BUHAR MAKİNASI, Alm. Dampfmaschine

BUHAR MAKİNASI, Alm. Dampfmaschine (t),
Fr. Machine (f), â vapeur, İng. Stream engine. Buharın
sahip olduğu enerjiyi kullanarak mekanik enerji elde
etmeye yarayan makina. Buharı meydana getiren moleküller,
taşıdıkları ısı enerjisi dolayısıyla, daima hareket
halinde olduğundan, bulunduklan kabın çeperlerine
basınç yaparak kuvvet uygularlar. Bu da mekanik olarak
bir itme kuvveti kaynağıdır. Bunun için silindir
içindeki pistonun buharın bu itme tesiriyle hareket
etmesinden mekanik enerji elde edilmiş olur. Pistonun
hareketi iki ayrı ana prensibe göre sağlanabilir. Atmosfer
basınçlı buhar makinalarında pistonun çalışır..
yüzüne buhar girmesiyle ileri hareket, sonra bu buharın
soğutulup basıncının düşmesiyle, pistonun diğer yüzündeki atmosfer basıncıyla aradaki fark dolayısıyla, geri
hareket sağlanır. İki zamanlı buhar makinalarında ise
buhar, hareketli bir valf vasıtasıyla pistonun iki yüzüne
sırayla gönderilerek pistonun hareketi ve iş yapan buhann
dışan atılması sağlanır. Pistonun gidip gelmesi, piston
koluna bağlanan bir su tulumbasının koluyla su pompalamada
veya piston koluna bağlanan bir krank-biyel
mekanizmasıyla dönme hareketi elde etmek gayesiyle
pek çok endüstriyel sahada kullanılır. Buhar enerjisinden
faydalanarak mgkanik enerji elde edilen diğer bir
şekil, en gelişmiş buhar makinası olan buhar türbinlerinde
buharın kullanılmasıdır. Buhar makinası denince
umumiyetle krank-biyel mekanizmasıyla dönme hareketi
elde edilen makinalar anlaşılsada buhar
makinalarınm tarihi bir gelişimi vardır ve bu gelişmeye
bağlı olarak değişik adjar altında değişik gayelerle
kullanılmışlardır.
Endüstrinin gelişmesinde buhar makinasının büyük
rolü vardır. Çünkü buhar makinasının çalışmasını sağlayan
güç, o zamana kadar kullanılan makinalardaki
gibi belli bir yere bağlı değildir. İki asra yakın bir zamana
endüstriye ve ulaşım araçlarına hakim olmuştur.
Mekanik olarak buharın enerjisinden faydalanmayı
ilk olarak bir Fransız mühendisi olan Salomon De Caus
düşünmüştür. 1663’lerde Worcester Markisi’nin yaptığı
buhar çeşmesi denen makina, Salomon De Caus’un
düşüncesinden hareketle yapılmıştır. Bu sayede buhar
basıncından faydalanarak suyun yükseklere çıkarılabilmesi
sağlandı. 1689 yılında bir İngiliz olan Savery buhar
pompası denen ve su pompalamada kullanılan makinayı
yaptı. Bu makina tamamen buharın ısıtılıp soğutulmasından
ileri gelen basınç yükselme ve düşmeleri
neticesindeki basınç farkına göre çalışmaktaydı. Bir pistonun bir silindir içinde hareketini sağlayacak
şekilde buhar basıncından faydalanma, 1060’larda
buharlı tencerenin bulucusu olan Fransız Denis Papin
tarafından gerçekleştirildi. Bu prensipten hareketle bir
emme tulumbasının kolunu silindir içinde hareket eden
pistonla irtibatlıyarak, su pompalamaya yarayan ve
Savery’nin buhar pompasından daha değişik, gelişmiş
bir buhar makinası Newcomen tarafından yapıldı. Newcomen
makinası ile aynı gayeler için kullanılabilen
Savery buhar pompasında hareketli herhangi bir piston
yoktur. Buhar elde etmeye yarayan kazan, suyu
emmeye ve basmaya yarayan oval bir kap ve bu kabın
emme ve basma tarafına bağlı borulardan ibaretti.
Ayrıca borularda suyun aşağı doğru kaçmaması için tek
yönlü valiler bulunurdu. Oval kaba buhar gönderilince,
daha önce emilen ve kapta bulunan su, basma
borusundan yukarı basılırdı. Sonra buhar vanası kapatılıp,
oval kaptaki buhar, başka bir kaptan gönderilen su
ile yoğunlaştırılır; dolayısıyle kaptaki basınç atmosfer
basıncının altına düşerdi. Neticede emme borusundan
su kabın içine dolup, bu su tekrar buhar gönderilerek
yukarı basılırdı.
