Buhar motorunun gelişimini ne etkiledi? Buhar motorlarının tarihi

WATT, JAMES (Watt, James, 1736-1819), İskoç mühendis ve mucit. 19 Ocak 1736'da Glasgow (İskoçya) yakınlarındaki Greenock'ta bir tüccar ailesinde doğdu. Kötü sağlık nedeniyle Watt resmi olarak çok az çalıştı, ancak kendi başına çok şey öğrendi. Henüz ergenlik çağındayken astronomiye ilgi duyuyordu. kimyasal deneyler, her şeyi kendi elleriyle yapmayı öğrendi ve hatta etrafındakilerden "her işin ustası" unvanını bile kazandı.

Çoğu kişi onu buhar makinesinin mucidi olarak görüyor ancak bu tamamen doğru değil.
D. Papen, T. Severi, I. Polzunov, T. Newcomen tarafından yapılan buhar motorları, D. Watt'tan çok önce madenlerde çalışmaya başladı. Tasarımları farklıydı, ancak asıl önemli olan, pistonun hareketinin, çalışan silindirin dönüşümlü olarak ısıtılması ve soğutulmasından kaynaklanmasıydı. Bu nedenle yavaştılar ve çok fazla yakıt tüketiyorlardı.

19 Ocak 1736'da seçkin bir İskoç mühendis ve mucit olan James Watt (1736-1819), öncelikle geliştirilmiş bir buhar makinesinin yaratıcısı olarak ünlendi. Ancak aynı zamanda Thomas Beddoes Pnömatik Tıp Enstitüsü (Beddoes, Thomas, 1760-1808) ile yaptığı işbirliğiyle yoğun bakım tıbbı tarihinde parlak bir iz bıraktı. James Watt enstitünün laboratuvarlarını sağladı gerekli ekipman. Katılımı sayesinde ilk inhalerler, spirometreler, gaz sayaçları vb. Pnömatik Enstitüsünde oluşturuldu ve test edildi.

James Watt'ın kendisi, karısı ve oğullarından biri defalarca bilimsel deneylere katıldı. Pnömatik Enstitüsü, çeşitli gazların özelliklerinin ve bunların insan vücudu üzerindeki etkilerinin incelendiği gerçek bir bilim merkezi haline geldi. Thomas Beddoe ve arkadaşlarının modern solunum terapisinin öncüleri ve öncüleri olduğu söylenebilir. Ne yazık ki Thomas Beddoe yanlışlıkla tüberkülozun aşırı oksijenden kaynaklandığına inanıyordu.
Bu nedenle James Watt'ın oğlu Gregory, Pnömatik Enstitüsünde karbondioksit solumayla tamamen işe yaramaz bir tedavi sürecine girdi. Ancak ilk kez Pnömatik Enstitüsünde kullanıldı. tedavi amaçlı oksijen; aerosol tedavisinin temelleri geliştirildi; İlk defa, akciğerlerin toplam kapasitesi hidrojen seyreltme yöntemi (G. Davy) vb. kullanılarak ölçüldü. Watt ve Beddoe'nun işbirliğinin en büyük başarısı şuydu: tıbbi kullanımçeşitli gazlar ortak kitapları haline geldi “Materyaller tıbbi kullanımİki baskı halinde (1794, 1795) yayınlanan ve oksijen terapisine ilişkin ilk özel el kitabı haline gelen yapay hava türleri".

1755'te Watt, matematik ve makine imalatında tamirci ve usta olarak eğitim almak için Londra'ya gitti. astronomik aletler. Yedi yıllık eğitim programını bir yılda tamamlayan Watt, İskoçya'ya döndü ve Glasgow Üniversitesi'nde tamirci olarak göreve başladı. Aynı zamanda kendi tamirhanesini açtı.
Üniversitede Watt, 1754'te karbondioksiti keşfeden büyük İskoç kimyager Joseph Black (1728-1799) ile tanıştı. Bu toplantı, Black'in daha sonraki araştırmalarında ihtiyaç duyulan bir dizi yeni kimyasal aletin, örneğin buz kalorimetresinin geliştirilmesine katkıda bulundu. . Bu sırada Joseph Black, buharlaşma ısısını belirleme problemi üzerinde çalışıyordu ve Watt, deneylerin teknik yönünün sağlanmasında yer aldı.
1763 yılında üniversite tamircisi olarak kendisinden T. Newcomen'in buhar makinesinin üniversite modelini onarması istendi.

