This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam

സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്

Current revision as of 07:18, 2 ജൂലൈ 2014

ആവിയന്ത്രം

Steam Engine

ആവി മാധ്യമമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു താപയന്ത്ര(Heat Engine)ത്തെ ആവിയന്ത്രം എന്നു സാമാന്യമായി പറയാം; താപോർജത്തിൽനിന്നും യാന്ത്രികോർജം (Mechanical Energy) ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു യന്ത്രത്തെയാണ്‌ "താപയന്ത്രം' എന്ന വാക്കുകൊണ്ട്‌ വിവക്ഷിക്കുന്നത്‌. ഒരു താപയന്ത്രം രണ്ട്‌ താപസംഭരണി(Heat reservoir)കളുടെ സഹായത്തോടെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു; ഒന്ന്‌ ഉയർന്ന ഊഷ്‌മാവിലുള്ളതും മറ്റേത്‌ താഴ്‌ന്ന ഊഷ്‌മാവിലുള്ളതും. താപയന്ത്രം ഉയർന്ന ഊഷ്‌മാവിലുള്ള താപസംഭരണിയിൽനിന്നും താപോർജം സ്വീകരിക്കുകയും അതിലൊരു ഭാഗം യാന്ത്രികോർജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുകയും ബാക്കി താഴ്‌ന്ന ഊഷ്‌മാവിലുള്ള താപസംഭരണിയിലേക്ക്‌ വിസർജിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ആമുഖം

സാവേരി

ആവിയന്ത്രങ്ങളിൽ സാധാരണമായി ബോയിലർ (boiler) എന്ന ഒരു പ്രത്യേകഘടകത്തിൽ വച്ചാണ്‌ താപോർജം സ്വീകരിക്കപ്പെടുന്നത്‌. ഈ പ്രക്രിയ താരതമ്യേന ഉയർന്ന മർദത്തിലാണ്‌ നടക്കുന്നത്‌. യന്ത്രത്തിലെ സിലിണ്ടറിൽ ആവി വികസിക്കുമ്പോള്‍ സ്വീകരിക്കപ്പെട്ട താപത്തിൽ ഒരുഭാഗം യാന്ത്രികോർജമായി മാറ്റപ്പെടുന്നു. ബാക്കി താപോർജം ആവിയോടുകൂടി അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കോ, അല്ലെങ്കിൽ കണ്ടന്‍സർ (condenser) എന്ന പ്രത്യേക ഘടകത്തിലേക്കോ, വിസർജിക്കപ്പെടുന്നു. റെയിൽവേയന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽ വികാസം പൂർത്തിയായ നീരാവി അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കു തുറന്നുവിടുന്നു; എന്നാൽ കപ്പൽയന്ത്രംപോലുള്ള പല യന്ത്രങ്ങളിലും സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽനിന്നും പുറത്തുവരുന്ന നീരാവി കണ്ടന്‍സർ എന്ന ഉപകരണത്തിലെ ജലനാളികളെ ചുറ്റി പ്രവഹിക്കുന്നു; തത്‌ഫലമായി ആവിയും ജലവും തമ്മിൽ സംവഹനംമൂലമുള്ള താപവിനിമയം നടക്കുകയും ആവി ജലമായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതിൽ ആദ്യം പറഞ്ഞതരത്തിലുള്ള യന്ത്രങ്ങളെ അസംഘനനയന്ത്രങ്ങള്‍ (non-condensing engines)എന്നും രണ്ടാമതു പറഞ്ഞ തരത്തിലുള്ള യന്ത്രങ്ങളെ സംഘനനയന്ത്രങ്ങള്‍ (condensing engines)എന്നും പറയുന്നു.

ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന യാന്ത്രികോർജം, സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽവച്ചുള്ള നീരാവിയുടെ വികാസത്തിന്റെ അളവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. വികാസാനുപാതം കൂടുതലാണെങ്കിൽ തദനുസരണമായി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന യാന്ത്രികോർജവും കൂടുതലായിരിക്കും. വികാസാനുപാതം ആവിയുടെ പ്രാരംഭ മർദത്തെയും (അതായത്‌ ബോയിലർമർദം) രേചനമർദത്തെയും (exhaust pressure) ആശ്രയിച്ചാണിരിക്കുന്നത്‌. ഒരു സംഘനനആവിയന്ത്രത്തിൽ രേചനമർദം വളരെ കുറവായിരിക്കും. അതിനാൽ അതിലെ വികാസാനുപാതവും അതിൽനിന്നും ലഭിക്കാവുന്ന യാന്ത്രികോർജവും അതേ പ്രാരംഭമർദത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു അസംഘനന ആവിയന്ത്രത്തെ അപേക്ഷിച്ച്‌ കൂടുതലായിരിക്കും.

ആധുനികകാലത്ത്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌ വളരെ ഉയർന്ന മർദത്തിലുള്ള അതിതപ്‌ത(super heated)നീരാവിയാണ്‌. ഉന്നതമർദത്തിലുള്ള ഈ ആവിയുടെ വളരെ താഴ്‌ന്ന മർദത്തിലേക്കുള്ള വികാസം ഒരു സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽതന്നെ നിർവഹിക്കപ്പെടുകയാണെങ്കിൽ ആവിയുടെ വികാസാനുപാതവും തന്മൂലം സിലിണ്ടർ ഘാതവും (cylinder stroke) വളരെയധികമായിരിക്കും. ഇത്രയും വലിയ ഘാതം പല പ്രയോഗികവൈഷമ്യങ്ങള്‍ക്കും കാരണമാക്കുമെന്നതിനാൽ ഇത്തരം സന്ദർഭങ്ങളിൽ ആവിയുടെ വികാസം ഒരേ സിലിണ്ടറിൽ ഒതുക്കിനിർത്താതെ രണ്ടോ മൂന്നോ നാലോ വിഭിന്ന സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കുള്ളിൽ പൂർത്തിയാക്കപ്പെടുന്നു. ആവിയുടെ വികാസം ഒരേ സിലിണ്ടറിൽ പൂർത്തിയാക്കപ്പെടുന്നുവെങ്കിൽ അത്തരം യന്ത്രങ്ങളെ "സരളആവിയന്ത്രങ്ങള്‍' (simple steam engines)എന്നും അതല്ല ഒന്നിൽക്കൂടുതൽ സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കുള്ളിൽവച്ചാണ്‌ പൂർത്തീകരിക്കപ്പെടുന്നതെങ്കിൽ ബഹുപദആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ (compound steam engines)എന്നും പറയുന്നു.

വർഗീകരണം

ആവിയുടെ വികാസവും അതുചെയ്യുന്ന പ്രവൃത്തിയുടെ രീതിയും കണക്കിലെടുത്ത്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളെ രണ്ടായി തരംതിരിക്കാം. പ്രത്യാഗാമി ആവിയന്ത്രം (Reciprocating Steam engine). ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ ആവിയുടെ നിശ്ചലമർദമാണ്‌ (Static pressure) ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്‌. ഒരു സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ പിസ്റ്റണ്‍ ആവിയുടെ നിശ്ചലമർദം ഏല്‌പിക്കുന്ന ബലത്താൽ ഒരറ്റത്തുനിന്നും മറ്റേ അറ്റത്തേക്കു നീങ്ങുന്നു.

ആവി ടർബൈനുകള്‍ (Steam Turbines). ആവിടർബൈനുകളിൽ ആവിയുടെ നിശ്ചലമർദം നേരിട്ട്‌ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നില്ല. നീരാവി ഒരു നോസിലിൽ (nozzle) കൂടി കടത്തിവിട്ട്‌ മർദോർജത്തെ (pressure energy) ചാലകോർജ(Kinetic energy)മായി മാറ്റുന്നു. ചലിക്കുന്ന യന്ത്രഭാഗങ്ങളിലൂടെ ഈ ആവികടന്നുപോകുമ്പോള്‍ ഉണ്ടാകുന്ന സംവേഗ(momentu)മാണ്‌ ആവിടർബൈനുകളുടെ ചാലകശക്തി(motive power)ക്ക്‌ ഹേതു. (നോ: ടർബൈനുകള്‍) മേല്‌പറഞ്ഞവിധം ആവിയന്ത്രങ്ങളെ രണ്ടായി തരം തിരിക്കാമെങ്കിലും "ആവിയന്ത്രം' എന്ന പദംകൊണ്ട്‌ ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്‌ പ്രത്യാഗാമി യന്ത്രങ്ങളെയാണ്‌.

