational-flexibility.html |archive-date=2012-03-28}} </ref> | ||
नवीनतम पीढ़ी के गैस टरबाइन इंजनों ने [[ सरल चक्र दहन टरबाइन |सरल चक्र दहन टरबाइन]] में 46% और [[ संयुक्त चक्र |संयुक्त चक्र]] में उपयोग किए जाने पर 61% की दक्षता प्राप्त की है।<ref name="gtEfficiency">{{cite web |url=http://www.decentralized-energy.com/articles/print/volume-11/issue-3/features/gas-turbines-breaking.html |title=Gas Turbines breaking the 60% efficiency barrier |date=2015-01-05 |access-date=2017-04-25 |publisher=deCentralized Energy }}</ref> | |||
| Line 80: | Line 85: | ||
=== भाप इंजन === | === भाप इंजन === | ||
{{Main|भाप का इंजन}} | {{Main|भाप का इंजन}} | ||
: यह भी देखें: भाप इंजन दक्षता | |||
: यह भी देखें: [[ भाप शक्ति की समयरेखा |भाप शक्ति की समयरेखा]] | |||
==== पिस्टन इंजन ==== | ==== पिस्टन इंजन ==== | ||
भाप इंजन और टर्बाइन [[ रैंकिन चक्र |रैंकिन चक्र]] पर काम करते हैं, जिसमें व्यावहारिक इंजनों के लिए 63% की अधिकतम [[ कार्नाट दक्षता |कार्नाट दक्षता]] होती है, भाप टर्बाइन पावर प्लांट 40% के मध्य में दक्षता प्राप्त करने में सक्षम होते हैं। | |||
भाप इंजन की दक्षता मुख्य रूप से भाप के तापमान और दबाव और चरणों या विस्तृत की संख्या से संबंधित होती है।<ref name="Thurston1875">{{cite book |title=A History of the Growth of the Steam-Engine |last=Thurston |first=Robert H. |year=1875 |publisher=D. Appleton & Co. |pages=464–70 |url=http://www.history.rochester.edu/steam/thurston/1878/ |access-date=2011-10-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/19970629015211/http://www.history.rochester.edu/steam/thurston/1878/ |archive-date=1997-06-29 |url-status=dead }}</ref> | भाप इंजन की दक्षता मुख्य रूप से भाप के तापमान और दबाव और चरणों या विस्तृत की संख्या से संबंधित होती है।<ref name="Thurston1875">{{cite book |title=A History of the Growth of the Steam-Engine |last=Thurston |first=Robert H. |year=1875 |publisher=D. Appleton & Co. |pages=464–70 |url=http://www.history.rochester.edu/steam/thurston/1878/ |access-date=2011-10-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/19970629015211/http://www.history.rochester.edu/steam/thurston/1878/ |archive-date=1997-06-29 |url-status=dead }}</ref> संचालन सिद्धांतों की खोज के रूप में भाप इंजन की दक्षता में सुधार हुआ, जिससे [[ ऊष्मप्रवैगिकी |ऊष्मप्रवैगिकी]] के विज्ञान का विकास हुआ। ग्राफ देखें:[http://www.cuug.ab.ca/branderr/eeepc/017_coal.html भाप इंजन दक्षता] | ||
प्रारम्भिक भाप इंजनों में बॉयलर को इंजन का हिस्सा माना जाता था। आज उन्हें अलग माना जाता है, इसलिए यह जानना आवश्यक है कि क्या बताई गई दक्षता समग्र है, जिसमें बॉयलर सम्मिलित | प्रारम्भिक भाप इंजनों में बॉयलर को इंजन का हिस्सा माना जाता था। आज उन्हें अलग माना जाता है, इसलिए यह जानना आवश्यक है कि क्या बताई गई दक्षता समग्र है, जिसमें शीर्ष्फ इंजन बॉयलर सम्मिलित है। | ||