Newcomen makinası, Savery pompasından farklı
olarak piston-silindir sistemine sahiptir. Kazandan
silindire gönderilen buhar, su püskürtmek suretiyle
soğutulup oluşan düşük basınç pistonun aşağı inmesini
sağlar. Meydana gelen artık su bir boruyla dışarı atılıp,
tekrar silindire buhar gönderilmek suretiyle de pistonun
yukarı çıkması sağlanır. Pistona bağlı bir piston kolu, bir
emme-basma tulumbasının yatay koluna bağlanarak
pistonun aşağı yukarı hareketi pompalama için kullanılır.
Her iki makina keşif zamanlarına göre gelişmiş
makinalar olsa da verimleri çok düşüktür.
Döner hareket elde edilen buhar makinalarındaki
en önemli gelişmeyi, James Wat adında bir İngiliz yapmıştır.
Pistonun her iki yüzüne buhar göndermek suretiyle
hareketi sağlanan bu makinada buharın sırayla
pistonun her iki yüzüne girip çıkışını sağlamak gayesiyle
dönme hareketine bağlı olarak çalışan çeşitli valfler
kullanılır. Bunlar buhar pistonun bir yüzüne girerken,
diğer yüzdeki artık buharın dışarı atılmasını sağlayan
delikleri sırayla açıp kapamaya yarar. Pistonun her iki
yüzüne ard arda tesir eden buhar, pistonun gidip-gelme
hareketi yapmasını sağlar. Bu gidip-gelme hareketi ise
piston kolu vasıtasıyla krank mili harekete geçirilerek
dönme hareketine çevrilir. Piston kolu ile krank kolu
arasında biyel denen bir kol daha vardır. Bu kol eski
makinalarda direk olarak bir ucu piston koluna diğer
ucu krank koluna mafsallı olarak yerleştirilir. Daha
sonraları Trevithick’in bulduğu kayar kafa sistemiyle
pistonun biyele birleştiği mafsal düzgün olarak aynen
piston gibi gidip-gelme yapacak şekilde tesbit edilmiştir Piston kolunun direk krank koluna bağlı olduğu, yani
biyelin olmadığı sistemler de vardır. Pistonun her iki
yöne en fazla gidebildiği noktada piston kolu ile krank
kolu ayru doğru üzerine gelir. Bu noktalara ölü noktalar
denir. Bu ölü noktalardan krankın geçmesi için tek
silindirli makinalarda volan denen ve krankla birlikte
dönen kütlelerin ataletinden faydalanılır. Çok silindirli
makinalarda ise krank kolları arasında belli bir açı olacak
şekilde yapılır.
Lokomotif, gemi, otomobil gibi vasıtaları harekete
geçirmekte ve çeşitli sanayi alanlarında kullanılan
döner hareketli buhar makinalannın pek çok çeşitleri
vardır. Meselâ buhar enerjisini tamamen kullanmak
için yüksek basınçlı küçük bir silindirden çıkan buhar,
alçak basınçlı büyük bir silindire gönderilmek suretiyle
çalışan kademeli veya bileşik buhar makinalannın
alçak-orta-yüksek basınç silindirli olmak üzere üç kademeli
olanları da vardır. Hatta iki orta basınç silindiri
bulunan dört kademeli makinalar bile yapılmış, fakat
pek tutulmamıştır. Üç kademeli makinalar genellikle
deniz araçlarında kullanılmışdır. 1930’lara kadar Atlas Okyanusunda
yolcu taşımış olan olympic gemisinin makinası üç
kademelidir.Öyle ki alçak basınç silindirinin çapı 2,5 m.ye
yakındır. Kademeli makinaların silindirlen yan yana
düşey olabildiği gibi, yatay veya karşılıklı çalışanlan da
vardır. Diğer bir enteresan buhar makinası tipi de merkezden
buhar çıkışlı veya eşakımlı denen makinalardır.
Bunlarda buhar silindirin ucundan girer, piston silindirin
ortasından geçerken tam silindirin orta kısmında
bulunan delikleri açmış olur ve böylece buhar hiç yön
değiştirmeden dışarı atılır. Bu tip makina ilk defa 1908’
lerde Johann Stumpf adındaki Alman tarafından geliştirilmiştir.
Daha sonraları A.B.D., İngiltere, Almanya
ve İsviçre’de çok büyük merkezden buhar çıkışlı makinalar
yapılmıştır. Bunların silindir sayısı 5’e, güçleri 30
bin beygire kadar olanlan vardı.
Buhar makinalarında kullanılan buhar, çeşitli tipleri
olan buhar kazanlarında (Bak: Buhar Kazanları) üretilir.
Pistonlu buhar makinalannın. yerine geçen buhar
türbinlerinin buharı da yine buhar kazanlarından sağlanır.
Pistonlu buhar makinaları artık yerini dizel motorlarına,
patlamalı motorlara ve elektrik motorlarına
bırakmaktadır. Fakat termik santrallarda elektrik üretiminde
kullanılan buhar türbinleri modern bir buhar
makinası olarak hala geçerliliğini korumaktadır. Gerçi
buhar türbinlerinin (Bak: Buhar Türbinleri) çalışma
prensibi pistonlu makinalardan farklıdır, ama her ikisinin
de buharla çalışması ortak ana özellikleridir.