वाफ एंजिन : इंधनातील औष्णिक ऊर्जेच्या मदतीने पाण्याची वाफ [वाफ] करून ती कार्यकारी द्रायू (कार्य करणारा द्रव अथवा वायू) म्हणून वापरून तिच्या दाबाने अथवा प्रसरणाने यांत्रिक ऊर्जा निर्माण करणाऱ्या यंत्रास वाफ एंजिन म्हणतात.

आ.१ हीरो वाफ चक्की : ( १) बाष्पित्राचे पात्र, (२) आधार नलिका, (3) पोकळ चेंडू, (४) प्रोथ.इतिहास : इ. स. पू. १२० मध्ये ईजिप्तमधील ॲलेक्झांड्रियाचे हीरो यांनी ईओलिपाइल (आ. १) या नावाचे प्राथमिक अवस्थेतील वाफचक्की उपकरण तयार केल्याचा उल्लेख आढळतो. वाफेवर चालणाऱ्या यंत्राची ही पहिली कल्पना होय. या उपकरणात बाष्पित्राच्या (अखंडपणे दाबयुक्त वाफ निर्माण करणाऱ्या साधनाच्या) पात्रातील वाफ उभ्या आधार नलिकांतून आडव्या टेकूंवरील चेंडूत शिरल्यावर प्रोथांवाटे (तोट्यांवाटे) विरुद्ध दिशांना बाहेर पडते व चेंडू फिरू लागतो. प्रत्यक्षात या यंत्राकडून काही कार्य घडवून आणले गेले नाही परंतु वाफेच्या ऊर्जेचे रूपांतर यांत्रिक ऊर्जेत करता येते, हे याने सिद्ध झाले. त्यानंतर इ. स. १६०२ मध्ये जामबात्तीस्ता देल्ला पॉर्ता या इटालियन गणितज्ञांनी एका उपकरणाद्वारे वाफेच्या ऊर्जेचा उपयोग उंचावर पाणी खेचण्यासाठी करून दाखविला. यात एका स्वतंत्र कोठीत वाफनिर्मिती करून दुसऱ्या कोठीत तिचे संघनन [पाण्यात रुपांतर संघनन] करण्याने जी निर्वात अवस्था निर्माण होते तिने पाणी खेचून घेण्याची क्रिया घडत असे. यातील तत्त्वाचा वापर मात्र नंतर १०० वर्षांनी तयार झालेल्या वाफेच्या एंजिनात करून घेण्यात आला. बऱ्याच शास्त्रज्ञांच्या अशा प्रयोगांवरून टॉमस सेव्हरी यांनी १७०० च्या आसपास खाणीतील पाणी उपसण्यासाठी वाफेवर चालणारे पंप यंत्र बनविले. त्याचा उपयोग बऱ्याच खाणींतून पाणी उपसण्यासाठी होऊ लागला. पुढे १७०५ च्या सुमारास टॉमस न्यूकोमेन आणि जॉन कॉले या दोघांनी वाफेवर चालणारे सुधारित न्यूकोमेन एंजिन पाणी उपसण्यासाठी तयार केले (आ. २).

आ.२. न्यूकोमेन एंजिन :(१) बाष्पित्र, (२) सिलींडर, (३) दट्ट्या,(४) द्ट्ट्या दांडा, (५) पंपदांडा ,(६) तोलदांडी,(७) पाण्याचा फवारा, (८) पाण्याची टाकी.