प्रारम्भिक भाप इंजनों की दक्षता और शक्ति की तुलना कई कारणों से मुश्किल है: 1) कोयले के एक बुशल के लिए कोई मानक वजन नहीं था, जो 82 से 96 पाउंड (37 से 44 किलो) तक कहीं भी हो सकता था। 2) कोयले के लिए कोई मानक ताप मूल्य नहीं था, और | प्रारम्भिक भाप इंजनों की दक्षता और शक्ति की तुलना कई कारणों से मुश्किल है: 1) कोयले के एक बुशल के लिए कोई मानक वजन नहीं था, जो 82 से 96 पाउंड (37 से 44 किलो) तक कहीं भी हो सकता था। 2) कोयले के लिए कोई मानक ताप मूल्य नहीं था, और अनुमानतः ताप मान को मापने का कोई तरीका नहीं था। आज के भाप के कोयले की तुलना में कोयले का ताप मान बहुत अधिक था, जिसमें कभी-कभी 13,500 बीटीयू/पाउंड (31 मेगाजूल/किग्रा) का उल्लेख किया गया था। 3) दक्षता को कर्तव्य के रूप में रिपोर्ट किया गया था, जिसका अर्थ है कि काम करने वाले के द्वारा पानी के कितने फुट पाउंड (या न्यूटन-मीटर) का उत्पादन किया गया था, लेकिन यांत्रिक पंपिंग दक्षता ज्ञात नहीं है।<ref name="Thurston1875"/> | ||
1710 के आसपास [[ थॉमस न्यूकोमेन |थॉमस न्यूकोमेन]] द्वारा विकसित पहला पिस्टन भाप इंजन, आधे प्रतिशत (0.5%) से थोड़ा अधिक सक्षम था। यह लोड द्वारा सिलेंडर में खींचे गए वायुमंडलीय दबाव के पास भाप से संचालित होता है, फिर ठंडे पानी के एक स्प्रे द्वारा भाप से भरे सिलेंडर में संघनित होता है, जिससे सिलेंडर में आंशिक वैक्यूम होता है और वातावरण का दबाव पिस्टन को नीचे ले जाता है। सिलेंडर को बर्तन के रूप में उपयोग करना जिसमें भाप को संघनित करना भी सिलेंडर को ठंडा करता है, जिससे अगले चक्र पर आने वाली भाप में कुछ ऊष्मा सिलेंडर को गर्म करने में खो जाती है, जिससे ऊष्मीय दक्षता कम हो जाती है। न्यूकॉमन इंजन में [[ जॉन स्मेटन |जॉन स्मेटन]] द्वारा किए गए सुधारों ने दक्षता को 1% से अधिक बढ़ा दिया। | 1710 के आसपास [[ थॉमस न्यूकोमेन |थॉमस न्यूकोमेन]] द्वारा विकसित पहला पिस्टन भाप इंजन, आधे प्रतिशत (0.5%) से थोड़ा अधिक सक्षम था। यह लोड द्वारा सिलेंडर में खींचे गए वायुमंडलीय दबाव के पास भाप से संचालित होता है, फिर ठंडे पानी के एक स्प्रे द्वारा भाप से भरे सिलेंडर में संघनित होता है, जिससे सिलेंडर में आंशिक वैक्यूम होता है और वातावरण का दबाव पिस्टन को नीचे ले जाता है। सिलेंडर को बर्तन के रूप में उपयोग करना जिसमें भाप को संघनित करना भी सिलेंडर को ठंडा करता है, जिससे अगले चक्र पर आने वाली भाप में कुछ ऊष्मा सिलेंडर को गर्म करने में खो जाती है, जिससे ऊष्मीय दक्षता कम हो जाती है। न्यूकॉमन इंजन में [[ जॉन स्मेटन |जॉन स्मेटन]] द्वारा किए गए सुधारों ने दक्षता को 1% से अधिक बढ़ा दिया। | ||
[[ जेम्स वॉट | जेम्स वॉट]] ने न्यूकमेन वायुमंडलीय इंजन में कई सुधार किए, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण बाहरी संघनित्र था, जिसने | [[ जेम्स वॉट |जेम्स वॉट]] ने न्यूकमेन वायुमंडलीय इंजन में कई सुधार किए, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण बाहरी संघनित्र था, जिसने ठण्डे पानी को सिलेंडर को ठंडा करने से रोका। वाट इंजन वायुमंडलीय दबाव से थोड़ा ऊपर भाप से संचालित होता था। वाट के सुधारों ने दक्षता में 2.5 गुना से अधिक की वृद्धि की।<ref>John Enys, [https://books.google.com/books?id=blhqAAAAMAAJ&pg=PA457 "Remarks on the Duty of the Steam Engines employed in the Mines of Cornwall at different periods"], ''Transactions of the Institution of Civil Engineers'', Volume 3 (14 January 1840), pg. 457</ref> | ||
