Höyrykoneen keksintö ja kehittäminen

Höyrymoottorit ovat mekanismeja, jotka käyttävät lämpöä höyryn luomiseen, mikä puolestaan ​​suorittaa mekaanisia prosesseja, jotka tunnetaan yleensä nimellä työ. Vaikka useat keksijät ja keksijät työskentelivät höyryn käytön erilaisilla näkökohdilla, varhaisten höyrymoottorien pääosakehitys käsittää kolme keksijää ja kolme päämoottorin mallia.

Englantilainen patentoi ensimmäisen töihin käytetyn höyrykoneen Thomas Savery vuonna 1698, ja sitä käytettiin veden pumppaamiseen kaivoksen akseleista. Perusprosessi sisälsi sylinterin, joka oli täytetty vedellä. Sitten höyry annettiin sylinteriin, syrjäyttäen veden, joka virtaa ulos yksisuuntaisen venttiilin läpi. Kun kaikki vesi oli poistettu, sylinteri ruiskutettiin viileällä vedellä pullon lämpötilan laskemiseksi ja höyryn lauhduttamiseksi sisäpuolella. Tämä synnytti sylinterin sisään tyhjiön, joka veti sitten lisää vettä sylinterin täyttämiseksi täydentäen pumppausjakson.

Toinen englantilainen, Thomas Newcomen, parannettiin Slaveryn pumpussa suunnittelulla, jonka hän kehitti noin vuonna 1712. Newcomenin moottorissa oli mäntä sylinterin sisällä. Männän yläosa oli kytketty kääntyvän palkin toiseen päähän. Pumpun mekanismi oli kytketty palkin toiseen päähän siten, että vettä vedettiin aina, kun palkki kallistui pumpun päähän. Pumpun työntämiseksi höyryä johdettiin männösylinteriin. Samaan aikaan vastapaino veti palkin alas pumpun päässä, minkä seurauksena mäntä nousi höyrysylinterin yläosaan. Kun sylinteri oli täynnä höyryä, sylinterin sisälle suihkutettiin viileää vettä, höyry kondensoitiin nopeasti ja muodostettiin tyhjiö sylinterin sisälle. Tämä aiheutti männän putoamisen, jolloin palkki liikkui alas männän päässä ja pumpun päässä ylöspäin. Sitten jakso toistettiin automaattisesti niin kauan kuin höyryä syötettiin sylinteriin.

Newcomenin mäntäsuunnittelu loi tehokkaasti eron pumppaaman veden ja pumppaustehon luomiseen käytettävän sylinterin välillä. Tämä paransi huomattavasti orjuuden alkuperäisen suunnittelun tehokkuutta. Koska Saverylla oli kuitenkin laaja patentti omalle höyrypumpulleen, Newcomen joutui tekemään yhteistyötä Saveryn kanssa mäntäpumpun patentoimiseksi.

skotti James Watt paransi ja kehitti merkittävästi höyrykoneita vuoden 2010 jälkipuoliskolla 1700-luvulla, joten se on todella kannattava konepala, joka auttoi Teollinen vallankumous. Wattien ensimmäinen merkittävä innovaatio oli sisällyttää erillinen lauhdutin, jotta höyryä ei tarvinnut jäähdyttää samassa sylinterissä, jossa mäntä oli. Tämä tarkoitti, että mäntäsylinteri pysyi paljon tasaisemmassa lämpötilassa, mikä lisäsi huomattavasti moottorin polttoainetaloudellisuutta. Watt kehitti myös moottorin, joka voisi pyörittää akselia, eikä ylös- ja alas-pumppaustoiminnan sijasta, sekä vauhtipyörän, joka mahdollisti sujuvan voimansiirron moottorin ja työmäärän välillä. Näiden ja muiden innovaatioiden avulla höyrykone tuli sovellettavaksi moniin tehtaisiin Watt ja hänen liikekumppaninsa Matthew Boulton rakensivat useita satoja moottoreita teollisuuskäyttöön.

1800-luvun alkupuolella tapahtui suuri innovaatio korkeapainehöyrykoneissa, jotka olivat paljon tehokkaampia kuin Watt'sin ja muiden höyrykonemoottorien pioneerien matalapaineiset mallit. Tämä johti paljon pienempien, tehokkaampien höyrykoneiden kehittämiseen, joita voitaisiin käyttää junien ja veneiden voimistamiseen ja laajemman teollisuustehtävien suorittamiseen, kuten sahojen käyttämiseen tehtaissa. Kaksi tärkeätä uudistajaa näissä moottoreissa olivat amerikkalainen Oliver Evans ja englantilainen Richard Trevithick. Ajan myötä höyrymoottorit korvattiin polttomoottoreilla useimmille liikkuvuus- ja teollisuusmoottoreille työtä, mutta höyrygeneraattoreiden käyttö sähkön luomiseen on edelleen tärkeä osa sähköntuotantoa tänään.