ചരിത്രപശ്ചാത്തലം

ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ ചരിത്രപശ്ചാത്തലം പരിശോധിക്കുമ്പോള്‍ ആദ്യമായി ഓർമയിലെത്തുന്നത്‌ ജെയിംസ്‌ വാട്ട്‌ എന്ന നാമധേയമാണ്‌; എന്നാൽ ജെയിംസ്‌ വാട്ടിനു മുമ്പുതന്നെ ഈ തുറയിൽ ഗണ്യമായ സംഭാവനകള്‍ ചെയ്‌ത പലരും ഉണ്ടായിരുന്നു: സാവേരി, പേപ്പിന്‍, ന്യൂകോമന്‍ തുടങ്ങിയവർ. അലക്‌സാണ്ട്രിയയിലെ ഹീറോയുടെ ന്യൂമാറ്റിക്ക (Pneumatica) എന്ന പുസ്‌തകത്തിൽ (ബി.സി. 130) പ്രത്രിക്രിയാ ആവിടർബൈന്റെ (reaction steam turbine) ഒരു പഴയ രൂപത്തെപ്പറ്റിയുള്ള പ്രസ്‌താവമുണ്ട്‌. "ന്യൂമാറ്റിക്‌സ്‌' (Pneumatics)നെപ്പറ്റിയുള്ള ഒരു പ്രബന്ധത്തിൽ (1601) ഗാംബത്തിസ്‌താ ഡെല്ലാപോർട്ടാ ഏതാണ്ടിതുപോലുള്ള ഒരു ഉപകരണത്തെപ്പറ്റി പറയുന്നു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ പല നിർദേശങ്ങള്‍ക്കും അനുസരിച്ച്‌ രൂപംകൊടുത്തതാണ്‌ സാവേരിയുടെ ആവിയന്ത്രം.

സാവേരിയുടെ ആവിയന്ത്രം

സാവേരിയുടെ ആവിയന്ത്രം

സാവേരി 1698-ൽ ആവിഷ്‌കരിച്ചതാണ്‌ വ്യാവസായികമായി ഉപയോഗപ്രദമായ രൂപത്തിൽ ആദ്യമായി പുറത്തുവന്ന ആവിയന്ത്രം. നീരാവിയുടെ ദ്രവീകരണത്തിന്‌ അവലംബിച്ച കൃത്രിമമാർഗവും, ഈ ദ്രവീകരണത്തിൽനിന്നുളവാകുന്ന ശൂന്യത ഉപയോഗിച്ച്‌ ജലം താഴ്‌ന്നതലത്തിൽനിന്നും ചൂഷണം (suction) മുഖേന ഉയർത്തിയവിധവും സാവേരി യന്ത്രത്തിന്റെ എടുത്തുപറയത്തക്ക പ്രത്യേകതകളാണ്‌. ഖനികളിലും വീടുകളിലെ ജലവിതരണത്തിലും ജലചക്രങ്ങള്‍ (water wheels) ചെലിപ്പിക്കുന്നതിലും ഈ യന്ത്രം ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെട്ടു. എന്നാൽ, ബോയിലറുകള്‍ക്കും മറ്റു യന്ത്രഭാഗങ്ങള്‍ക്കും വഹിക്കാന്‍കഴിയുന്ന മർദം പരിമിതമായിരുന്നു. തന്മൂലം ജലം വളരെ ഉയരത്തിലേക്ക്‌ ഉയർത്താന്‍ കഴിയുമായിരുന്നില്ല. ഇതായിരുന്നു, ഈ യന്ത്രത്തിന്റെ പ്രധാന ന്യൂനത. കൂടാതെ ഇന്ധന നഷ്‌ടവും വളരെ കൂടുതലായിരുന്നു.

പെപ്പിന്റെ ആവിയന്ത്രം

"സിലിണ്ടർ, പിസ്റ്റണ്‍' മാതൃകയിലുള്ള ആവിയന്ത്രം ആദ്യമായി ആവിഷ്‌കരിച്ചത്‌ ഡെനിസ്‌ പേപ്പിന്‍ (Denis Papin-1916) ആണ്‌; എന്നാൽ ഈ യന്ത്രത്തിൽ ബോയിലറായും സിലിണ്ടറായും ഒരേ വാഹിക (vessel) തന്നെയാണ്‌ ഉദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടത്‌. അതുകൊണ്ട്‌ പേപ്പിന്‍ സങ്കല്‌പിച്ചതരത്തിലുള്ള യന്ത്രം അത്ര പ്രയോഗികമായിരുന്നില്ല.

ന്യൂകോമന്റെ അന്തരീക്ഷയന്ത്രം

ന്യുകോമന്റെ അന്തരീക്ഷയന്ത്രം

പേപ്പിന്‍ യന്ത്രത്തിന്റെ സിലിണ്ടറും ബോയിലറും ന്യൂകോമന്‍ വെണ്ണേറെയാക്കിയതോടെ, അതിന്റെ ന്യൂനത പരിഹരിക്കപ്പെട്ടു. കൂടാതെ, തണുത്തവെള്ളം ചെലുത്തി നീരാവിയെ കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായി ദ്രവീകരിക്കാമെന്നും അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. ന്യൂകോമന്‍ യന്ത്രത്തിലെ മർദം ഏതാണ്ട്‌ അന്തരീക്ഷമർദം തന്നെയായിരുന്നു.

സാവേരിയന്ത്രത്തിനുണ്ടായിരുന്ന ഒരു ന്യൂനത-നീരാവിവാഹിക ഇടവിട്ടുള്ള ചൂടാക്കലിനും തണുപ്പിക്കലിനും വിധേയമാകുന്നതുകൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന നീരാവി നഷ്‌ടം കുറഞ്ഞതോതിലാണെങ്കിൽകൂടി, ന്യൂകോമന്‍യന്ത്രത്തിനും ഉണ്ടായിരുന്നു. എന്നാൽ ആവിപ്പമ്പിലെ മർദം നീരാവിയുടെ മർദത്തെ ആശ്രയിച്ചിരുന്നില്ല എന്നുള്ളത്‌ ഈ യന്ത്രത്തിനുണ്ടായിരുന്ന ഒരു മെച്ചമാണ്‌.

ജെയിംസ്‌വാട്ട്‌

ജെയിംസ്‌ വാട്ട്‌

ആധുനിക ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ ഉപജ്ഞാതാവ്‌ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ജെയിംസ്‌ വാട്ട്‌ (1736-1819) ഗ്ലാസ്‌ഗോയിലെ ഒരു ഉപകരണനിർമാതാവായിരുന്നു. ന്യുകോമന്‍ യന്ത്രത്തിൽ നീരവി പ്രവേശിക്കുന്ന വാഹിക വീണ്ടും വീണ്ടും ചൂടാക്കുകയും തണുപ്പിക്കുകയും വളരെയധികം നീരാവി നഷ്‌ടപ്പെടുന്നതെന്നും, വികസിച്ചുകഴിഞ്ഞ നീരാവി ദ്രവീകരിക്കുവാന്‍ ഒരു പ്രത്യേക സംഘനനി ഉപയോഗിക്കുന്നതുകൊണ്ട്‌ ഈ നഷ്‌ടം കുറയ്‌ക്കുവാന്‍ സാധിക്കുമെന്നും അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി. സംഘനനിയിൽ നൂഴ്‌ന്നുകയറുന്ന വായുവും ദ്രാവകവും (condensate) നീക്കം ചെയ്യുവാന്‍ ഒരു പ്രത്യേക വായുപമ്പുപയോഗിച്ചാൽ സംഘനനിയിലെ ശൂന്യത കുറയാതെ സൂക്ഷിക്കാമെന്നും അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. താപരോധകവസ്‌തുക്കള്‍ (heat insulating materials) കൊണ്ടു സിലിണ്ടർ പൊതിഞ്ഞ്‌ അതിൽനിന്നുള്ള താപനഷ്‌ടം കുറയ്‌ക്കുവാനും അദ്ദേഹത്തിനു കഴിഞ്ഞു. സിലിണ്ടറിനും പുറമേയുള്ള കേസിങ്ങി(Casing)നുമിടയിൽ ആവിയുടെ ഒരു പടലം സൂക്ഷിക്കുന്ന "സിലിണ്ടർജാക്കറ്റിംഗ്‌' (cylinder jacketing) എന്ന ആധുനികരീതി ഇങ്ങനെയാണ്‌ ആവിർഭവിച്ചത്‌. ഒരു ആവിയന്ത്രത്തിനുണ്ടായിരിക്കേണ്ട സവിശേഷതകളെ ജെയിംസ്‌ വാട്ട്‌ ഇങ്ങനെ സംഗ്രഹിക്കുന്നു.

ജെയിംസ്‌ വാട്ടിന്റെ പ്രഥമ ആവിയന്ത്രം

ആവി പ്രവേശിക്കുന്ന വാഹിക എപ്പോഴും ആവിയോളം തന്നെ ചൂടുള്ളതായിരിക്കണം. സിലിണ്ടർ, താപരോധിത വസ്‌തുക്കള്‍കൊണ്ടു പൊതിഞ്ഞ്‌ സിലിണ്ടറിൽനിന്നുള്ള താപനഷ്‌ടം കുറയ്‌ക്കാം; വികാസം പൂർണമായ ആവിയുടെ ദ്രവീകരണം ഒരു പ്രത്യേക വാഹികയിൽവച്ചു നിർവഹിക്കണം. ഇതിനെ തണുത്ത വെള്ളമോ മറ്റു വസ്‌തുക്കളോ ഉപയോഗിച്ച്‌ കഴിയുന്നത്ര തണുപ്പുള്ളതായിരിക്കുവാന്‍ ശ്രദ്ധിക്കണം; വായുവോ അതുപോലെ ദ്രവീകരിക്കാത്ത മറ്റു വാതകങ്ങളോ സംഘനനിയിൽ ഉണ്ടായിരിക്കരുത്‌. ഇങ്ങനെയുള്ള വാതകങ്ങള്‍ ഒരു പ്രത്യേക പമ്പ്‌ ഉപയോഗിച്ചു പുറത്തു കളയേണ്ടതാണ്‌;

സിലിണ്ടർ ഘാതം മുഴുവനും ആവി പ്രവേശിപ്പിക്കാതെ, ആവിയുടെ വികസന-ഗുണം (expansive property) കഴിയുന്നിടത്തോളം ഉപയോഗപ്പെടുത്തണം. ജെയിംസ്‌ വാട്ടിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങള്‍ വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നവ ആയിരുന്നുവെങ്കിലും പരിഷ്‌കരിച്ച ന്യൂകോമന്‍ യന്ത്രം എന്ന നിലയിലേ "വാട്ടു'യന്ത്രം കുറേനാളേക്ക്‌ കരുതപ്പെട്ടുള്ളൂ.