सक्षम यांत्रिकी, [[ मशीन औज़ार |मशीन औज़ार]] | |||
सक्षम यांत्रिकी, [[ मशीन औज़ार |मशीन औज़ार]] और निर्माण विधियों सहित सामान्य यांत्रिक क्षमता की कमी ने लगभग 1840 तक वास्तविक इंजनों की दक्षता और उनके डिजाइन को सीमित कर दिया।<ref>{{cite book |last=Roe |first=Joseph Wickham |title=English and American Tool Builders |publisher=Yale University Press |year=1916 |location=New Haven, Connecticut |url=https://archive.org/details/englishandameri01roegoog |lccn=16011753 |isbn=978-0-917914-73-7}}. Reprinted by McGraw-Hill, New York and London, 1926 ({{LCCN|27024075}}); and by Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, ({{ISBN|978-0-917914-73-7}}).</ref> | |||
उच्च दबाव वाले इंजन [[ ओलिवर इवांस |ओलिवर इवांस]] द्वारा और स्वतंत्र रूप से [[ रिचर्ड ट्रेविथिक |रिचर्ड ट्रेविथिक]] द्वारा विकसित किए गए थे। ये इंजन बहुत सक्षम नहीं थे, लेकिन उच्च शक्ति-से-भार अनुपात था, जिससे उन्हें लोकोमोटिव और नावों को शक्ति देने के लिए उपयोग किया जा सकता था। | उच्च दबाव वाले इंजन [[ ओलिवर इवांस |ओलिवर इवांस]] द्वारा और स्वतंत्र रूप से [[ रिचर्ड ट्रेविथिक |रिचर्ड ट्रेविथिक]] द्वारा विकसित किए गए थे। ये इंजन बहुत सक्षम नहीं थे, लेकिन उच्च शक्ति-से-भार अनुपात था, जिससे उन्हें लोकोमोटिव और नावों को शक्ति देने के लिए उपयोग किया जा सकता था। | ||
केन्द्रापसारक गवर्नर, जिसका उपयोग पहली बार वाट द्वारा एक स्थिर गति बनाए रखने के लिए किया गया था, इनलेट भाप को त्वरित्रिंग करके काम किया, जिससे दबाव कम हो गया, जिसके परिणामस्वरूप उच्च (वायुमंडलीय से ऊपर) दबाव इंजनों पर दक्षता का नुकसान हुआ।<ref>{{cite book |title=A History of Control Engineering 1800-1930 |last=Benett |first= Stuart |year=1986 |publisher=Institution of Engineering and Technology |isbn=978-0-86341-047-5 }}</ref> बाद में नियंत्रण विधियों ने इस दबाव हानि को कम या समाप्त कर दिया। | केन्द्रापसारक गवर्नर, जिसका उपयोग पहली बार वाट द्वारा एक स्थिर गति बनाए रखने के लिए किया गया था, इनलेट भाप को त्वरित्रिंग करके काम किया, जिससे दबाव कम हो गया, जिसके परिणामस्वरूप उच्च (वायुमंडलीय से ऊपर) दबाव इंजनों पर दक्षता का नुकसान हुआ।<ref>{{cite book |title=A History of Control Engineering 1800-1930 |last=Benett |first= Stuart |year=1986 |publisher=Institution of Engineering and Technology |isbn=978-0-86341-047-5 }}</ref> बाद में नियंत्रण विधियों ने इस दबाव हानि को कम या समाप्त कर दिया। | ||