Burada buhar motorlarının yaratılış tarihine kısa bir bakış yapmalıyız. Bir zamanlar okulda bize, "büyük güç şovenizmi" aşılayarak, buhar makinesinin, buhar makinelerinin yaratılmasındaki rolü bazen şu şekilde okunabilen James Watt tarafından değil, Rus serf tamircisi Ivan Polzunov tarafından icat edildiği öğretilmişti: " Kitapların vatansever bakış açısına sahip yanlış” kitapları. Ama aslında buhar makinesinin mucidi Ivan Polzunov ya da James Watt değil, İngiliz mühendis Thomas Newcomen'dir (1663-1729).
Dahası, buharı insanın hizmetine sunmaya yönelik ilk girişim 1698'de İngiltere'de askeri mühendis Thomas Savery (Thomas Savery, 1650?-1715) tarafından yapıldı. Madenleri boşaltmak ve su pompalamak için tasarlanan ve buhar motorunun prototipi haline gelen bir buharlı su kaldırıcısı yarattı.

Savery'nin makinesi şu şekilde çalışıyordu: önce kapalı bir tank buharla dolduruldu, ardından tankın dış yüzeyi soğutuldu soğuk su buharın yoğunlaşmasına ve tankta kısmi bir vakum oluşmasına neden olur. Bundan sonra, örneğin şaftın tabanından su, emme borusu yoluyla tankın içine emildi ve bir sonraki buhar kısmı verildikten sonra, çıkış borusundan dışarı atıldı. Döngü daha sonra tekrarlandı, ancak suyu dışarı iten aslında atmosferik basınç olduğundan, su yalnızca 10,36 m'den daha az bir derinlikten kaldırılabildi.

Bu makine pek başarılı olmadı ama Papen'e barutu suyla değiştirme gibi parlak bir fikir verdi. Ve 1698'de bir buhar makinesi yaptı (aynı yıl İngiliz Savery de kendi "itfaiye aracını" yaptı). Su, içinde piston bulunan dikey bir silindirin içinde ısıtılıyordu ve ortaya çıkan buhar, pistonu yukarı doğru itiyordu. Buhar soğuyup yoğunlaştıkça piston atmosferik basıncın etkisi altında aşağı doğru hareket etti. Böylece Papen'in makinesi, bir blok sistemi aracılığıyla pompalar gibi çeşitli mekanizmaları çalıştırabiliyordu.

İngiliz mucit Thomas Newcomen (1663 - 1729), demirci olarak çalıştığı West Country'deki madenleri sık sık ziyaret eden Savery ve Papen'in buhar motorlarına aşinaydı ve bu nedenle mayınları önlemek için ne kadar güvenilir pompalara ihtiyaç duyulduğunu çok iyi anlamıştı. selden. Daha iyi bir model oluşturmak amacıyla tesisatçı ve camcı John Culley ile güçlerini birleştirdi. İlk buhar motorları 1712'de Staffordshire'daki bir maden ocağına kuruldu.