1782-ൽ ജെയിംസ്‌ വാട്ട്‌ രണ്ട്‌ പുതിയ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങള്‍കൂടി നടത്തി: (1) പിസ്റ്റന്റെ ഒരു ഭാഗത്തുമാത്രം നീരാവി പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നതിനുപകരം പിസ്റ്റന്റെ രണ്ടു ഭാഗത്തും നീരാവി പ്രവേശിപ്പിച്ചാൽ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടാവുന്ന യാന്ത്രികോർജം വർധിപ്പിക്കാമെന്നും, (2) പിസ്റ്റണ്‍ ചലിക്കുന്ന സമയം മുഴുവന്‍ നീരാവി പ്രവേശിപ്പിക്കാതെ, പിസ്റ്റണ്‍ സിലിണ്ടറിന്റെ ഒരറ്റത്തുനിന്നും കുറച്ചുദൂരം നീങ്ങിക്കഴിയുമ്പോള്‍ നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം അവസാനിപ്പിച്ച്‌, നേരത്തെ പ്രവേശിപ്പിക്കപ്പെട്ട ആവി ബാക്കിയുള്ള ഘാതത്തിൽ വികസിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ നീരാവി നഷ്‌ടം കുറച്ച്‌ യന്ത്രശക്തി കൂട്ടാമെന്നും ആയിരുന്നു അവ. കൂടാതെ ആവിയുടെ പ്രവേശനം നിയന്ത്രിക്കുവാന്‍ ഒരു ത്രാട്ടിൽവാൽവും (throttle valve) യന്ത്രത്തിന്റെ ഘൂർണനവേഗത (rotational speed) ക്രമീകരിക്കുവാന്‍ ഒരു അപകേന്ദ്രനിയന്ത്രകവും (centrifugal governor) അദ്ദേഹം ആവിഷ്‌കരിച്ചു.

ഇന്ധനക്ഷമതയ്‌ക്ക്‌ (economy of fuel) പ്രാരംഭത്തിൽ ഉച്ചമർദവും, ആവിയുടെ പൂർണമായ വികാസവും ഒരു പ്രത്യേക സംഘനനിയുമാണ്‌ ആവശ്യം വേണ്ടതെന്ന്‌ പൂർണമായി മനസ്സിലാക്കുവാന്‍ പിന്നെയും വളരെ നാളുകള്‍ വേണ്ടിവന്നു.

ട്രിവറ്റിക്കും ഇവാന്‍സും

ട്രിവിറ്റിക്കിന്റെ റെയിൽവേ യന്ത്രം

താരതമ്യേന ഉന്നത മർദത്തിലുള്ള നീരാവി ഉപയോഗിക്കുന്ന അസംഘനന ആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ 1800-നോടുകൂടിയാണ്‌ ഉപയോഗിക്കുവാന്‍ തുടങ്ങിയത്‌. ഇംഗ്ലണ്ടിൽ റിച്ചാർഡ്‌ ട്രിവിറ്റിക്കും അമേരിക്കയിൽ ഒലിവർ ഇവാന്‍സും (Oliver Evans) ആണ്‌ ഇതിന്റെ ഉപജ്ഞാതാക്കള്‍. ആദ്യമായി ആവിയന്ത്രം റയിൽവേയിൽ ഉപയോഗിച്ചു (1804) എന്ന ബഹുമതിക്കർഹന്‍ ട്രിവറ്റിക്‌ ആണ്‌; എന്നാൽ 1769-നോടുകൂടിത്തന്നെ ഫ്രാന്‍സിൽ റോഡുഗതാഗതത്തിന്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ചുതുടങ്ങിയിരുന്നു. അമേരിക്കയിൽ ഉന്നതമർദത്തിലുള്ള നീരാവി സർവസാധാരണമായി ഉപയോഗിക്കുവാന്‍ തുടങ്ങിയതിന്റെ കാരണക്കാരന്‍ ഇവാന്‍സാണ്‌.

ബഹുപദയന്ത്രങ്ങള്‍ (Compound engines)

ഒലിവർ ഇവാന്‍സ്‌

ജൊനാഥന്‍ ഹോണ്‍ബ്ലോവർ

ജെയിംസ്‌ വാട്ടിന്റെ സമകാലീനരിൽ ജൊനാഥന്‍ ഹോണ്‍ബ്ലോവർ പ്രത്യേക പരിഗണനയർഹിക്കുന്നു. രണ്ട്‌ സിലിണ്ടറുകള്‍ഉള്ള ഒരു യന്ത്രം അദ്ദേഹം 1781-ൽ നിർമിച്ചു. അദ്ദേഹം ആവി ആദ്യം ഒരു ചെറിയ സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിപ്പിക്കുകയും അവിടെ വികാസം പൂർത്തിയായശേഷം ഒരു വലിയ സിലിണ്ടറിലേക്കു കടത്തിവിടുകയും ചെയ്‌തു. 1804-ൽ വില്യംവൂള്‍ഫ്‌ (William Woolf) ഈ യന്ത്രത്തെ ഒന്നുകൂടി പരിഷ്‌കരിച്ചു. ബഹുപദയന്ത്രങ്ങള്‍ക്ക്‌ സാധാരണ ആവിയന്ത്രങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ചുള്ള ഒരു മെച്ചം ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ചാലനായാസം (driving effort) കൂടുതൽ ഏകരൂപമായിരിക്കും എന്നുള്ളതാണ്‌. കൂടാതെ ആവിയുടെ വികാസം രണ്ട്‌ സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കുള്ളിൽ നടക്കുന്നതുകൊണ്ട്‌ ഓരോ സിലിണ്ടറിലെയും മർദത്തിലും ഊഷ്‌മാവിലുമുള്ള വ്യത്യാസം, വികാസാനുപാതം എന്നിവ കുറവായിരിക്കും. "വാട്ടു'യന്ത്രത്തിന്റെ ആവിർഭാവത്തിനുശേഷം ആവിയന്ത്രത്തിനു വന്നിട്ടുള്ള വിപ്ലവകരമായ പരിവർത്തനങ്ങളിൽ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ടത്‌ ആവിയുടെ ബഹുപദവികാസം (compound expansion of steam) ആണെന്നു നിസ്സംശയം പറയാം.

1800-കളിൽ ഉപയോഗത്തിലിരുന്ന ഒരു ബഹുപദയന്ത്രം

1857-ൽ ഇ.എ. കൂപ്പർ രണ്ട്‌ സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കിടയിൽ ഒരു ആവിസംഭരണി (steam reservoir) ഉപയോഗിച്ച്‌, ലഘുമർദപിസ്റ്റന്റെ (piston in the low Pressure cylinder) ഘാതം ആരംഭിക്കുന്നത്‌ ഉന്നതമർദപിസ്റ്റന്റെ (piston in the high pressure cylinder) ഘാതം അവസാനിച്ചശേഷമേയുള്ളൂ എന്ന നിലയ്‌ക്ക്‌ മാറ്റം വരുത്തി. ഉന്നതമർദത്തിലുള്ള ആവി ഉപയോഗിക്കുന്നതിലുള്ള വൈഷമ്യങ്ങള്‍ കുറഞ്ഞതോടുകൂടി ബഹുപദയന്ത്രങ്ങള്‍ കൂടുതൽ പ്രചാരത്തിൽവന്നു.

റെയിൽവേ യന്ത്രങ്ങളും ആവിബോട്ടുകളും (Locomotives and Steam Boats)

ആവിയന്ത്രം റയിൽവേകളിൽ വിജയകരമായി ഉപയോഗിക്കാനാരംഭിച്ചത്‌ ജോർജ്‌ സ്റ്റീവന്‍സണ്‍ ആണ്‌ (1829). യന്ത്രം വിപരീതദിശയിൽ ഓടിക്കുവാന്‍ സഹായിക്കുന്ന ഒരു ലിങ്കുഗതി(link motion)യും അദ്ദേഹം ആവിഷ്‌കരിച്ചു. 1802-ൽ വില്യം സിമിംഗ്‌ടണ്‍ (William Symigton) പ്രയോഗക്ഷമമായ ആദ്യത്തെ ആവിബോട്ട്‌ പുറത്തിറക്കിയെങ്കിലും ആവി ഉപയോഗിച്ചുള്ള ബോട്ടുകള്‍ കൂടുതലായി പ്രചാരത്തിൽ വന്നത്‌ 1807-നോടുകൂടിയാണ്‌.