बाष्पित्रातील पाण्यास उष्णता दिल्याने त्याचे वाफेत रूपांतर होते. बाष्पित्राच्या पात्राच्या डोक्यावर बसविलेल्या सिलिंडरामध्ये ही दाबयुक्त वाफ सोडल्याने दट्ट्या वर उचलला जातो. त्यामुळे तोलदांडीच्या दुसऱ्या टोकास बसविलेला पंपदांडा खाली उतरतो. नंतर टाकीतील पाण्याचा फवारा सिलिंडरामध्ये सोडल्याने आतील वाफेचे संघनन होऊन तेथे निर्वात अवस्था निर्मण होते. आता बाहेरील वातावरणीय दाब जास्त असल्याने दट्ट्या खाली ढकलला जाऊन पंपदांडा वर उचलला जातो. ठराविक वेळी ही क्रिया आपोआप घडून येण्यासाठी प्रथम हंप्री पॉटर या मुलाने दोऱ्यांनी उघडझाप करण्याची कल्पना सुचविली होती व नंतर हेन्‍री बिग्टन यांनी त्यासाठी स्वयंचलित झडपा बसविल्या. कालांतराने ⇨ जेम्स वॉट यांनी वाफेच्या गुणधर्माचा शास्त्रीय विचार करून न्यूकोमेन एंजिनावर प्रयोग केले व त्यातून स्वतःची निरनिराळ्या प्रकारची एंजिने १७७४, १७७८, १७८१ व १७८४ मध्ये बनविली. त्यांत दोन मुख्य बदल होते.  एक म्हणजे ⇨ संघनकाचा वापर हा होय. त्यामुळे एंजिनाची औष्णिक कार्यक्षमता वाढली. दुसरे म्हणजे दट्ट्याच्या पश्चाग्र (मागे-पुढे होणाऱ्या) गतीचे रूपांतर त्यांनी परिभ्रमी म्हणजे फिरत्या गतीत केले. त्यामुळे अशा एंजिनाने अनेक यांत्रिक कामे होऊ लागली. त्यांच्या चालक (लोकोमोटिव्ह) एंजिनाचा उपयोग आगगाडी चालविण्यासाठी, तर परिभ्रमी (घूर्णी) एंजिनाचा उपयोग जहाजे चालविण्यासाठी होऊ लागला. वॉट यांनी उभ्या व आडव्या सिलिंडराची, तसेच सिलिंडरामध्ये एका तोंडाकडून व दोन्ही तोंडांकडून वाफ सोडण्याची संघनकसहित व संघनकरहित एंजिने बनविली. दट्ट्यासारण (दट्ट्या सरकला जाण्याची क्रिया) वाफेच्या प्रसरणाने घडवून आणले जाई.

आ. ३ मधील एंजिनात बिडाच्या बैठकीवर सिलिंडर बसविलेला असून त्यावर वाफेची कोठी अंगचीच ठेवलेली आहे. या कोठीत असलेल्या वाफेच्या दोन्ही प्रवेश मार्गांची व निष्कास मार्गाची उघड-झाप Dसरक झडपेमार्फत होते. या झडपेची दांडी भुजादंडावर बसविलेल्या विकेंद्रक दंडाला (प्रचक्राच्या केंद्राच्या संदर्भात एका बाजूला बसविलेल्या दंडाला) जोडलेली असते. दट्ट्याचा दांडा संयोगदांड्याने भुजदंडाला जोडलेला असतो. त्यामुळे दट्ट्याच्या पश्चाग्र गतीचे रूपांतर भुजादंडाच्या परिभ्रमी गतीत होते. भुजादंडाच्या एका टोकाला प्रचक्र [एंजिनाला प्राप्त होणारी गती इष्ट मर्यादेत राखण्यासाठी वापरण्यात येणारे विशिष्ट रचनेचे चक्र, प्रचक्र] बसविल्याने एंजिनाला झटके बसत नाहीत व वाफेच्या आवर्तनी क्रियेला ऊर्जा पुरविली जाते. वाफेच्या एंजिनाला बहिर्ज्वलन एंजिन म्हणतात. कारण सिलिंडरामध्ये इंधनाचे ज्वलन होत नाही. इंधनाचे ज्वलन बाष्पित्रात होते व बाष्पित्रात तयार केलेली वाफ सिलिंडरामध्ये बाहेरून सोडण्यात येते. उच्च तापमानातून कमी तापमानात उष्णतेचे निमज्जन (विशिष्ट विभागात शोषण) करण्यासाठी स्वतंत्र संघनक बसवून निष्कास (बाहेर पडणाऱ्या) वाफेचे  संघनन करण्यात येते. त्यामुळे निर्वात अवस्था निर्माण होऊन वातावरणीय दाबाने एकक्रिय एंजिनात दट्ट्या आपोआप सरकला जातो. संघनकरहित एंजिनात संघनक नसून निष्कास वाफ कार्य संपल्यावर वातावरणात सोडण्यात येते. अशा प्रकारचे एंजिन म्हणजे आगगाडीचे वाफेचे एंजिन (लोकोमोटिव्ह) होय. एक सिलिंडर असलेल्या एंजिनास साधे एंजिन म्हणतात. काही एंजिनांत दोन सिलिंडर असून पहिल्या सिलिंडरातील निष्कास वाफ कार्य झाल्यावर दुसऱ्या सिलिंडरात सोडतात. अशा संयोगी एंजिनात पहिला सिलिंडर उच्च दाबाच्या वाफेसाठी असतो, तर दुसरा कमी दाबाच्या वाफेसाठी असतो.

