Wynalezienie i rozwój silnika parowego

Silniki parowe to mechanizmy wykorzystujące ciepło do wytwarzania pary, która z kolei wykonuje procesy mechaniczne, znane ogólnie jako praca. Podczas gdy kilku wynalazców i innowatorów pracowało nad różnymi aspektami wykorzystania pary do zasilania, główny rozwój wczesnych silników parowych obejmuje trzech wynalazców i trzy główne konstrukcje silników.

Pierwszy silnik parowy używany do pracy został opatentowany przez Anglika Thomas Savery w 1698 roku i był używany do wypompowywania wody z szybów kopalnianych. Podstawowy proces obejmował cylinder wypełniony wodą. Para została następnie dostarczona do cylindra, wypierając wodę, która wypłynęła przez zawór jednokierunkowy. Po wyrzuceniu całej wody cylinder został spryskany zimną wodą, aby obniżyć temperaturę cylindra i skroplić parę wodną w środku. To wytworzyło podciśnienie wewnątrz cylindra, który następnie podniósł dodatkową wodę, aby napełnić cylinder, kończąc cykl pompy.

Inny Anglik, Thomas Newcomen, ulepszony w pompie Niewolnictwa dzięki projektowi opracowanemu około 1712 r. Silnik nowicjusza zawierał tłok wewnątrz cylindra. Górna część tłoka była połączona z jednym końcem obrotowej belki. Mechanizm pompy był podłączony do drugiego końca belki, dzięki czemu woda była pobierana za każdym razem, gdy belka przechylała się na końcu pompy. Aby napędzać pompę, para dostarczana była do cylindra tłoka. W tym samym czasie przeciwwaga pociągnęła belkę w dół po stronie pompy, co spowodowało, że tłok uniósł się do górnej części cylindra pary. Gdy cylinder był pełny pary, zimna woda została rozpylona wewnątrz cylindra, szybko skraplając parę i wytwarzając próżnię wewnątrz cylindra. Spowodowało to upuszczenie tłoka, przesuwając wiązkę w dół na końcu tłoka i w górę na końcu pompy. Cykl ten powtarza się automatycznie, dopóki do cylindra zostanie przyłożona para.

Konstrukcja tłoka Newcomen skutecznie stworzyła separację między wypompowywaną wodą a cylindrem wykorzystywanym do wytworzenia siły pompowania. To znacznie poprawiło efektywność oryginalnego projektu Niewolnictwa. Ponieważ Savery posiadał szeroki patent na własną pompę parową, Newcomen musiał współpracować z Savery, aby opatentować pompę tłokową.

Szkot James Watt znacznie poprawił i rozwinął silnik parowy w drugiej połowie 18 wiek, dzięki czemu jest to naprawdę opłacalna maszyna, która pomogła uruchomić Rewolucja przemysłowa. Pierwszą ważną innowacją Watta było wprowadzenie oddzielnego skraplacza, aby para nie musiała być chłodzona w tym samym cylindrze, który zawierał tłok. Oznaczało to, że cylinder tłoka pozostawał w znacznie bardziej stałej temperaturze, znacznie zwiększając wydajność paliwową silnika. Watt opracował również silnik, który mógłby obracać wał, zamiast pompowania w górę i w dół, a także koło zamachowe, które pozwalało na płynne przenoszenie mocy między silnikiem a obciążeniem roboczym. Dzięki tym i innym innowacjom silnik parowy znalazł zastosowanie w wielu fabrykach procesów, a Watt i jego partner biznesowy, Matthew Boulton, zbudowali dla nich kilkaset silników użytek przemysłowy.

Na początku XIX wieku nastąpiły znaczące innowacje wysokoprężnych silników parowych, które były znacznie bardziej wydajne niż niskociśnieniowe konstrukcje Wattów i innych pionierów silników parowych. Doprowadziło to do opracowania znacznie mniejszych, mocniejszych silników parowych, które mogłyby być wykorzystywane do napędzania pociągów i łodzi oraz wykonywania szerszego zakresu zadań przemysłowych, takich jak prowadzenie pił w młynach. Dwoma ważnymi innowatorami tych silników byli Amerykanin Oliver Evans i Anglik Richard Trevithick. Z czasem silniki parowe zostały zastąpione silnikiem spalinowym do większości rodzajów poruszania się i przemysłu prace, ale wykorzystanie generatorów pary do wytwarzania energii elektrycznej pozostaje ważną częścią produkcji energii elektrycznej dzisiaj.