ആവി ടർബൈനുകള്‍

ജോർജ്‌ സ്റ്റീവന്‍സണ്‍

വില്യം സിമിംഗ്‌ടണ്‍

ആവിടർബൈനുകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തം നാവികഗതാഗതത്തിൽ ഒരു വിപ്ലവത്തിന്റെ നാന്ദി കുറിച്ചു എന്നുതന്നെപറയാം. ആവിടർബൈനുകള്‍ക്ക്‌ സാധാരണ ആവിയന്ത്രത്തെ അപേക്ഷിച്ച്‌ പല മെച്ചങ്ങളും ഉണ്ട്‌. ഇതിൽ പ്രധാനപ്പെട്ടത്‌, ഘൂർണനചലനം നേരിട്ടുതന്നെ ലഭിക്കുന്നു എന്നുള്ളതാണ്‌. (ആവിയന്ത്രങ്ങളിൽ പിസ്റ്റന്റെ മുന്‍പിന്‍ ചലനം പിന്നീട്‌ ഘൂർണനചലനമായി മാറ്റുകയാണല്ലോ ചെയ്യുന്നത്‌.) ആവിടർബൈനുകളുടെ ആവിർഭാവത്തിനുമാത്രമല്ല അതിന്റെ വിജയകരമായ പ്രവർത്തനത്തിനാവശ്യമായ പല യാന്ത്രികഭാഗങ്ങളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിനും നാം ചാള്‍സ്‌ പാഴ്‌സനോട്‌ (Charles Parson) കടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ജെയിംസ്‌ വാട്ടിന്റെ കാലത്തിനുശേഷം ആവി എന്‍ജിനിയറിങ്ങിന്റെ മണ്ഡലത്തിൽ ഉണ്ടായിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച്‌ ഏറ്റവും വലിയ കണ്ടുപിടിത്തം ആവിടർബൈനുകള്‍ ആണെന്ന്‌ നിസ്സംശയം പറയാം.

1824-ൽ സാദികാർണോ ആവിയന്ത്രത്തെ ഒരു താപയന്ത്രമെന്നനിലയിൽ കരുതാമെന്ന്‌ ആദ്യമായി അഭിപ്രായപ്പെട്ടെങ്കിലും ആവി ഉപയോഗിച്ചുള്ള പല പ്രായോഗിക പ്രശ്‌നങ്ങള്‍ക്കും താപഗതികവിജ്ഞാന (thermo dynamics) തെത്ത്വങ്ങളുടെ സഹായം തേടിയത്‌ റാങ്കൈന്‍ ആണ്‌ (1859). ബോയിലർ, ആവിയന്ത്രം, സംഘനനി എന്നീ ഘടകങ്ങളടങ്ങിയ ഒരു ആവിയന്ത്രവ്യവസ്ഥ റാങ്കൈന്‍ ചക്ര(Rankine cycle)ത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ്‌ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്‌.

പ്രത്യാഗാമി ആവിയന്ത്ര പ്രവർത്തനം

ഘടന

ഒരു ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ വിവിധഭാഗങ്ങളെക്കുറിച്ച്‌ ഒരു ഏകദേശരൂപം ലഭിക്കുവാന്‍ താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രം സഹായകമാണ്‌. സിലിണ്ടർ (A) സാധാരണയായി വാർപ്പിരുമ്പുകൊണ്ടാണ്‌ ഉണ്ടാക്കുന്നത്‌. സിലിണ്ടറിന്റെ ഒരു ഭാഗം ഒരു മൂടികൊണ്ട്‌ അടച്ചിരിക്കും. ഈ ഭാഗത്തിന്‌ കവർഭാഗം (cover side) എന്നും മറ്റേഭാഗത്തിന്‌ ക്രാങ്കുഭാഗം (crank end) എന്നും പറയുന്നു. സിലിണ്ടറിന്‌ ദീർഘചതുരാകൃതിയിലുള്ള രണ്ട്‌ നീരാവിദ്വാരങ്ങള്‍ (steam ports) ഉണ്ടായിരിക്കും. ബോയിലറിൽനിന്ന്‌ നീരാവിപേടകത്തിൽ (steam-chest -B) വരുന്ന ആവി, സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നതും വികാസം പൂർത്തിയായശേഷം സിലിണ്ടറിൽനിന്നും പുറത്തുപോകുന്നതും ഈ ദ്വാരങ്ങളിൽ കൂടിയാണ്‌. നീരാവിപേടകവും സിലിണ്ടറും സാധാരണയായി ഒന്നിച്ചു വാർത്തതായിരിക്കും.

സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽ മുന്‍പിന്‍ഗതി സാധ്യമാകത്തക്കവിധമാണ്‌ പിസ്റ്റണ്‍-(C) ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നത്‌. പിസ്റ്റന്റെ വ്യാസം സിലിണ്ടർ വ്യാസത്തെക്കാള്‍ അല്‌പം കുറവായിരിക്കും. പിസ്റ്റന്റെ വക്രപ്രതലത്തിൽ നിർമിച്ചിട്ടുള്ള ചാലിൽ വാർപ്പിരുമ്പുകൊണ്ടുള്ള പിസ്റ്റണ്‍ വളയങ്ങള്‍ (piston rings) ഘടിപ്പിച്ച്‌ സിലിണ്ടറിനും പിസ്റ്റണും ഇടയിൽകൂടി നീരാവി നഷ്‌ടപ്പെട്ടുപോകാനുള്ള സാധ്യത ഇല്ലാതാക്കുന്നു.

സിലിണ്ടറിനു വെളിയിൽ പിസ്റ്റണെ ഒരു പിസ്റ്റണ്‍ദണ്ഡു (piston rod-D) കൊണ്ട്‌ ക്രാസ്‌ഹെഡു(cross head-E)മായി ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ആവിയുടെ ചോർച്ച തടയുന്നതിനുവേണ്ടി പിസ്റ്റണ്‍ ദണ്ഡ്‌ ഒരു സ്റ്റഫിംഗ്‌ ബോക്‌സി((stuffing box-F)നുള്ളിൽ കൂടിയാണ്‌ സിലിണ്ടറിനു പുറത്തു കടത്തുന്നത്‌. രണ്ട്‌ നിർദേശകദണ്ഡുകള്‍(guide bars)ക്കുള്ളിൽ നീങ്ങത്തക്കവിധമാണ്‌ ക്രാസ്‌ഹെഡിന്റെ ഘടന. പിസ്റ്റണ്‍ദണ്ഡു വളയാതിരിക്കുവാനും ക്രാസ്‌ ഹെഡിന്‌ ഒരു നേർവരയിൽകൂടിയുള്ള മുന്‍പിന്‍ചലനം സാധ്യമാക്കുവാനും ഇത്‌ സഹായിക്കുന്നു.

ക്രാസ്‌ഹെഡ്‌ ഒരു ബന്ധകദണ്ഡ്‌ (connectingrod-G) കൊണ്ട്‌ ക്രാങ്കു (crank-H) മായി ബന്ധിച്ചിരിക്കുന്നു. ബന്ധകദണ്ഡ്‌ ക്രാസ്‌ഹെഡുമായി ഒരു ഗഡ്‌ജന്‍ പിന്‍ (gudgeon pin) കൊണ്ടും ക്രാങ്കുമായി ഒരു ക്രാങ്കു പിന്‍ (crank pin) കൊണ്ടുമാണ്‌ ഘടിപ്പിക്കുന്നത്‌. ബന്ധകദണ്ഡ്‌ ക്രാസ്‌ഹെഡുമായി ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഭാഗത്തിന്‌ ചെറുഅറ്റം (small end) എന്നും ക്രാങ്കുമായി ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഭാഗത്തിന്‌ വന്‍അറ്റം (big end) എന്നും പറയാറുണ്ട്‌. പിസ്റ്റന്റേയും ക്രാസ്‌ഹെഡിന്റേയും മുന്‍പിൽ ചലനം ക്രാങ്കിന്റെ ഘൂർണന ചലനമായി മാറ്റുന്നത്‌ ബന്ധകദണ്ഡാണ്‌.

ക്രാങ്ക്‌ ഒരു ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടു(crank shaft-I)മായി യോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടിനോട്‌ ഭാരമേറിയ ഒരു ഗതിപാലകചക്രം (fly wheel-J) ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്‌. ബന്ധകദണ്ഡും ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടും ഫോർജിത ഉരുക്ക്‌ (forged steel) ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ നിർമിക്കുന്നത്‌. ക്രാങ്കും ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടും ചിലപ്പോള്‍ ഒരേ ഘടകമായി വാർത്തെടുക്കാറുണ്ട്‌.

ഡി-സ്‌ളൈഡ്‌ വാൽവ്‌ (D-Slide Valve)

സിലിണ്ടറിനുള്ളിലേക്കും വെളിയിലേക്കും ഉള്ള നീരാവിയുടെ പ്രവാഹം ഒരു വാൽവിന്റെ സഹായത്തോടെ നിയന്ത്രിക്കുന്നു. ഈ ആവശ്യത്തിന്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വാൽവാണ്‌ ഡി-സ്ലൈഡ്‌വാൽവ്‌ (ചി.1 V). D എന്ന അക്ഷരത്തിന്റെ ആകൃതിയിൽ അകം പൊള്ളയായ ഒരു ദീർഘചതുരപേകടമാണിത്‌. സിലിണ്ടറിന്റെ ഭിത്തിയിലുള്ള മിനുസപ്പെടുത്തിയ ഒരു പ്രതലത്തിൽ (machined surface) മുന്‍പിന്‍ചലനം സാധ്യമാകത്തക്കവിധം ഇത്‌ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ പ്രതലത്തിൽ ദീർഘചതുരാകൃതിയിലുള്ള മൂന്ന്‌ ദ്വാരങ്ങള്‍ ഉണ്ട്‌: രണ്ടു വശത്തുകൂടിയും നീരാവിയെ അകത്തു പ്രവേശിപ്പിക്കുന്ന രണ്ട്‌ നീരാവിദ്വാരങ്ങളും (steam ports), വികാസം കഴിഞ്ഞ നീരാവിയെ പുറത്തേക്കു നയിക്കുന്ന ഒരു രേചനദ്വാരവും (exhaust port) (ചി. 2).