रस्ते बांधणीच्या कामी उपयोगी असे खडी दाबण्याचे अवजड वाफ एंजिन नीकॉला झोझेफ क्यून्यो यांनी १७६९ मध्ये तयार केले. रिचर्ड ट्रेव्हियिक यांनी इंग्लंडमध्ये प्रथम वाफ एंजिन आगगाडीकरिता वापरले (१८०८). जॉर्ज स्टीव्हेन्सन यांच्या रॉकेट या एंजिनामुळे आगगाडीकरिता वाफ एंजिनाचा वापर व्यापारी तत्त्वार फायदेशीरपणे होऊ लागला (१८२९). विल्यम सिमिंग्टन यांनी वाफ एंजिनावर चालणारी पहिली आगबोट बनविली व १८०२ साली ती यशस्वी रीत्या चालविण्यात आली. रॉबर्ट फुल्टन यांनी अमेरिकेत प्रवासी आगबोटीकरिता वाफेचे इंजिन १८०७ साली वापरले. स्टीव्हेन्सन यांनी सुधारित चालक एंजिन बनविले. यात एकोणिसाव्या शतकात वाफेचा दाब ७ किग्रॅ./सेमी. होता. वाफेच्या १४ बार दाबावर चालणारी व २५,००० अश्वशक्तीची (१८.६ मेगॅवॉट) एंजिने नंतर बनविण्यात आली. सध्या मात्र वाफेची एंजिने वापरात नाहीत.


आ.३. आडवे द्विक्रीय वॉट एंजिन : (१) बैठक, (२) सिलींडर,(3) सिलींडर शीर्ष, (४) दट्ट्या, (५) वाफेची कोठी, (६) निष्कास मार्ग, (७) D-सरकती, (८) संयोग दांडा, (९) भुजादंड, (१०) प्रचक्र.रचना व कार्य : वाफेच्या एंजिनाच्या रचनेत अशा प्रकारे खालील भागांची जोडणी निरनिराळ्या कार्यांसाठी करण्यात येते. बैठक, सिलिंडर, सिलिंडरशीर्ष, वाफेची कोठी, झडप, विकेंद्रक दंड, वाफ आवेष्टन कोठी, दट्ट्या, दट्ट्या कडी, दट्ट्यादांडा, संयोगदांडा, भुजा-दंड, धारवे (बेअरिंग), भुजाखीळ, क्रॉसहेड, क्रॉसहेडखीळ, मार्गणक वा सरक दंड, प्रचक्र, गतिनियंता, संघनक, भरणपेटी (ग्लँडबॉक्स). पुढील वर्णनात या भागांचे कार्य व माहिती आलेली आहे.

