Izum i razvoj parnog motora

Parni motori su mehanizmi koji koriste toplinu za stvaranje pare, koja zauzvrat izvodi mehaničke procese, općenito poznate kao raditi. Dok je nekoliko izumitelja i inovatora radilo na raznim aspektima upotrebe pare za pogon, glavni razvoj ranih parnih motora uključuje tri izumitelja i tri glavna dizajna motora.

Prvi parni stroj korišten za rad patentirao je Englez Thomas Savery godine 1698. i korišten je za ispumpavanje vode iz rudničkih šahtova. Osnovni postupak uključivao je cilindar koji je bio napunjen vodom. Zatim je par dopremljen u cilindar, istiskujući vodu koja je istjecala kroz jednosmjerni ventil. Nakon što je sva voda izbačena, cilindar je ispran hladnom vodom da spusti temperaturu u cilindru i kondenzira paru unutra. Time se stvorio vakuum unutar cilindra, koji je zatim doveo dodatnu vodu za ponovno punjenje cilindra, završavajući ciklus crpke.

Još jedan Englez, Thomas Newcomen, poboljšano na Slavery pumpi dizajnom koji je razvio oko 1712. godine. Newcomenov motor uključivao je klip u unutrašnjosti cilindra. Vrh klipa bio je spojen na jedan kraj zakretne grede. Mehanizam pumpe bio je spojen na drugi kraj snopa tako da se voda izvlačila kad god se greda naginjala na kraju crpke. Za pokretanje crpke, para se dovodila u klipni cilindar. U isto vrijeme, protuteža je povukla gredu na kraj crpke, zbog čega se klip podigao do vrha parnog cilindra. Nakon što se u cilindru puni pare, hladna voda se raspršila unutar cilindra, brzo kondenzirajući paru i stvarajući vakuum unutar cilindra. Zbog toga je klip pao, pomicanjem snopa dolje na kraju klipa i prema gore na kraju crpke. Ciklus se zatim automatski ponovio sve dok se para nanosi u cilindar.

Newcomenova klipna konstrukcija učinkovito je stvorila razdvajanje između vode koja se ispumpava i cilindra koji se koristi za stvaranje snage crpanja. To je uvelike poboljšalo učinkovitost originalnog dizajna Slaverya. Međutim, budući da je Savery's imao široki patent na svoju parnu pumpu, Newcomen je morao surađivati ​​sa Savery-om da bi patentirao klipnu pumpu.

Škot James Watt značajno poboljšao i razvio parni stroj u drugoj polovici 18. stoljeće, što je uistinu održiv dio strojeva koji su pomogli pokretanje stroja Industrijska revolucija. Prva velika Watt-ova inovacija bila je uključivanje zasebnog kondenzatora kako se para ne bi trebala hladiti u istom cilindru u kojem je bio klip. To je značilo da je klipni cilindar ostao na mnogo konzistentnijoj temperaturi, uvelike povećavajući ekonomičnost goriva. Watt je također razvio motor koji bi mogao zakretati osovinu, radnju pumpe gore-dolje, kao i zamašnjak koji omogućuje nesmetan prijenos snage između motora i radnog opterećenja. Ovim i drugim inovacijama, parni stroj postao je primjenjiv u raznim tvornicama procese, a Watt i njegov poslovni partner Matthew Boulton izgradili su nekoliko stotina motora za industrijska upotreba.

U ranom 19. stoljeću došlo je do velikih inovacija parnih strojeva visokog pritiska, koji su bili mnogo učinkovitiji od dizajna Wattovih i ostalih pionira na parni motor niskog tlaka. To je dovelo do razvoja mnogo manjih, snažnijih parnih strojeva koji bi se mogli koristiti za pogon vlakova i čamaca i za obavljanje šireg niza industrijskih zadataka, poput pokretanja pile u mlinovima. Dva važna inovatora ovih motora bili su Amerikanac Oliver Evans i Englez Richard Trevithick. Vremenom su parni strojevi zamijenjeni motorom s unutarnjim izgaranjem za većinu tipova lokomotiva i industrijskih Upotreba generatora pare za stvaranje električne energije ostaje važan dio proizvodnje električne energije danas.