വാൽവിന്റെ മുന്‍പിന്‍ചലനമനുസരിച്ച്‌ രണ്ട്‌ നീരാവിദ്വാരങ്ങളും ക്രമത്തിൽ ആവിയുടെ പ്രവേശനത്തിനുവേണ്ടി തുറക്കപ്പെടുകയും വികസിച്ചുകഴിഞ്ഞ നീരാവി ഈ ദ്വാരങ്ങളിൽകൂടിത്തന്നെ രേചനദ്വാരത്തിൽ എത്തുകയും അവിടെനിന്നും പുറംതള്ളപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു.

പിസ്റ്റന്റെ മുന്‍പിന്‍ ചലനം ഒരു ബന്ധകദണ്ഡുമുഖേന ഘൂർണനഗതിയായി മാറ്റുന്നത്‌ എങ്ങിനെയെന്നു നേരത്തെ പറഞ്ഞുവല്ലോ. എന്നാൽ ഡി-സ്ലൈഡുവാൽവിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിന്‌ ഈ ഘൂർണനഗതിയെ വീണ്ടും ഒരു മുന്‍പിന്‍ചലനമായി മാറ്റേണ്ടത്‌ ആവശ്യമാണ്‌. ഇത്‌ ഒരു ഉൽകേന്ദ്രകം (eccentric) മുഖേനയാണ്‌ സാധിക്കുന്നത്‌. ഫലത്തിൽ ഒരു ക്രാങ്കിന്റെയും ഒരു ഉൽകേന്ദ്രകത്തിന്റേയും ധർമം ഒന്നുതന്നെയാണ്‌. ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടിനോടു ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള ഒരു വട്ടത്തകിടി(circular disc)ന്റെ രൂപത്തിലുള്ള ഒരു "ക്രാങ്ക്‌' ആണ്‌ ഉൽകേന്ദ്രകം. എന്നാൽ, ഈ വട്ടത്തകിടിന്റെ കേന്ദ്രവും ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടിന്റെ കേന്ദ്രവും ഒന്നല്ല. ഈ രണ്ട്‌ കേന്ദ്രങ്ങളും തമ്മിലുള്ള ദൂരത്തിന്‌ ഉൽകേന്ദ്രത (eccentricity) എന്നു പറയുന്നു. ഈ വട്ടത്തകിടിന്‌ പുറമേയായി ഒരു പട്ട (eccentric strap) ഉണ്ട്‌. ഈ പട്ട ഒരു ഉൽകേന്ദ്രകദണ്ഡു (eccentric rod: M) വഴി വാൽവുദണ്ഡു(valve rod: N)മായും, വാൽവുദണ്ഡ്‌ വീണ്ടും വാൽവുമായും ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ക്രാങ്കുഷാഫ്‌ടിന്റെ ഘൂർണനഗതി വീണ്ടും ഒരു മുന്‍പിന്‍ചലനമായി രൂപാന്തരപ്പെടുത്തുന്നത്‌ ഇങ്ങനെയാണ്‌.

ഒരു ആവിയന്ത്രത്തിൽ ആവി പ്രവേശിക്കുന്നതുമുതൽ ബഹിർഗമിക്കുന്നതുവരെ നടക്കുന്ന സംഭവങ്ങള്‍ താഴെ പറയുന്നവയാണ്‌.

നീരാവിയുടെ പ്രവർത്തനം

പ്രവേശനം

ഡി-സ്ലൈഡുവാൽവ്‌ അതിന്റെ ഘാതത്തിന്റെ മധ്യസ്ഥാനത്തുനിന്നും വലതുഭാഗത്തേക്കു നീങ്ങുമ്പോള്‍ ഇടത്തുഭാഗത്തുള്ള നീരാവിദ്വാരം തുറക്കപ്പെടുകയും വാൽവുചെസ്റ്റിൽനിന്നും നീരാവി സിലിണ്ടറിലേക്ക്‌ പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പിസ്റ്റണ്‍ ക്രാങ്കുഭാഗത്തുനിന്നും കവർഭാഗത്ത്‌ എത്തുന്നതിന്‌ അല്‌പം മുമ്പ്‌ നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം ആരംഭിക്കുന്നു. നീരാവിയുടെ ഉന്നതമർദംകൊണ്ട്‌ പിസ്റ്റണ്‍ കവർഭാഗത്തുനിന്നും ക്രാങ്കുഭാഗത്തേക്കു തള്ളപ്പെടുന്നു. നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം ആരംഭിക്കുമ്പോള്‍ പിസ്റ്റന്റേയും വാൽവിന്റേയും സ്ഥാനങ്ങള്‍ ചിത്രത്തിൽ (ചി. 3 (1)) കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

വിഛേദം (Cut off)

പിസ്റ്റണ്‍ അതിന്റെ "യാത്രാമധ്യസ്ഥാനം' (mid travel position) പിന്നിട്ടു അല്‌പം കഴിയുമ്പോള്‍ സിലിണ്ടറിലേക്കുള്ള നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം വിച്ഛേദിക്കുന്നു. ഡി-സ്ലൈഡ്‌ വാൽവ്‌ ഇടതുഭാഗത്തേക്കു നീങ്ങി ഇടത്തുഭാഗത്തുള്ള നീരാവിദ്വാരം അടയുമ്പോഴാണ്‌ ഇത്‌ സംഭവിക്കുന്നത്‌. സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിച്ച നീരാവി വികസിക്കുകയും പിസ്റ്റനെ ക്രാങ്കുഭാഗത്തേക്കു തള്ളുകയും ചെയ്യുന്നു. (ചി. 3 (2))

മോചനം (Release)

ഡി-സ്ലൈഡ്‌ വാൽവിന്റെ ഇടത്തുവശത്തേക്കുള്ള യാത്രയിൽ വാൽവിന്റെ ഉള്‍ഭാഗം ഇടതുവശത്തുള്ള നീരാവിദ്വാരം തുറക്കുകയും വികാസം പൂർത്തിയായ നീരാവി ഈ ദ്വാരത്തിൽകൂടി രേചനദ്വാരത്തിൽ എത്തി, അവിടെനിന്നും അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കോ, സംഘനനിയിലേക്കോ നയിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്ന. (ചി. 3 (3))

മർദനം (Compression)

വീണ്ടും ക്രാങ്കു ഭാഗത്തേക്കുള്ള യാത്രയിൽ ഡി-സ്ലൈഡ്‌ വാൽവ്‌ ഇടത്തുഭാഗത്തുള്ള ദ്വാരം പൂർണമായും അടയ്‌ക്കുന്നു. (ചി. 3 (4)) സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽ അകപ്പെട്ട നീരാവി മർദിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ മർദിതനീരാവി പിസ്റ്റണും സിലിണ്ടർ കവറിനുമിടയിൽ ഒരു ഉപധാനം (cushion) പോലെ വർത്തിക്കുന്നു. സിലിണ്ടറിന്റെ ഒരു ഭാഗത്തുമാത്രം നടക്കുന്ന കാര്യങ്ങളെക്കുറിച്ചാണ്‌ മുകളിൽ പ്രസ്‌താവിച്ചത്‌. എന്നാൽ ഉഭയക്രിയായന്ത്രങ്ങളിൽ (double acting engines) സിലിണ്ടറിന്റെ ക്രാങ്കുഭാഗത്തും ഇതേ പ്രവർത്തനങ്ങള്‍ മറ്റൊരു ക്രമത്തിൽ നടക്കുന്നുണ്ടെന്ന്‌ പറയേണ്ടതില്ലല്ലോ.

മേൽപറഞ്ഞ വിവിധ പ്രവർത്തനങ്ങള്‍ നടക്കുമ്പോള്‍, സിലിണ്ടറിൽ പിസ്റ്റണ്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന സ്ഥാനം (അല്ലെങ്കിൽ വാൽവിന്റെ സ്ഥാനം) ക്രാങ്കുവൃത്തത്തിൽ ക്രാങ്കിന്റെ സദൃശമായ സ്ഥാനം കൊണ്ടാണ്‌ രേഖപ്പെടുത്താറുള്ളത്‌. ഈ പ്രവർത്തനങ്ങള്‍ക്കനുക്രമമായ ക്രാങ്കിന്റെ സ്ഥാനം ക്രാങ്കുവൃത്തത്തിൽ രേഖപ്പെടുത്തിയ ചിത്രത്തിന്‌ "വാൽവ്‌ സാമയിക ചിത്രം' (valve timing diagram) എന്നു പറയുന്നു.