बैठक, सिलिंडर, सिलिंडरशीर्ष, दट्ट्या, वाफ आवेष्टन कोठी, दट्ट्या कडी, क्रॉसहेड, मार्गणक दंड व प्रचक्र हे सर्व भाग बिडाचे ओतीव पद्धतीने बनविलेले असतात. बैठक धक्के शोषून घेते. सिलिंडर व दट्ट्या यांतील घर्षण कमी होण्यासाठी वंगण तेल वाफेत मिसळून पुरवितात. दट्ट्याच्या बाहेरील पृष्ठावरून वाफेची गळती होऊ नये म्हणून दट्ट्या-वरील खाचांत कडी बसवितात. सिलिंडराचा पृष्ठभाग थंड असल्यास त्यातील काही वाफेचे संघनन घडून कार्यक्षमता कमी होते म्हणून त्याच्या बाहेरील भागावर आवेष्टन कोठी बसवून तिच्यात वाफ सोडतात. त्यामुळे सिलिंडर गरम राहतो. क्रॉसहेड हा बिडाचा ठोकळा असून तो बिडाच्या मार्गणक-दंडांत मागे-पुढे सरकल्याने दट्ट्याची पश्चाग्र गती संयोग दंडाला व्यवस्थित प्रकारे पोचविण्याचे काम पार पाडतो. दट्ट्याच्या पोलादी दांड्याचे एक टोक दट्ट्याला पोलादी दट्ट्या खिळीने जोडतात, तर दुसरे टोक पोलादी खिळीने क्रॉसहेडला जोडतात. याच खिळीने पोलादी संयोग दंडाचे एक टोक जोडतात व तिचे दुसरे टोक पोलादी भुजादंडाला पोलादी भुजाखिळीने जोडतात. प्रचक्र वाफेच्या आवर्तनी क्रियेला ऊर्जा पुरविते. संघनक हे पोलादाचे किंवा बिडाचे बंद पात्र असून त्यात निष्कास वाफेचे संघनन होते. गतिनियंता गती स्थिर ठेवण्यासाठी वाफेचे नियमन करतो. विकेंद्रक दंड बीड किंवा पोलादाचा असून तो भुजादंडावर ९०आ.४.(अ)निर्देशक आलेख पत्र : (१) वाफेचा दाब निर्देशक अक्ष, (२) वाफेचे घनफळ निर्देशक अक्ष, (3) वाफ झडप उघडते, (४) वाफेचा प्रवेश, (५) वाफ –झडप मिटते,(वाफेचा विच्छेद), (६) वाफेचे प्रसरण, (७) वाफेची निष्कास झडप उघडते, (८) वाफेचे निष्कासन, (९) वाफेची निष्कास झडप मिटते, (१०) वाफेचे संकोचन (आ) सिलींडरातील दट्ट्याची हालचाल : (१) सिलींडर शीर्ष, (२) सिलींडर, (३) दट्ट्याचे मूळ स्थान, (४) दट्ट्याचे सरकल्यानंतरचे स्थान, (५) खुली जागा, (६) दट्ट्याचे विस्थापन.कोन पुढार ठेवून बसवितात आणि झडपदांडा त्याला जोडतात. झडप व ग्लँड (गळती होऊ नये म्हणून भरण द्रव्य दाबून ठेवणारा भरण पेटीतील हलता भाग) पितळेच्या असतात. त्यामुळे त्या गंजरोधक असतात. झडपेमुळे वाफेच्या दोन प्रवेशद्वारांची व निष्कास मार्गा ची उघडझाप होते व तिच्या वाटे वाफकोठीतून वाफ सिलिंडरात येते. वाफकोठीतबाष्पित्रातील वाफ सोडतात. सिलिंडराच्या शीर्षाच्या (दट्ट्याच्या कोठीचे टोक बंद करण्या-साठी असलेल्या टोपणाच्या) बाजूच्या विरुद्ध बाजूकडून सिलिंडरातून दट्ट्यादांडा आतबाहेर सरकताना वाफेची गळती होऊ नये म्हणून भरणपेटीत ॲस्बेस्टस भरलेला असतो. धारवे पितळ, कासे किंवा व्हाइट मेटल या मिश्रधातूचे बनविलेले असतात व ते भुजादंडाला फिरताना आधार देतात.

आ.५.एंजिन निर्देशक: (१) एंजिनाच्या सिलींडरावर बसवावयाचे स्क्रू तोंड, (२) निर्देशकाचा सिलींडर, (३) दट्ट्या, (४) दट्ट्यादांडा, (५) शृंखला, (६) रेखनक, (७) रीळ, (८) स्प्रिंग, (९) रीळदांडीका, (१०) स्प्रिंग, (११) दोर.

