Паровые двигатели – это механизмы, использующие тепло для создания пара, который, в свою очередь, выполняет механические процессы, обычно известные как работа . В то время как несколько изобретателей и новаторов работали над различными Аспекты использования пара для выработки энергии, основная разработка первых паровых двигателей включает трех изобретателей и три основных проекта двигателей.
Томас Савери и первый паровой насос
Первый паровой двигатель, использовавшийся для работы, был запатентован англичанином Томасом Савери в 1698 году. и использовался для откачки воды из шахтных стволов. В основном процессе использовался цилиндр, наполненный водой. Затем в цилиндр подавали пар, вытесняя воду, которая выходила через односторонний клапан. После того, как вся вода была выброшена, цилиндр опрыскивали холодной водой, чтобы понизить температуру цилиндра и сконденсировать пар внутри. Это создало вакуум внутри цилиндра, который затем втянул дополнительную воду для наполнения цилиндра, завершая цикл насоса.
Поршневой насос Томаса Ньюкомена
Другой англичанин, Томас Ньюкомен, усовершенствовал насос Савери, разработав конструкцию около 1712 года. двигатель включал поршень внутри цилиндра. Верх поршня был соединен с одним концом поворотной балки. К другому концу балки был подсоединен насосный механизм, так что вода поднималась всякий раз, когда балка наклонялась вверх на конце насоса. Для приведения в движение насоса в поршневой цилиндр подавался пар. В то же время противовес опускал балку на конце насоса, в результате чего поршень поднимался к верхней части парового цилиндра. Как только цилиндр наполнился паром, холодная вода распылялась внутри цилиндра, быстро конденсируя пар и создавая вакуум внутри цилиндра. Это привело к падению поршня, перемещая балку вниз на конце поршня и вверх на конце насоса. Затем цикл автоматически повторяется до тех пор, пока к цилиндру подводится пар.
Конструкция поршня Ньюкомена эффективно создавала разделение между откачиваемой водой и цилиндром, используемым для создания насосной мощности. Это значительно повысило эффективность оригинального дизайна Savery. Однако, поскольку Савери имел обширный патент на свой собственный паровой насос, Ньюкомену пришлось сотрудничать с Савери, чтобы запатентовать поршневой насос.
Улучшения Джеймса Ватта
Шотландец Джеймс Ватт значительно улучшил и разработал паровой двигатель во второй половине 18 века, сделав это действительно жизнеспособный механизм, который помог начать промышленную революцию. Первым крупным нововведением Ватта было включение отдельного конденсатора, чтобы пар не нужно было охлаждать в том же цилиндре, что и поршень. Это означало, что поршневой цилиндр оставался при гораздо более постоянной температуре, что значительно увеличивало топливную экономичность двигателя.. Ватт также разработал двигатель, который мог вращать вал, а не качать вверх и вниз, а также маховик, который позволял плавно передавать мощность между двигателем и рабочей нагрузкой. Благодаря этим и другим инновациям паровой двигатель стал применяться в различных производственных процессах, и Ватт и его деловой партнер Мэтью Бултон построили несколько сотен двигателей для промышленного использования.
Более поздние паровые двигатели
В начале 19 века произошли значительные инновации в паровых двигателях высокого давления, которые были намного эффективнее, чем конструкции низкого давления, разработанные Ваттом и другими пионерами паровых двигателей. Это привело к разработке гораздо меньших и более мощных паровых двигателей, которые можно было использовать для силовых поездов и лодок, а также для выполнения более широкого круга промышленных задач, таких как запуск пил на мельницах. Двумя важными изобретателями этих двигателей были американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик. Со временем паровые двигатели были заменены двигателями внутреннего сгорания для большинства видов передвижения и промышленных работ, но использование парогенераторов для выработки электричества остается важной частью производства электроэнергии сегодня.