സൂചകചിത്രം

ഒരു ആവിയന്ത്രത്തിന്റെ സാങ്കല്‌പിക (താത്ത്വിക) സൂചക ചിത്രം (hypothetical (theoretical) indicator diagram) (ചി. 5) ശ്രദ്ധിക്കുക. ഒരു യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോള്‍ സാധാരണനിലയിൽ ഉണ്ടാകുന്ന എല്ലാ പ്രായോഗിക നഷ്‌ടങ്ങളും തടയുകയാണെങ്കിൽ കിട്ടുന്ന മർദവ്യാപ്‌ത ആരേഖ(P-V. diagram)മാണ്‌ താത്ത്വിക സൂചക ചിത്രം.

ചില സങ്കല്‌പങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ്‌ ഈ ചിത്രം വരയ്‌ക്കുന്നത്‌. അവയിൽ പ്രധാനപ്പെട്ടവ ഇവിടെ കൊടുക്കുന്നു. (1) ആവിയെ പ്രവേശിപ്പിക്കുകയും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്ന വാൽവുകള്‍ വളരെ പെട്ടെന്നാണ്‌ (ശിമേിമേിലീൗ) അെടയുകയും തുറക്കുകയും ചെയ്യുന്നത്‌; (2) സിലിണ്ടറിലെ ആവിയുടെ വികാസം ഹൈപ്പർബോളിക്‌ (hyperbolic) ആണ്‌; (3) ആവി, സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നത്‌ ബോയിലർ മർദത്തിലും പുറത്തുപോകുന്നത്‌ സംഘനനി മർദത്തിലുമാണ്‌; (4) ആവിയുടെ ദ്രവീകരണംമൂലം സിലിണ്ടറിലെ മർദം ഒട്ടുംതന്നെ കുറയുന്നില്ല; (5) രേചനഘാതത്തിന്റെ അവസാനം ആവി മർദനത്തിന്‌ വിധേയമാക്കപ്പെടുന്നില്ല.

എന്നാൽ, ഒരു യന്ത്രം പ്രവർത്തിക്കുമ്പോള്‍ മേല്‌പറഞ്ഞ സങ്കല്‌പങ്ങള്‍ ഒന്നുംതന്നെ ശരിയായിക്കാണുന്നില്ല. തത്‌ഫലമായി ഒരു സൂചക(indicator)ത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ എടുക്കുന്ന ചിത്രം സാങ്കല്‌പിക ചിത്രത്തിൽ നിന്നും വളരെ ഭിന്നമായിരിക്കും.

യഥാർഥ സൂചകചിത്രത്തിന്റെ വിസ്‌തൃതിയും സാങ്കല്‌പിക ചിത്രത്തിന്റെ വിസ്‌തൃതിയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതത്തിന്‌ "ചിത്രഘടകം' (diagram factor) എന്നു പറയുന്നു. ഒരു ആവിയന്ത്രസിലിണ്ടറിലെ മാധ്യസഫലമർദം (mean effective pressure) താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന സൂത്രവാക്യം (formula) ഉപയോഗിച്ചു കണ്ടുപിടിക്കാം.

ഒരു ഉഭയക്രിയാ ആവിയന്ത്രത്തിലെ സിലിണ്ടറിൽ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ശക്തി (സൂചിതശക്തി-indicated horse power) (2Pm A L A)/4500 ആയിരിക്കും. ഇവിടെ,

	Pm = മാധ്യസഫല മർദം (കി. ഗ്രാം/ സെ.മീ. )2)
	   A = പിസ്റ്റണ്‍ വിസ്‌തൃതി (സെ.മീ. )2
	   L = പിസ്റ്റണ്‍ സ്‌ട്രാക്ക്‌ (മീ. )
	   N = ഘൂർണന (ഗതി) വേഗത (മിനിട്ടിൽ)
 

സിലിണ്ടറിന്റെ ക്രാങ്കുഭാഗത്ത്‌ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന കുതിരശക്തി കണ്ടുപിടിക്കുമ്പോള്‍ പിസ്റ്റണ്‍ദണ്ഡിന്റെ വിസ്‌തൃതികൂടി കണക്കിലെടുക്കേണ്ടതാണ്‌. (മുകളിൽ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന സൂത്രവാക്യത്തിൽ പിസ്റ്റണ്‍ ദണ്ഡിന്റെ വിസ്‌തൃതി കണക്കിലെടുത്തിട്ടില്ല).

പിസ്റ്റണ്‍ വാൽവ്‌ (Piston Valve)

മുമ്പു പ്രസ്‌താവിച്ച തരത്തിലുള്ള ഡി-സ്ലൈഡ്‌ വാൽവ്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളിൽ സർവസാധാരണമായി ഉപയോഗിക്കാറുണ്ടെങ്കിലും അതിനു പല കുറവുകളും ഉണ്ട്‌. വാൽവ്‌ അസന്തുലിതമർദത്തിന്‌ വിധേയമാകുന്നതുകൊണ്ട്‌ വളരെയധികം ഘർഷണം ഉണ്ടാകുകയും പ്രയോജനപ്പെടുത്താവുന്ന ശക്തിയിൽ ഒരു ഭാഗം അതുമൂലം നഷ്‌ടപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. സിലിണ്ടറിൽ ആവി പ്രവേശിക്കുന്നതും ബഹിർഗമിക്കുന്നതും ഒരേ ദ്വാരങ്ങളിൽ കൂടിയായതുകൊണ്ട്‌ ഈ ആവിദ്വാരങ്ങള്‍ ഒന്നിടവിട്ട്‌ ചൂടാകുകയും തണുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഇത്തരം വാൽവുകള്‍ക്ക്‌ പകരം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വാൽവാണ്‌ പിസ്റ്റണ്‍വാൽവ്‌. വാൽവിനും അതുതെന്നുന്ന പ്രതലത്തിനുമിടയിലുള്ള അസന്തുലിത മർദത്തിന്റെ അഭാവത്തിൽ ഘർഷണവും അതുമൂലമുള്ള ശക്തിനഷ്‌ടവും കുറവായിരിക്കും. ഉന്നത മർദത്തിലുള്ള അതിതപ്‌തനീരാവി ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ ഈ തരം വാൽവുകളാണ്‌ കൂടുതൽ അനുയോജ്യം.

രണ്ട്‌ പിസ്റ്റണുകള്‍ ഒരു വാൽവുദണ്ഡിൽ ഘടിപ്പിച്ച രീതിയിലാണ്‌ പിസ്റ്റണ്‍വാൽവിന്റെ ഘടന. പിസ്റ്റണ്‍ വാൽവിന്റെ മുന്‍പിന്‍ ചലനംകൊണ്ട്‌ സിലിണ്ടറിലേക്കുള്ള ആവിയുടെ പ്രവേശനവും അതിൽനിന്നുള്ള ബഹിർഗമനവും നിയന്ത്രിക്കുന്നു. ചിത്രം 6 (a) നോക്കുക. ഉന്നതമർദത്തിലുള്ള ആവി, രണ്ട്‌ പിസ്റ്റണ്‌ ഇടയിലുള്ള വിടവിലും അവിടെനിന്ന്‌ സിലിണ്ടറിലും പ്രവേശിക്കുന്നു. വികാസം കഴിഞ്ഞ നീരാവി പിസ്റ്റണും വാൽവുചെസ്റ്റിനുമിടയിലുള്ള വിടവിൽ (ചിത്രം - 6ൽ 'E') കൂടി പുറത്തുപോകുന്നു.

ഇത്തരം വാൽവുകള്‍ റയിൽവേയന്ത്രങ്ങളിലും കപ്പൽ യന്ത്രങ്ങളിലും ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

മേയർ-വികാസവാൽവ്‌ (Mayer Expansion Valve)

ഡി-സ്ലൈഡ്‌ വാൽവുപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ പിസ്റ്റന്റെ യാത്രാമധ്യസ്ഥാനത്തിന്‌ ശേഷമാണല്ലോ സിലിണ്ടറിലേക്കുള്ള നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം വിച്ഛേദിക്കുന്നത്‌. നീരാവി വിച്ഛേദം നേരത്തെയാക്കുകയാണെങ്കിൽ, ബാക്കിയുള്ള വ്യാപാരങ്ങളും അതനുസരിച്ച്‌ നേരത്തെയാകുന്നു. ഒരു മേയർ-വികാസവാൽവുപയോഗിച്ച്‌ ബാക്കിയുള്ള ക്രിയകളുടെ സ്ഥാനം മാറ്റാതെതന്നെ ആവി വിച്ഛേദബിന്ദു (point of cut off) മാറ്റാമെന്നു മാത്രമല്ല, യന്ത്രം പ്രവർത്തിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുമ്പോള്‍ത്തന്നെ ഇത്‌ സാധിക്കാവുന്നതുമാണ്‌.