वाफेची आवर्तनी क्रिया : एक-क्रिय एक सिलिंडराच्या एंजिनात दट्ट्या सिलिंडरशीर्षाच्या बाजूकडे स्थिर बिंदूवर असतो. या वेळी दाबाची वाफ एका प्रवेशद्वारातून सिलिंडरामध्ये झडपेवाटे शिरते. काही एंजिनांत ही वाफ सतत शिरत राहिल्याने तिच्या दाबाने दट्ट्या विरुद्ध टोकाला सरकतो व त्यामुळे भुजादंड अर्धा फेरा फिरतो. यास वाफेचे अप्रसरणशील कार्य म्हणतात. यांत वाफ जास्त लागते. काही एंजिनांत थोडी वाफ शिरून दट्ट्या तिच्या दाबाने थोडा सरकल्यावर झडप मिटून वाफ सोडण्याचे बंद करतात. सिलिंडरामध्ये शिरलेली वाफ प्रसरण पावून दट्ट्या दुसऱ्या टोकाकडे रेटला जातो. यास वाफेचे प्रसरणशील कार्य म्हणतात. यात वाफेची बचत होते. नंतर भुजादंडाचा राहिलेला अर्धा फेरा प्रचक्रातील ऊर्जेने फिरून पूर्ण होतो व दट्ट्या सिलिंडरशीर्षाकडे सरकतो आणि सिलिंडरांमधील उरलेली वाफ निष्कास मार्गे वातावरणात किंवा संघनकांत सोडली जाते. या क्रियेस वाफेचे एक आवर्तन म्हणतात व त्यात भुजादंड एक फेरा पूर्ण फिरतो. द्विक्रिय एक सिलिंडराच्या एंजिनात वाफ सिलिंडराच्या दोन्ही टोकांकडून आलटून पालटून झडपेवाटे सोडतात व त्यामुळे दट्ट्याचा संपूर्ण फेरा पुरा होतो व दोन्ही बाजूंची उरलेली वाफ त्या त्या वेळी निष्कास मार्गे बाहेर सोडली जाते. प्रचक्राचे कार्य या ठिकाणी फक्त गती स्थिर ठेवण्याचे असते. अशा पुनःपुन्हा केलेल्या आवर्तनांमुळे भुजादंड सतत फिरत राहून एंजिन चालू राहते. अशा प्रकारे सिलिंडरातील वाफ सिलिंडरात प्रत्यक्ष कार्य किती करते, हे निर्देशक आलेखावरून काढता येते.


निर्देशक आलेख : वाफेची आवर्तनी क्रिया एंजिनाच्या सिलिंडरात कशी घडून येते हे दृश्य स्वरूपात आ. ४ मधील निर्देशक आलेखावरून समजून येते. यात वाफेचा दाब व घनफळ यांच्या अक्षांवर त्यांचे सापेक्ष संबंध समजून येतात.

असा आलेख तयार करण्यासाठी आ. ५ मध्ये दाखविलेला एंजिन निर्देशक वाफेच्या एंजिनाच्या सिलिंडरावर बसवितात. ही पद्धत जेम्स वॉट यांनी शोधून काढली. निर्देशकाचा दोर एका हुकाने एंजिन सिलिंडराच्या दट्ट्यादांड्याला जोडतात. दट्ट्याच्या पुढे-मागे सरकण्याने रीळ (दंडगोल) उलटसुलट दिशेत फिरते. रिळावर एक कागद गुंडाळलेला असतो. या कागदावर आलेख-रेषा उमटविण्यासाठी टेकवून रेखनक (लेखणीसारखे टोक) बसविलेला असून त्याची हालचाल दट्ट्याच्या चालीच्या सहापट व्हावी अशी शृंखला (यंत्रणा) बसविलेली असते. या शृंखलेचा एक भाग निर्देशक सिलिंडराच्या दट्ट्यादांड्याला जोडलेला असतो. या दट्ट्याची हालचाल एंजिन सिलिंडरामधील वाफेच्या दाबाने वरखाली होते. त्याचप्रमाणे कागदावर रेखनकाची हालचाल होते आणि वाफेचा दाब व घनफळ यांचा आलेख मिळतो. १ हे स्क्रू तोंड एंजिन सिलिंडरावर बसविलेले असते.

निर्देशक आलेखाचे क्षेत्रफळ काढून त्याला आलेखाच्या पायाच्या अंतराने भागले असता आलेखाची सरासरी उंची मिळते. त्यास स्प्रिंग प्रमाणाने (भार मोजण्यासाठी स्प्रिंगच्या विस्थापनाचा वापर करणाऱ्या प्रमाणाने) गुणून दट्ट्यावरील परिणामी दाब काढतात. एकक्रिय एक सिलिंडर एंजिनाची निर्देशित अश्वशक्ती या आलेखावरून काढण्यासाठी खालील सूत्र वापरतात [ अश्वशक्ति]. 