[[ कॉर्लिस स्टीम इंजन | कॉर्लिस | [[ कॉर्लिस स्टीम इंजन |कॉर्लिस भाप इंजन]] (पेटेंट। 1849) का बेहतर वाल्विंग तंत्र अलग-अलग भार के साथ गति को समायोजित करने में सक्षम था और दक्षता में लगभग 30% की वृद्धि हुई। कॉर्लिस इंजन में इनलेट और एग्जॉस्ट भाप के लिए अलग-अलग वॉल्व और हेडर थे, इसलिए हॉट फीड भाप ने कभी भी कूलर एग्जॉस्ट पोर्ट और वॉल्विंग से संपर्क नहीं किया। वाल्व तेजी से कार्य कर रहे थे, जिससे भाप के त्वरित्रिंग की मात्रा कम हो गई और परिणामस्वरूप तेजी से प्रतिक्रिया हुई। त्वरित्रिंग वाल्व को संचालित करने के बजाय, गवर्नर का उपयोग वाल्व टाइमिंग को समायोजित करने के लिए किया गया था ताकि वेरिएबल भाप कट ऑफ दिया जा सके। कॉर्लिस इंजन की दक्षता में वृद्धि के एक बड़े हिस्से के लिए चर कट ऑफ जिम्मेदार था।<ref name="Hunter 1985">{{cite book |title=A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 2: Steam Power |last1=Hunter |first1=Louis C. |year=1985 |publisher=University Press of Virginia |location= Charlottesville }}</ref> | ||
कॉर्लिस से पहले के अन्य लोगों के पास इस विचार का कम से कम हिस्सा था, जिसमें [[ जकारिया एलन |जकारिया एलन]] भी सम्मिलित था, जिन्होंने वेरिएबल कट ऑफ का पेटेंट कराया था, लेकिन मांग में कमी, बढ़ी हुई लागत और जटिलता और खराब विकसित मशीनिंग तकनीक ने कॉर्लिस तक परिचय में देरी की।<ref name="Hunter 1985" /> | कॉर्लिस से पहले के अन्य लोगों के पास इस विचार का कम से कम हिस्सा था, जिसमें [[ जकारिया एलन |जकारिया एलन]] भी सम्मिलित था, जिन्होंने वेरिएबल कट ऑफ का पेटेंट कराया था, लेकिन मांग में कमी, बढ़ी हुई लागत और जटिलता और खराब विकसित मशीनिंग तकनीक ने कॉर्लिस तक परिचय में देरी की।<ref name="Hunter 1985" /> | ||
| Line 107: | Line 113: | ||
[[ यौगिक इंजन |यौगिक इंजन]] ने दक्षता में और सुधार किए।<ref name="Hunter 1985" />1870 के दशक तक जहाजों पर ट्रिपल विस्तृत इंजन का उपयोग किया जा रहा था। कंपाउंड इंजन ने जहाजों को माल ढुलाई से कम कोयला ले जाने की अनुमति दी।<ref>{{cite book |title=Recent Economic Changes and Their Effect on Production and Distribution of Wealth and Well-Being of Society |last=Wells |first=David A. |year=1891 |publisher=D. Appleton and Co. |location=New York|isbn=0-543-72474-3 |url=https://archive.org/details/recenteconomicc01wellgoog|quote=RECENT ECONOMIC CHANGES AND THEIR EFFECT ON DISTRIBUTION OF WEALTH AND WELL BEING OF SOCIETY WELLS. }}</ref> कुछ लोकोमोटिव पर कंपाउंड इंजन का उपयोग किया गया था लेकिन उनकी यांत्रिक जटिलता के कारण व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया था। | [[ यौगिक इंजन |यौगिक इंजन]] ने दक्षता में और सुधार किए।<ref name="Hunter 1985" />1870 के दशक तक जहाजों पर ट्रिपल विस्तृत इंजन का उपयोग किया जा रहा था। कंपाउंड इंजन ने जहाजों को माल ढुलाई से कम कोयला ले जाने की अनुमति दी।<ref>{{cite book |title=Recent Economic Changes and Their Effect on Production and Distribution of Wealth and Well-Being of Society |last=Wells |first=David A. |year=1891 |publisher=D. Appleton and Co. |location=New York|isbn=0-543-72474-3 |url=https://archive.org/details/recenteconomicc01wellgoog|quote=RECENT ECONOMIC CHANGES AND THEIR EFFECT ON DISTRIBUTION OF WEALTH AND WELL BEING OF SOCIETY WELLS. }}</ref> कुछ लोकोमोटिव पर कंपाउंड इंजन का उपयोग किया गया था लेकिन उनकी यांत्रिक जटिलता के कारण व्यापक रूप से अपनाया नहीं गया था। | ||