മേയർ വികാസവാൽവിൽ രണ്ട്‌ പ്രത്യേക ഉൽകേന്ദ്രകങ്ങളുടെ സഹായംകൊണ്ട്‌ പ്രവർത്തിക്കുന്ന രണ്ട്‌ വാൽവുകളാണുള്ളത്‌. ചി. 6 (b) കാണുക. അ എന്നടയാളപ്പെടുത്തിയിട്ടുള്ള ദ്വാരങ്ങളിൽകൂടി ആവി സിലിണ്ടറിൽ പ്രവേശിക്കുന്നു. പ്രധാനവാൽവ്‌ (M) ഒരു സാധാരണ വാൽവു പോലെതന്നെയാണ്‌. എന്നാൽ ഇതുകൂടാതെ ഒരു വാൽവുദണ്ഡിൽ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള, മുന്‍പിന്‍ചലന സ്വാതന്ത്യ്രമുള്ള രണ്ട്‌ ബ്ലോക്കു(block)കളുടെ പ്രവർത്തനംകൊണ്ട്‌ അഎന്ന ദ്വാരത്തിൽകൂടിയുള്ള നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം നിയന്ത്രിക്കാം. വാൽവിലെ ദ്വാരങ്ങളും സിലിണ്ടറിലെ ആവിദ്വാരങ്ങളും ഒരുമിച്ചു വരികയാണെങ്കിൽകൂടി ഋ-എന്ന ബ്ലോക്കുകളുടെ സ്ഥാനമനുസരിച്ച്‌ സിലിണ്ടറിലേക്കുള്ള നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം പൂർണമായോ ഭാഗികമായോ വിച്ഛേദിക്കാവുന്നതാണ്‌.

ലിങ്ക്‌ ഗതികള്‍ (Link Motions)

ലിങ്ക്‌ ഗതി എന്ന്‌ പറയപ്പെടുന്ന ഒരു യന്ത്രസൂത്ര(mechanism)ത്തൊിന്റെ സഹായത്തോടെ പിന്നോട്ടുള്ള ഗതിക്ക്‌ ഒരു പ്രത്യേക ഉൽകേന്ദ്രകം ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ സാധാരണയായി ഒരു ആവിയന്ത്രം വിപരീതദിശയിൽ ഓടിക്കുന്നത്‌. യന്ത്രത്തെ വിപരീതദിശയിൽ ഓടിക്കുന്നതുകൂടാതെ നീരാവിയുടെ പ്രവേശനം, വിച്ഛേദം, മോചനം, മർദനം ഇവയുടെ സ്ഥാനം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുവാനും ലിങ്കുഗതികള്‍ സഹായിക്കുന്നു.

സ്റ്റീഫന്‍സണ്‍ ലിങ്ക്‌ഗതി (Stephenson Link motion)

ആവിയന്ത്രങ്ങളുടെ പിന്നോട്ടുള്ള ഗതി സാധ്യമാക്കുവാന്‍ സർവസാധാരണമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിങ്ക്‌ ഗതി സ്റ്റീഫന്‍സണ്‍ ലിങ്ക്‌ ഗതിയാണ്‌. ചിത്രം 7-ൽ ഞ1-എന്ന ഉൽകേന്ദ്രകദണ്ഡിന്റെ പുറഭാഗം ആ-എന്ന ബ്ലോക്കിനോട്‌ ഏറ്റവും അടുത്താകത്തക്കവിധം ലിങ്ക്‌ ഘ പ്രവർത്തിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോള്‍ വാൽവിന്റെ ചലനം ഞ1-ദണ്ഡിനാൽ സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്നു. അതുപോലെ, ലിങ്ക്‌-ഘ ഞ2-നെ ആബ്ലോക്കിനോട്‌ അടുപ്പിക്കുമ്പോള്‍, വാൽവ്‌ ഞ2-നാൽ പ്രവർത്തിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ദണ്ഡ്‌ ഈ രണ്ട്‌ സ്ഥാനങ്ങള്‍ക്കിടയിലാണെങ്കിൽ ആ-ബ്ലോക്കിനോട്‌ കൂടുതൽ അടുത്തിരിക്കുന്ന ദണ്ഡ്‌ വാൽവിന്റെ ചലനത്തെ കൂടുതൽ സ്വാധീനിക്കുകയും അതനുസരിച്ച്‌ വാൽവിന്റെ ഘാതം കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഗുച്ച്‌ ലിങ്ക്‌ഗതി (Gooch Link motion)

സ്റ്റീഫന്‍സണ്‍ ലിങ്ക്‌ഗതിയിൽ വാൽവ്‌ദണ്ഡിന്റെ ദിശയിലുള്ള ചലനമൊഴിച്ചാൽ ആ-ബ്ലോക്ക്‌ നിശ്ചലമാണ്‌. ബ്ലോക്കിന്‌ ആപേക്ഷികമായ ലിങ്കിന്റെ സ്ഥാനം മാറുന്നു. എന്നാൽ ഗൂച്ച്‌ ലിങ്ക്‌ ഗതിയിൽ ലിങ്ക്‌ ഒരു ഉറച്ച ബിന്ദുവിൽനിന്നും തൂക്കിയിട്ടിരിക്കുന്നു; ബ്ലോക്കിന്റെ സ്ഥാനം ലിങ്കിന്‌ ആപേക്ഷികമായി മാറുന്നു.

അല്ലന്‍ ലിങ്ക്‌ഗതി (Allan Link motion)

അല്ലന്‍ ലിങ്ക്‌ഗതിയിൽ ബ്ലോക്കും ലിങ്കും വിപരീത ദിശയിൽ ചലിക്കുന്നു. സ്റ്റീഫന്‍സണ്‍ ലിങ്ക്‌ഗതിയുടെയും ഗൂച്ച്‌ ലിങ്ക്‌ ഗതിയുടെയും ഒരു സങ്കലിതരൂപമാണ്‌ അല്ലന്‍ ലിങ്ക്‌ഗതി എന്നുപറയാം.

ആവിയന്ത്രങ്ങളുടെ നിയന്ത്രണം

എല്ലായന്ത്രങ്ങളുടെയും ഘൂർണനവേഗതയ്‌ക്ക്‌ ഒരു നിശ്ചിതപരിധിയുണ്ട്‌. എന്നാൽ യന്ത്രത്തിന്‌ വഹിക്കേണ്ടിവരുന്ന ഭാരത്തിന്റെ ഏറ്റക്കുറച്ചിൽ അനുസരിച്ച്‌ ഘൂർണനവേഗതയും വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. വഹനഭാരം കൂടുമ്പോള്‍ ഘൂർണനവേഗത കുറയുകയും യന്ത്രവഹനഭാരം കുറയുമ്പോള്‍ ഘൂർണനവേഗത കൂടുകയും ചെയ്യുന്നു. യന്ത്രത്തിനു വഹിക്കേണ്ടിവരുന്ന ഭാരത്തിന്റെ തോത്‌ എന്തുതന്നെയായാലും ഘൂർണന വേഗത നിശ്ചിത പരിധിക്കുള്ളിൽ തന്നെയാണെന്ന്‌ ഉറപ്പു വരുത്തുകയാണ്‌ ഒരു നിയന്ത്രകത്തിന്റെ (governor) ധർമം.

സിലിണ്ടറിനുള്ളിൽ നീരാവി ഒരു ചാക്രിയപരിവർത്തനത്തിന്‌ (cyclic change) വിധേയമാകുന്നതുകൊണ്ട്‌ പിസ്റ്റണിൽ ഏല്‌പിക്കപ്പെടുന്ന മർദത്തിലും ഏറ്റക്കുറച്ചിൽ ഉണ്ടാകുന്നു. യന്ത്രത്തിന്റെ ഘൂർണനവേഗതയും ഇതനുസരിച്ച്‌ വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ഘൂർണനവേഗതയിൽ വരുന്ന ഈ വ്യത്യാസം ക്രമീകരിക്കുന്നത്‌ ഗതിപാലകചക്ര(fly wheel)മാണ്‌. ആവിയന്ത്രത്തെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം നിയന്ത്രണം രണ്ടു വിധത്തിലാണ്‌ സാധിക്കാറുള്ളത്‌.

വിച്ഛേദ നിയന്ത്രണം (Cut off governing)

സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ ആവിയുടെ വികാസാനുപാതം വ്യത്യാസപ്പെടുത്തുകയെന്നതാണ്‌ ഈ രീതിയുടെ തത്ത്വം. ആവിയുടെ വിച്ഛേദം നേരത്തെയാകുകയോ താമസിപ്പിക്കുകയൊ ചെയ്‌താൽ അതനുസരിച്ച്‌ വികാസാനുപാതവും വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. തന്മൂലം നീരാവി ചെയ്യുന്ന ജോലിയുടെ അളവിലും ഘൂർണനവേഗതയിലും വ്യത്യാസം വരുന്നു.

ഉപരോധിത നിയന്ത്രണം (Throttle governing)

ആവി സിലിണ്ടറിൽ ചെയ്യുന്ന ജോലിയുടെ തോത്‌ പ്രാരംഭ-ആവിമർദത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. പ്രാരംഭമർദം കുറയ്‌ക്കുകയാണെങ്കിൽ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ശക്തിയുടെ അളവിലും തദനുസാരമായ കുറവുണ്ടാകും. സിലിണ്ടറിലേക്ക്‌ പ്രവേശിക്കുന്ന നീരാവി ഒരു ത്രാട്ടിൽ വാൽവി(throttle valve)നാൽ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുകയാണെങ്കിൽ നീരാവിയുടെ അളവിലും പ്രാംരഭമർദത്തിലും കുറവുണ്ടാകും.