निर्देशित अश्वशक्ति = 

×क्ष××सं 

७५ 

[येथे द –दट्ट्यावरील सरासरी परिणामी दाब (किग्रॅ./चौ.सेंमी.), क्ष-दट्ट्याचे क्षेत्रफळ किंवा सिलिंडराच्या छेदाचे क्षेत्रफळ (चौ.मी.), ल–दट्ट्याच्या धावेची लांबी (मी.), सं-पूर्ण आवर्तनांची दर सेकंदातील संख्या किंवा एंजिनाचे फेरे, ७५-अश्वशक्ती स्थिरांक]. द्विक्रिय एक सिलिंडर एंजिनासाठी या सूत्राला २ ने गुणावे लागते.

 आ.६. वाफ एंजिनाच्या झडपांचे प्रकार : (अ) D-सरक झडप, (१) झडप, (२) झडपेचा दांडा, (३) सिलींडर,(४) वाफद्वारे, (५) निष्कासद्वार (आ) द्विद्वारी कॉर्लीस झडप: (१) झडप,(२) सिलींडर, (३) द्विद्वार (इ) दट्ट्या झडप: (१) झडप, (२) सिलींडर, (३) वाफद्वारे, (४) निष्कासद्वारे, (५) झडप दांडा (ई) फूल झडप : (१) झडप,(२) झडप दांडा, (३) वाफद्वारे, (४) निष्कासन मार्ग.

 एंजिनातील हानी : दट्ट्या व सिलिंडर, दट्ट्यादांडा व भरणपेटी  आणि झडपा यांतील सापेक्ष घर्षणामुळे एंजिनामध्ये यांत्रिक हानी होत असते. वंगण वापरून ती कमी करतात. तसेच सिलिंडरामधील वाफेच्या संघननाने व बाष्पीभवनाने औष्णिक हानी होत असते. या दोन्ही हानींमुळे एंजिनाची उपयुक्त अश्वशक्ती निर्देशक आलेखाच्या मदतीने मोजलेल्या निर्देशित अश्वशक्तीपेक्षा कमी असते. कारण निर्देशित अश्वशक्तीतून हानी वजा केल्यावर उरलेली अश्वशक्ती बाहेरच्या कामाला उपयोगी पडते, म्हणून तिला उपयुक्त अश्वशक्ती म्हणतात [अश्वशक्ति]. औष्णिक हानी कमी करण्यासाठी वाफ वाहक नळ्यांवर ॲस्बेस्टस व मॅग्नेशियम ऑक्साइड या उष्णतानिरोधक पदार्थांचा लेप देतात. त्याला निरोधक लेप असे म्हणतात.


वाफेच्या एंजिनांचे प्रकार : वाफेच्या एंजिनांचे अनेक प्रकार असून त्यांपैकी काहींची माहिती थोडक्यात पुढे दिली आहे : (१) एकक्रिय एक सिलिंडराच्या एंजिनात दट्ट्याच्या एका बाजूवर वाफ कार्य करते. (२) द्विक्रिय एक सिलिंडर एंजिनात दट्ट्याच्या दोन्ही बाजूंवर वाफ आलटून पालटून कार्य करते. (३) दोन किंवा तीन सिलिंडरांच्या संयोगी एंजिनात पहिल्या सिलिंडरामधील उच्च दाबाची वाफ कार्य झाल्यावर दुसऱ्या सिलिंडरामध्ये सोडतात. (४) आडव्या एंजिनात सिलिंडर आडवा असतो. (५) उभ्या एंजिनात सिलिंडर उभा असतो. (६) संघनकसहित एंजिनात कार्य झाल्यावर वाफ स्वतंत्र संघनकात सोडतात. (७) संघनकरहित एंजिनात संघनक नसतो व कार्य झाल्यावर वाफ वातावरणात सोडतात. (८) चालक एंजिन आगगाडी चालविण्यासाठी वापरतात. (९) खडीचेपी एंजिन रस्त्यावरील खडी दाबण्यासाठी वापरतात. (१०) सागरी एंजिन समुद्रावर जहाज चालविण्यासाठी वापरतात. (११) एकदिशी प्रवाही एंजिनामध्ये वाफ सिलिंडराच्या एका टोकाला आत जाते व सिलिंडराच्या मध्यभागी असलेल्या छिद्रांतून तिचे निष्कासन होते. वाफ आत नेण्यास प्रवेश झडपा असतात. निष्का सनासाठी छिद्रांची उघड-मीट दट्ट्यामार्फतच होते. प्रवेश झडपा व सिलिंडराच्या भिंती कायम गरम वाफेच्या सान्निध्यात असल्याने वाफेचे संघनन कमी प्रमाणात होते व एंजिनाची कार्यक्षमता वाढते. (१२) प्रतिप्रवाही एंजिनात वाफेचा प्रवेश व निष्कास सिलिंडराच्या एका टोकाशीच होतो व (१३) वाफेचे पंप एंजिन पाणी उपसण्यासाठी वापरतात.

