Opfindelse og udvikling af dampmotoren

Dampmotorer er mekanismer, der bruger varme til at skabe damp, som igen udfører mekaniske processer, kendt generelt som arbejde. Mens flere opfindere og innovatører arbejdede med forskellige aspekter ved brug af damp til kraft, involverer den store udvikling af tidlige dampmotorer tre opfindere og tre vigtigste motorkonstruktioner.

Den første dampmotor, der blev brugt til arbejde, blev patenteret af engelskmanden Thomas Savery i 1698 og blev brugt til at pumpe vand ud af mine aksler. Den grundlæggende proces involverede en cylinder, der var fyldt med vand. Derefter blev dampen leveret til cylinderen, hvorved vandet blev forskudt, som strømte ud gennem en envejsventil. Når alt vandet var blevet sprøjtet ud, sprøjtes cylinderen med koldt vand for at falde cylinderens temperatur og kondensere dampen inde. Dette skabte et vakuum inde i cylinderen, som derefter trak yderligere vand op til påfyldning af cylinderen, hvor pumpecyklussen blev afsluttet.

En anden engelskmand, Thomas Newcomen, forbedret på Slaverys pumpe med et design, han udviklede omkring 1712. Newcomens motor inkluderede et stempel inde i en cylinder. Den øverste del af stemplet var forbundet til den ene ende af en drejelig bjælke. En pumpemekanisme var forbundet til den anden ende af bjælken, så vand blev trukket op, hver gang strålen vippede op på pumpeenden. For at drive pumpen blev dampen leveret til stempelcylinderen. På samme tid trak en modvægt bjælken ned på pumpeenden, hvilket fik stemplet til at stige til toppen af ​​dampcylinderen. Når cylinderen var fuld af damp, sprøjtes koldt vand inde i cylinderen, hvorved kondensen hurtigt kondenseres og der skabes et vakuum inde i cylinderen. Dette fik stemplet til at falde ved at flytte bjælken ned på stemplets ende og op på pumpeenden. Cyklussen gentages derefter automatisk, så længe der blev påført damp på cylinderen.

Newcomens stempeldesign skabte effektivt en adskillelse mellem vandet, der pumpes ud og cylinderen, der bruges til at skabe pumpekraft. Dette forbedrede kraftigt effektiviteten af ​​Slaverys originale design. Men fordi Savery havde et bredt patent på sin egen damppumpe, måtte Newcomen samarbejde med Savery for at patentere stempelpumpen.

skotte James Watt forbedrede og udviklede dampmaskinen markant i løbet af anden halvdel af 1700-tallet, hvilket gør det til et virkelig levedygtigt stykke maskiner, der hjalp med at starte Industrielle revolution. Den første store nyskabelse af Watt's var at inkludere en separat kondensator, så dampen ikke behøver at blive afkølet i den samme cylinder, der indeholdt stemplet. Dette betød, at stemplecylinderen forblev ved en meget mere ensartet temperatur, hvilket i høj grad øgede motorens brændstofeffektivitet. Watt udviklede også en motor, der kunne dreje en aksel, snarere end en op-og-ned-pumpeaktion, samt et svinghjul, der muliggjorde en jævn kraftoverførsel mellem motoren og arbejdsbelastningen. Med disse og andre innovationer blev dampmaskinen anvendelig til en række fabrikker processer, og Watt og hans forretningspartner, Matthew Boulton, byggede flere hundrede motorer til industriel anvendelse.

I begyndelsen af ​​det 19. århundrede blev der skabt større innovation af dampmaskiner med højt tryk, som var meget mere effektive end Watt's og de andre dampmotorpionerer med lavt tryk. Dette førte til udviklingen af ​​meget mindre, mere kraftfulde dampmaskiner, der kunne bruges til at drive tog og både og til at udføre en bredere vifte af industrielle opgaver, såsom køresave i møller. To vigtige innovatører af disse motorer var amerikaneren Oliver Evans og engelskmanden Richard Trevithick. Over tid blev dampmotorer erstattet af forbrændingsmotoren til de fleste typer bevægelse og industri arbejde, men brugen af ​​dampgeneratorer til at skabe elektricitet er fortsat en vigtig del af elproduktionen i dag.