ഒരു ത്രാട്ടിൽ നിയന്ത്രിത ആവിയന്ത്രത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ആവിയുടെ അളവ്‌ അതിന്റെ സൂചിത കുതിരശക്തി(indicated horse power)യ്‌ക്ക്‌ ആനുപാതികമായിരിക്കും. ഇത്‌ വില്ല്യന്‍ തത്ത്വം (Willian's Law) എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെടുന്നു.

വർഗീകരണം

ആവിയുടെ പ്രവർത്തനവിധവും വിവിധ ഘടകങ്ങളുടെ പൊതുവായ ക്രമവും അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ആവിയന്ത്രങ്ങളെ പല വിഭാഗങ്ങളായി തരംതിരിക്കാം. ആവിയന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രധാനപ്പെട്ട തരം തിരിവുകള്‍ താഴെക്കൊടുക്കുന്നു: 1. സിലിണ്ടറിൽ വികാസം പൂർത്തിയായ നീരാവിയെ അന്തരീക്ഷത്തിലേക്കാണോ അതോ ഒരു പ്രത്യേക സംഘനനിയിലേക്കാണോ കടത്തിവിടുന്നത്‌ എന്നതനുസരിച്ച്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളെ അസംഘനനി (non-condensing) യന്ത്രങ്ങള്‍ എന്നും സംഘനനി (condensing) യന്ത്രങ്ങള്‍ എന്നും തരംതിരിക്കാം. ഒരേ പ്രാരംഭമർദത്തിലുള്ള ആവി ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ ഒരു സംഘനനിയന്ത്രത്തിൽ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ശക്തി താരതമ്യേന കൂടുതലായിരിക്കും. 2. ചില യന്ത്രങ്ങളിൽ നീരാവി, പിസ്റ്റന്റെ ഒരു ഭാഗത്തുമാത്രവും മറ്റു ചിലതിൽ പിസ്റ്റന്റെ രണ്ടുഭാഗത്തും പ്രവേശിപ്പിക്കുന്നു. ആദ്യം പറഞ്ഞതരത്തിലുള്ള യന്ത്രങ്ങളെ ഏകക്രിയായന്ത്രങ്ങള്‍ (single acting engines)എന്നും രണ്ടാമത്തെ വിഭാഗത്തിൽപ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളെ ഉഭയക്രിയാ യന്ത്രങ്ങള്‍ (double acting engines)എന്നും പറയുന്നു. സാധാരണയായി എല്ലാ ആവിയന്ത്രങ്ങളും രണ്ടാമത്തെ വിഭാഗത്തിൽപ്പെടുന്നു. 3. ചിലപ്പോള്‍ നീരാവിയുടെ വികാസം ഒരു സിലിണ്ടറിൽത്തന്നെ ഒതുക്കിനിർത്താതെ രണ്ടോ, മൂന്നോ അല്ലെങ്കിൽ നാലോ സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കുള്ളിൽ പൂർത്തിയാക്കപ്പെടുന്നു. വികാസം ഒരു സിലിണ്ടറിൽത്തന്നെ പൂർത്തിയാക്കപ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളെ സരളയന്ത്രങ്ങള്‍ (simple engines)എന്നും വികാസം ഒന്നിൽകൂടുതൽ സിലിണ്ടറുകള്‍ക്കുള്ളിൽ പൂർത്തിയാക്കപ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളെ ബഹുപദയന്ത്രങ്ങള്‍ (compound engines)എന്നും പറയുന്നു. ബഹുപദയന്ത്രങ്ങള്‍ക്ക്‌ സരളയന്ത്രങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച്‌ പല മെച്ചങ്ങളും ഉണ്ട്‌. 4. ഘൂർണനവേഗതയുടെ തോതനുസരിച്ച്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളെ മന്ദവേഗയന്ത്രങ്ങള്‍ (Low-speed engines), മെധ്യവേഗ യന്ത്രങ്ങള്‍ (medium speed engines), അെതിവേഗയന്ത്രങ്ങള്‍ (high-speed engines)എന്ന്‌ മൂന്നായി തരം തിരിക്കാം. ഘൂർണനവേഗത മിനിട്ടിൽ 150 ഭ്രമണത്തിൽ (150r p m) കുറവായുള്ള യന്ത്രങ്ങള്‍ മന്ദവേഗയന്ത്രവിഭാഗത്തിലും മിനിട്ടിൽ 250 ഭ്രമണത്തിൽ കൂടുതലുള്ളവ അതിവേഗയന്ത്രവിഭാഗത്തിലും പെടുന്നു. 5. സിലിണ്ടറിന്റെ അക്ഷം തിരശ്ചീനദിശയിലാണെങ്കിൽ അത്തരം യന്ത്രങ്ങളെ ക്ഷൈതിജയന്ത്രങ്ങള്‍ (horizontal engines)എന്നും ലംബദിശയിലാണെങ്കിൽ ഊർധ്വാധരയന്ത്രങ്ങള്‍ (vertical engines)എന്നും പറയുന്നു. ഊർധ്വാധരയന്ത്രങ്ങള്‍ക്ക്‌ തറവിസ്‌തീർണം താരതമ്യേന കുറച്ചുമതി എന്നുള്ളതിനാൽ സ്ഥലപരിമിതിയുള്ളിടത്ത്‌ ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളാണ്‌ ഉത്തമം. 6. സിലിണ്ടറിലെ നീരാവിയുടെ വികാസരീതിയനുസരിച്ച്‌ യന്ത്രങ്ങളെ വികാസയന്ത്രങ്ങള്‍ (expansive engines)എന്നും അവികാസയന്ത്രങ്ങള്‍ (non-expansive engines)എന്നും തരംതിരിക്കാം. ആദ്യവിഭാഗത്തിൽപ്പെടുന്ന യന്ത്രങ്ങളിൽ നീരാവിയുടെ വികാസസ്വഭാവം പൂർണമായും ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. സാധാരണ ആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ ഈ വിഭാഗത്തിൽപ്പെടുന്നു. 7. യന്ത്രത്തിന്റെ ഘൂർണനവേഗത ക്രമീകരിക്കുന്നവിധമനുസരിച്ച്‌ ആവിയന്ത്രങ്ങളെ വിച്ഛേദകനിയന്ത്രിത യന്ത്രങ്ങള്‍ എന്നും ത്രാട്ടിൽനിയന്ത്രിതയന്ത്രങ്ങള്‍ എന്നും രണ്ട്‌ വിഭാഗത്തിൽപ്പെടുത്താം.

ഏകദിശാപ്രവാഹയന്ത്രം (Uniflow engine)

നീരാവിയുടെ ഊഷ്‌മാവിലുള്ള വ്യത്യാസം കഴിയുന്നിടത്തോളം കുറച്ച്‌ സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ ദ്രവീകരണം കുറയ്‌ക്കുക എന്നുള്ളതാണ്‌ ഒരു ഏകദിശാപ്രവാഹ യന്ത്രത്തിന്റെ ധർമം. ഈ അർഥത്തിൽ ഏകദിശാപ്രവാഹ യന്ത്രത്തിനും ബഹുപദയന്ത്രത്തിനും തമ്മിൽ സാദൃശ്യമുണ്ട്‌.

വികാസം പൂർത്തിയായ നീരാവി സിലിണ്ടറിന്റെ ഏതാണ്ട്‌ മധ്യഭാഗത്ത്‌ നിർമിച്ചിട്ടുള്ള രേചനദ്വാരങ്ങളിൽ (E) കൂടി പുറത്തുപോകുന്നു (ചി. 8). ഈ ദ്വാരങ്ങള്‍ അടയ്‌ക്കുന്നതും തുറക്കുന്നതും പിസ്റ്റന്റെ മുന്‍പിന്‍ ചലനംകൊണ്ടാണ്‌. സിലിണ്ടറിന്റെ രണ്ടറ്റത്തുമുള്ള വാൽവുകളിൽ (A-യും B-യും) കൂടി നീരാവി അകത്തുപ്രവശിക്കുന്നു. ഈ വാൽവുകള്‍ യാന്ത്രികമായി നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നു. ഇത്തരം യന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിണ്ടറിന്റെ അഗ്രഭാഗങ്ങള്‍ താരതമ്യേന ഊഷ്‌മാവുകുറഞ്ഞ നീരാവിയുമായുള്ള സമ്പർക്കത്തിനിടയാക്കുന്നില്ല. ഈ രീതി നീരാവിയുടെ ഊഷ്‌മാവിലുള്ള വ്യത്യാസവും അതുമൂലമുള്ള ആവിയുടെ ദ്രവീകരണവും കുറയ്‌ക്കുവാന്‍ സഹായകമാണ്‌.

നേരത്തെ പ്രസ്‌താവിച്ചിട്ടുള്ളതുപോലെ റയിൽവേകളിലും കപ്പലുകളിലും ആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ ധാരാളമായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. എന്നാൽ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങള്‍ (Internal combustion engines) ആവിർഭവിച്ചതോടുകൂടി ആവിയന്ത്രങ്ങള്‍ പിന്നണിയിലേക്കു തള്ളപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്നു പറയുന്നതിൽ തെറ്റില്ല. മുമ്പു പ്രത്യാഗാമി ആവിയന്ത്രങ്ങളുടെ മാത്രം കുത്തകയായിരുന്ന പല തുറകളിലും ഇപ്പോള്‍ ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളും ആവിടർബൈനുകളും ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

(ടി.സി. മോഹന്‍കുമാർ)