Papen'in makinesinde olduğu gibi piston dikey bir silindir içinde hareket ediyordu, ancak genel olarak Newcomen'in makinesi çok daha gelişmişti. Newcomen, silindir ile piston arasındaki boşluğu ortadan kaldırmak için pistonun ucuna esnek bir deri disk taktı ve üzerine biraz su döktü.
Kazandan çıkan buhar silindirin tabanına girerek pistonu yukarı kaldırdı. Silindire enjekte edildiğinde soğuk su buhar yoğunlaştı, silindirde bir vakum oluştu ve atmosferik basıncın etkisi altında piston aşağı düştü. Bu ters vuruş silindirdeki suyu boşalttı ve salıncak gibi hareket eden bir külbütör koluna bağlı bir zincir aracılığıyla pompa çubuğunu yukarı kaldırdı. Piston strokunun en alt noktasına geldiğinde buhar tekrar silindire girdi ve pompa çubuğuna veya külbütör koluna takılan bir karşı ağırlığın yardımıyla piston yukarıya yükseldi. ilk pozisyon. Bundan sonra döngü tekrarlandı.
Newcomen'in makinesi o dönem için son derece başarılı oldu ve 50 yıldan fazla bir süredir Avrupa'da kullanıldı. Büyük Britanya'daki çok sayıda madenden su pompalamak için kullanıldı. Bu, teknoloji tarihindeki ilk büyük ölçekli üründü (birkaç bin parça üretildi).
1740 yılında, 2,74 m uzunluğunda ve 76 cm çapında silindiri olan bir makine, daha önce vardiyalı çalışan 25 adam ve 10 attan oluşan ekiplerin bir haftada yaptığı işi bir günde tamamladı.

1775 yılında John Smeaton (Eddystone Deniz Feneri'nin yaratıcısı) tarafından inşa edilen daha da büyük bir makine, Rusya'nın Kronstadt kentindeki iskeleyi iki hafta içinde boşalttı. Daha önce yüksek rüzgar türbinleri kullanıldığında bu bir yıl sürüyordu.
Ancak yine de Newcomen'in makinesi mükemmel olmaktan çok uzaktı. Termal enerjinin yalnızca yaklaşık% 1'ini mekanik enerjiye dönüştürdü ve sonuç olarak büyük miktarda yakıt tüketti, ancak bu, makine kömür madenlerinde çalışırken pek önemli değildi.

Genel olarak Newcomen'in makineleri kömür endüstrisinin korunmasında büyük bir rol oynadı. Onların yardımıyla su basmış birçok madende kömür madenciliğine devam etmek mümkün oldu.
Newcomen'in icadının gerçekten bir buhar motoru, daha doğrusu buhar atmosferik bir motor olduğu söylenebilir. Önceki buhar motorları prototiplerinden aşağıdaki özellikleriyle farklıydı:

* İçindeki itici güç atmosferik basınçtı ve seyrekleşme buhar yoğunlaşmasıyla sağlandı;
* silindirde buharın etkisi altında çalışma stroku yapan bir piston vardı;
*Silindir içerisine soğuk su enjekte edildiğinde buharın yoğunlaşması sonucu vakum elde edilmiştir.
Bu nedenle, aslında buhar makinesinin mucidi, haklı olarak buhar atmosferik motorunu 1712'de (Watt'tan yarım yüzyıl önce) geliştiren İngiliz Thomas Newcomen'dir.

Buhar motorlarının yaratılış tarihine kısa bir gezi yaparken, James Watt'tan önce buhar atmosferik bir motor yapan seçkin yurttaşımız Ivan Ivanovich Polzunov'un (1729-1766) kişiliğini göz ardı edemezsiniz. 25 Nisan 1763'te Altay'daki Kolyvano-Voskresensky maden tesislerinde tamirci olarak bir proje ve "ateşle çalışan makine" açıklamasını önerdi. Proje, fabrika şefinin masasına geldi, onaylayan ve onu St. Petersburg'a gönderen kişi, kısa sürede yanıt aldı: "... Onun bu icadı, yeni bir buluş olarak onurlandırılmalıdır."
Polzunov, ilk önce yeni bir buluşta kaçınılmaz olan tüm eksiklikleri tespit edip ortadan kaldırmanın mümkün olacağı küçük bir makine yapmayı önerdi. Fabrika yönetimi bununla aynı fikirde değildi ve güçlü bir üfleyici için hemen devasa bir makine yapmaya karar verdi. Nisan 1764'te Polzunov, 1763 projesinden 15 kat daha güçlü bir makinenin yapımına başladı.