झडपांचे प्रकार व प्रसरण जोड : झडपांचे कार्य अचूक होण्या-वर एंजिनाचे कार्यमान अवलंबून असते :(१) दट्ट्याचा स्थिर बिंदू वर येताच वाफ सिलिंडरामध्ये सोडणे, (२) विच्छेदन (मज्जाव) क्रियेच्या वेळी वाफेचा प्रवेश व निष्कासन बंद करून वाफेचे प्रसरण होऊ देणे, (३) वाफेचे कार्य पुरे झाल्यावर तिचे निष्कासन करणे, (४) दट्ट्याच्या दर फेऱ्याला सिलिंडरामध्ये वाफेची आवक राशी बदलणे व (५) वाफेचा प्रवेश समय निश्चित करणे. अशी पाच कार्ये झडपा करतात. त्यांसाठी D-सरक झडप, फिरती कॉर्लिस झडप, दट्ट्या झडप व फूल झडप या चार प्रकारच्या झडपा वापरतात. D-सरक झडप भुजादंडावर विकेंद्रक दंड बसवून सरकविली जाते. या झडपेमुळे सिलिंडराच्या दोन्ही टोकांकडून वाफेचा प्रवेश व विच्छेद घडवून मध्य भागातून वाफेचे निष्कासन केले जाते. या झडपेवर वाफेचा सतत दाब येत असल्याने घर्षण जास्त होते. विल्यम मर्‌डॉक यांनी ही तयार केली. द्विद्वारी कॉर्लिस झडप १८४९ मध्ये जॉर्ज कॉर्लिस यांनी बनविली व त्यांच्यावरून हे नाव पडले. हिच्यात वाफेच्या प्रवेशासाठी व निष्कासनासाठी स्वतंत्र झडपा वापरल्यामुळे सिलिंडरामध्ये वाफेच्या संघननाने घडून येणारी हानी कमी होऊ लागली. दट्ट्या झडपेत वाफेचा दाब संतुलित केला गेल्याने घर्षण कमी होऊ लागले. फूल झडप वर उचलली जाते व उच्च तापमानाच्या वाफेसाठी ही उपयुक्त ठरली आहे.

बाष्पित्रातील वाफ नळ्यांतून एंजिनात सोडताना अशा नळ्या काही ठिकाणी एकमेकींना जोडताना प्रसरण जोडवापरतात. या जोडाच्या नळ्या आखूड असून दोन प्रकारच्या असतात. पहिल्या प्रकारात चुणी पाडलेली तांब्याची नळी असते, तर दुसऱ्या प्रकारात ती शुद्ध लोखंडाची मऊ असून कासंडीच्या बाह्य आकारासारखी वळविलेली असते. वाफेच्या उष्णतेने नळ्या प्रसरण पावतात व त्यामुळे लांबी वाढल्याने दाब निर्माण होऊन मोडतोडीचा संभव उद्‌भवतो. प्रसरण जोडाने समतोल साधला जातो व नुकसान होत नाही. 

उपसंहार :एकोणिसाव्या शतकात मूलचालक म्हणजे औष्णिक वा दाब या रूपातील ऊर्जेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतर करणारे यंत्र म्हणून वाफ एंजिनाचे अधिराज्य होते. जवळजवळ १०० वर्षे ह्या अद्‌भूत एंजिनाने मनुष्यजातीस ऊर्जा पुरवून नव्या औद्योगिक युगाची सुरुवात करून दिली व ते युग चांगले स्थिर झाले. विशेषतः सागरी वाहतूक आणि जमिनीवरील वाहतूक यांमध्ये वाफ एंजिनांचे योगदान अपूर्व होते. व्यापार-उदीमास त्यामुळे फारच मोठा हातभार लागून त्याची भरभराट झाली व औद्योगिक संस्कृतीचा पाया मजबूत झाला.