एक बहुत अच्छी तरह से डिजाइन और निर्मित | एक बहुत अच्छी तरह से डिजाइन और निर्मित भाप लोकोमोटिव अपने सुनहरे दिनों में लगभग 7-8% दक्षता प्राप्त करता था।<ref name="seEfficiency">{{cite web |url=http://cs.trains.com/trn/f/740/t/185359.aspx |title=How efficient is a steam engine? |date=2011-01-10 |access-date=2017-04-25 |publisher=Trains.com |author=jfallon }}</ref> सबसे सक्षम प्रत्यागामी भाप इंजन डिजाइन (प्रति चरण) [[ यूनिफ्लो स्टीम इंजन |यूनिफ्लो भाप इंजन]] था, लेकिन जब तक यह दिखाई दिया तब तक डीजल इंजनों द्वारा भाप को विस्थापित किया जा रहा था, जो और भी अधिक सक्षम थे और कोयले से निपटने और तेल के लिए कम श्रम की आवश्यकता का लाभ था, अधिक सघन ईंधन होने के कारण, कम माल विस्थापित हुआ। | ||
{{Blockquote|text=1940 के दशक की शुरुआत में एकत्र किए गए आँकड़ों का उपयोग करते हुए, [[एचिसन, टोपेका और सांता फ़े रेलवे|सांता फ़े रेलरोड]] ने एफटी इकाइयों की तुलना में भाप इंजनों के अपने बेड़े की दक्षता को मापा, जिसे वे महत्वपूर्ण संख्या में सेवा में लगा रहे थे। उन्होंने निर्धारित किया कि भाप इंजनों में इस्तेमाल होने वाले एक टन तेल ईंधन की लागत $ 5.04 थी और औसतन 20.37 ट्रेन मील सिस्टम चौड़ा हुआ। डीजल ईंधन की कीमत 11.61 डॉलर थी लेकिन प्रति टन 133.13 ट्रेन मील का उत्पादन किया। वास्तव में, डीजल ईंधन का उपयोग करने वाले स्टीमर की तुलना में छह गुना अधिक चला, जिसकी लागत केवल दोगुनी थी। यह भाप की तुलना में डीजल इंजनों की बेहतर तापीय दक्षता के कारण था। संभावित रूप से माइलेज मानक के रूप में उपयोग की जाने वाली ट्रेनें 4,000 टन माल ढुलाई होती हैं जो उस समय सामान्य टैनेज एल (एसआईसी) थी। | {{Blockquote|text=1940 के दशक की शुरुआत में एकत्र किए गए आँकड़ों का उपयोग करते हुए, [[एचिसन, टोपेका और सांता फ़े रेलवे|सांता फ़े रेलरोड]] ने एफटी इकाइयों की तुलना में भाप इंजनों के अपने बेड़े की दक्षता को मापा, जिसे वे महत्वपूर्ण संख्या में सेवा में लगा रहे थे। उन्होंने निर्धारित किया कि भाप इंजनों में इस्तेमाल होने वाले एक टन तेल ईंधन की लागत $ 5.04 थी और औसतन 20.37 ट्रेन मील सिस्टम चौड़ा हुआ। डीजल ईंधन की कीमत 11.61 डॉलर थी लेकिन प्रति टन 133.13 ट्रेन मील का उत्पादन किया। वास्तव में, डीजल ईंधन का उपयोग करने वाले स्टीमर की तुलना में छह गुना अधिक चला, जिसकी लागत केवल दोगुनी थी। यह भाप की तुलना में डीजल इंजनों की बेहतर तापीय दक्षता के कारण था। संभावित रूप से माइलेज मानक के रूप में उपयोग की जाने वाली ट्रेनें 4,000 टन माल ढुलाई होती हैं जो उस समय सामान्य टैनेज एल (एसआईसी) थी। | ||
| Line 136: | Line 142: | ||
* [http://www.viragotech.com/fixit/FuelEconomyEngineEfficiencyPower.html Fuel Economy, Engine Efficiency & Power] | * [http://www.viragotech.com/fixit/FuelEconomyEngineEfficiencyPower.html Fuel Economy, Engine Efficiency & Power] | ||