Изобретение и развитие на паровия двигател

Паровите двигатели са механизми, които използват топлина за създаване на пара, която от своя страна извършва механични процеси, известни като цяло работа. Докато няколко изобретатели и новатори работиха върху различни аспекти на използването на пара за захранване, основната разработка на ранните парни двигатели включва три изобретателя и три основни конструкции на двигателя.

Първата парна машина, използвана за работа, е патентована от англичанина Томас Савери през 1698 г. и е използван за изпомпване на вода от шахтите. Основният процес включваше цилиндър, който беше напълнен с вода. След това парата се доставя в цилиндъра, измествайки водата, която изтича през еднопосочен клапан. След като цялата вода се изхвърли, цилиндърът се напръсква с хладна вода, за да се понижи температурата на бутилката и се кондензира парата вътре. Това създаде вакуум във вътрешността на цилиндъра, който след това изтегли допълнително вода за пълнене на цилиндъра, завършвайки цикъла на помпата.

Друг англичанин, Томас Нюкъмен, подобрен на помпата на Slavery с дизайн, разработен около 1712 година. Двигателят на Newcomen включваше бутало вътре в цилиндъра. Горната част на буталото беше свързана с единия край на въртяща се греда. Механизмът на помпата беше свързан към другия край на лъча, така че водата да се изтегля всеки път, когато лъчът се накланя към края на помпата. За задвижване на помпата се доставя пара в буталния цилиндър. В същото време противотежест дръпна гредата надолу върху края на помпата, което накара буталото да се издигне до върха на парния цилиндър. След като цилиндърът се напълни с пара, вътре в цилиндъра се напръска хладна вода, бързо кондензира парата и създавайки вакуум вътре в цилиндъра. Това доведе до падане на буталото, придвижвайки гредата надолу по края на буталото и нагоре по края на помпата. След това цикълът се повтаря автоматично, докато парата се нанесе върху цилиндъра.

Дизайнът на буталото на Newcomen ефективно създава разделяне между изпомпваната вода и цилиндъра, използван за създаване на помпената мощност. Това значително подобри ефективността на оригиналния дизайн на Slavery. Въпреки това, тъй като Savery's притежава широк патент на собствената си помпа, Newcomen трябваше да си сътрудничи със Savery за патентоване на буталната помпа.

шотландец Джеймс Уат значително подобрени и разработени парната машина през втората половина на 18-ти век, което го прави наистина жизнеспособен елемент, който помогна за стартирането на Индустриална революция. Първата основна иновация на Watt беше да включат отделен кондензатор, така че парата да не се охлажда в същия цилиндър, който съдържаше буталото. Това означаваше, че цилиндърът на буталото остава при много по-постоянна температура, което значително увеличава горивната ефективност на двигателя. Watt също разработи двигател, който може да върти вал, а не помпено действие нагоре-надолу, както и маховик, който позволява плавен пренос на мощност между двигателя и работното натоварване. С тези и други новости, парният двигател стана приложим в различни фабрики процеси, а Уат и неговият бизнес партньор Матю Бултън изградиха няколкостотин двигателя за промишлена употреба.

В началото на 19 век се наблюдават големи иновации на парните двигатели с високо налягане, които са много по-ефективни от проектите с ниско налягане на Watt's и другите пионери на парните двигатели. Това доведе до разработването на много по-малки, по-мощни парни двигатели, които биха могли да се използват за захранване на влакове и лодки и за изпълнение на по-широк спектър от индустриални задачи, като например работещи триони в мелници. Два важни новатора на тези двигатели бяха американецът Оливър Евънс и англичанинът Ричард Тревитик. С течение на времето парните двигатели бяха заменени от двигателя с вътрешно горене за повечето видове локомотиви и промишлени работа, но използването на парогенератори за създаване на електричество остава важна част от производството на електрическа енергия днес.