विसाव्या शतकात मात्र ह्या विलक्षण एंजिनाची पीछेहाट झाली. वाफ टरबाइन, डीझेल एंजिन, पेट्रोल एंजिन, वायू टरबाइन ह्या एकापेक्षा एक वरचढ व शक्तिशाली यंत्रांमुळे वाफ एंजिनाचे युग संपुष्टात आले.

जसजशी औद्योगिक प्रगती होत गेली, तसतशी जास्तीत जास्त ऊर्जा निर्माण करणाऱ्या यंत्रांची गरज भासू लागली. त्यामुळे अतिजलद फेरे करणाऱ्या यंत्रांची जरूरी भासू लागली. वाफ एंजिन ह्या कसोट्या पार करू शकले नाही. शक्ती वाढल्यावर त्याचे आकारमान वाढू लागले. त्यामुळे त्याकरिता माल जास्त लागून खर्च वाढू लागला व आर्थिकदृष्ट्या ती परवडेनाशी झाली. मोठी एंजिने अधिक वेगाने फिरविणे अवघड होऊ लागले. हळूहळू वर वर्णिलेली इतर एंजिने विकसित झाली. त्यांचे आकारमान लहान पण शक्ती जास्त व वेग जास्त होता. त्यामुळे त्यांचा उपयोग वाढला व वाफ एंजिन इतिहासजमा झाले.

वाफ टरबाइनाने वाफ एंजिनाची जागा घेण्याची व वाफ एंजिनाच्या पीछेहाटीची कारणे पुढीलप्रमाणे देता येतील : (१) दर मिनिटास ३,००० ते ४,००० फेरे करणारे वाफ टरबाइन जलद गती यंत्र आहे. (२) वाफ टरबाइन जास्त दाबाची (१४ ते ३४ मेगॅपास्काल पास्काल दाबाचे एकक असून १ पास्काल = न्यूटन/चौ. मी.) वाफ वापरू शकते. त्यामुळे औष्णिक कार्यक्षमता वाढते. (३) वाफ टरबाइन जास्त तापमानास (±६००से.) काम करतात, त्यामुळे औष्णिक कार्यक्षमता वाढते. (४) वाफ टरबाइन संघनकाच्या साहाय्याने जास्त निर्वातापर्यंत(± ९८ किलोपास्काल) काम करू शकतात. (५) जास्त शक्ती (± १,०००,००० किलोवॉट) देणारी वाफ टरबाइने बांधता येतात. (६) डीझेल एंजिनाने वाफ एंजिनाची जागा घेतली. डीझेल एंजिने व काही प्रमाणात पेट्रोल एंजिने ही स्वयंपूर्ण (सर्व सोयींनी युक्त), कमी वजनाची, वापरास सोयीची आणि अधिक औष्णिक कार्यक्षमता असलेली अशी असल्याने त्यांचा वापर वाफ एंजिनाच्या (उदा., सागरी एंजिनाच्या) जागी होऊ लागला. (७) मात्र जास्त वजन व फेऱ्यांची अतिशय कमी गती यामुळे वाफ एंजिने विमानांसाठी कधीच वापरता आली नाहीत.

डीझेल व पेट्रोल एंजिनाच्या तुलनेत मात्र वाफ एंजिन हे जवळजवळ प्रदूषणरहित म्हणता येईल. खनिज तेलाची टंचाई व प्रदूषणाचे वाढते प्रमाण यांमुळे कदाचित भावी काळात वाफ एंजिनाचा फेरविचार करण्याची गरज निर्माण होऊ शकेलही.

पहा : एंजिन बाष्पित्र वाफ वाफ टरबाइन संघनक.

संदर्भ : 1. Avallone, E. A. Baumeister, T. Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers, New York, 1987.

           2. Low, D. A. Heat Engines, London, 1961.

           3. Steltz, W.E. Donaldson, A. M., Eds., Aerothermodynamics of Steam Engines, New York, 1981.

भागवत, शं. वा. खांडेकर, वि. वि. 

दीक्षित, चं. ग. टुमणे, उ. शं.

Close Menu
Skip to content