Vynález a vývoj parního stroje

Parní stroje jsou mechanismy, které využívají teplo k vytvoření páry, která zase provádí mechanické procesy, obecně známé jako práce. Zatímco několik vynálezců a inovátorů pracovalo na různých aspektech využití páry pro napájení, hlavní vývoj raných parních strojů zahrnuje tři vynálezce a tři hlavní konstrukce motorů.

První parní stroj používaný pro práci byl patentován Angličanem Thomas Savery v roce 1698 a byl používán k čerpání vody z důlních šachet. Základní proces zahrnoval válec, který byl naplněn vodou. Do válce byla potom přiváděna pára, která vytlačila vodu, která protékala jednosměrným ventilem. Jakmile byla veškerá voda vypuzena, byl válec postříkán chladnou vodou, aby se teplota válce snížila a uvnitř se kondenzovala pára. Toto vytvořilo vakuum uvnitř válce, který pak vytáhl další vodu pro doplnění válce, dokončující cyklus čerpadla.

Další Angličan, Thomas Newcomen, vylepšený na Slaveryho čerpadle s designem, který vyvinul kolem roku 1712. Newcomenův motor obsahoval píst uvnitř válce. Horní část pístu byla připojena k jednomu konci otočného paprsku. Mechanismus pumpy byl připojen k druhému konci paprsku, takže voda byla nasávána vždy, když se paprsek naklonil na konci pumpy. K pohonu čerpadla byla do pístového válce přiváděna pára. Současně protizávaží přitáhlo paprsek dolů na konec čerpadla, čímž se píst zvedl na vrchol parního válce. Jakmile byl válec plný páry, nastříkala se do něj studená voda, rychle se kondenzovala pára a vytvořilo se uvnitř válce vakuum. To způsobilo, že píst klesl a pohyboval paprskem dolů na konci pístu a nahoru na konci čerpadla. Cyklus se pak automaticky opakoval, dokud se na válec aplikovala pára.

Konstrukce pístu Newcomen účinně vytvořila oddělení mezi čerpanou vodou a válcem použitým k vytvoření čerpací síly. To výrazně zlepšilo účinnost původního designu Slavery. Protože však Savery's vlastnil široký patent na své vlastní parní čerpadlo, musel Newcomen spolupracovat s Saverym, aby patentoval pístové čerpadlo.

Skot James Watt výrazně zlepšil a vyvinul parní stroj v druhé polovině roku 2007 18. století, což z něj dělá skutečně životaschopný stroj, který pomohl nastartovat Průmyslová revoluce. První hlavní novinkou Watta je zahrnout samostatný kondenzátor, takže pára nemusí být chlazena ve stejném válci, který obsahoval píst. To znamenalo, že pístový válec zůstal na mnohem konzistentnější teplotě, což výrazně zvyšovalo palivovou účinnost motoru. Watt také vyvinul motor, který mohl otáčet hřídelí, spíše než nahoru-a-dolů čerpací akce, stejně jako setrvačník, který umožnil hladký přenos síly mezi motorem a pracovní zátěží. Díky těmto a dalším inovacím se parní stroj stal použitelným v různých továrnách Watt a jeho obchodní partner Matthew Boulton postavili několik set motorů průmyslové použití.

Počátkem 19. století došlo k zásadním inovacím vysokotlakých parních strojů, které byly mnohem účinnější než nízkotlaké konstrukce průkopníků Watt a dalších parních strojů. To vedlo k vývoji mnohem menších a výkonnějších parních motorů, které by mohly být použity k pohonu vlaků a lodí a k provádění širšího spektra průmyslových úkolů, jako je provoz pily v mlýnech. Dva důležití inovátoři těchto motorů byli Američan Oliver Evans a Angličan Richard Trevithick. V průběhu času byly parní motory nahrazeny spalovacím motorem pro většinu typů lokomotiv a průmyslových práce, ale použití parních generátorů k výrobě elektřiny zůstává důležitou součástí výroby elektrické energie dnes.