Buhar atmosferik motor fikrini I. Schlatter'ın “Madencilik için ayrıntılı talimatlar…” (St. Petersburg, 1760) kitabından aldı.
Ancak Polzunov'un motoru, Savery ve Newcomen'in İngiliz arabalarından temelde farklıydı. Tek silindirliydiler ve yalnızca madenlerden su pompalamaya uygunlardı. Çift silindirli motor sürekli eylem Polzunov fırına patlama sağlayabilir ve suyu dışarı pompalayabilir. Gelecekte mucit onu diğer ihtiyaçlara uyarlamayı umuyordu.
Makinenin inşası, "bilmeyen ancak bu konuda yalnızca bir eğilimi olan iki yerel zanaatkarın" yardım etmesi için Polzunov'a emanet edildi ve birkaç yardımcı işçi görevlendirildi. Bu "personel" ile Polzunov arabasını inşa etmeye başladı. Yapımı bir yıl dokuz ay sürdü. Makine ilk testi geçtiğinde, mucit geçici tüketim nedeniyle hastalandı ve 16 Mayıs (28) 1766'da, son testlerden birkaç gün önce öldü.
23 Mayıs 1766'da Polzunov'un öğrencileri Levzin ve Chernitsyn tek başına buhar makinesinin son testlerine başladı. 4 Temmuz tarihli "Gün Notu" "makinenin sorunsuz çalışmasına" dikkat çekti ve 7 Ağustos 1766'da tüm tesis, buhar makinesi ve güçlü üfleyici devreye alındı. Polzunov'un makinesi, yalnızca üç aylık çalışmayla yalnızca inşaatının tüm maliyetlerini 7233 ruble 55 kopek tutarında haklı çıkarmakla kalmadı, aynı zamanda 12640 ruble 28 kopek net kar da sağladı. Ancak 10 Kasım 1766'da motorun kazanı yandıktan sonra 15 yıl 5 ay 10 gün atıl durumda kaldı. 1782'de araba söküldü. (Altay Bölgesi Ansiklopedisi. Barnaul. 1996. T. 2. P. 281-282; Barnaul. Şehrin Chronicle'ı. Barnaul. 1994. bölüm 1. s. 30).

Aynı zamanda James Watt, İngiltere'de bir buhar makinesinin yaratılması üzerinde çalışıyordu. 1763 yılında üniversite tamircisi olarak kendisinden T. Newcomen'in buhar makinesinin üniversite modelini onarması istendi.
Watt, T. Newcomen'in buhar atmosferik makinesinin üniversite modelinin hatalarını ayıklarken, bu tür makinelerin düşük verimliliğine ikna oldu. Buhar motorunun parametrelerini iyileştirme fikri aklına geldi. Newcomen'in makinesinin ana dezavantajının silindirin dönüşümlü olarak ısıtılması ve soğutulması olduğu ona açıktı. Bu nasıl önlenebilir? Cevap Watt'a 1765 yılında bir bahar günü geldi. Watt, yoğunlaşmadan önce buharın vanalı bir boru hattı aracılığıyla ayrı bir tanka yönlendirilmesi durumunda silindirin sürekli sıcak kalabileceğini fark etti. Bu durumda buhar yoğuşma işleminin silindir dışına aktarılması buhar tüketiminin azaltılmasına yardımcı olacaktır. Ayrıca silindirin dışının izolasyon malzemesi ile kaplanması durumunda silindir sıcak, kondenser ise soğuk kalabilir.
Watt'ın buhar motorunda yaptığı iyileştirmeler (santrifüj regülatörü, ayrı buhar kondansatörü, contalar vb.) sadece makinenin verimliliğini arttırmakla kalmamış, aynı zamanda sonunda buhar-atmosfer motorunu bir buhar motoruna dönüştürmüş ve en önemlisi buhar motoruna dönüşmüştür. makine kolaylıkla kontrol edilebilir hale geldi.
1768'de buluşu için patent başvurusunda bulundu. 1769'da patent aldı ama uzun süre buhar makinesi yapamadı. Ve ancak 1776 yılında, İskoçya'daki ilk metalurji tesisinin kurucusu Dr. Rebeck'in mali desteğiyle Watt'ın buhar motoru nihayet inşa edildi ve başarıyla test edildi.

Watt'ın ilk makinesinin Newcomen'in makinesinden iki kat daha etkili olduğu ortaya çıktı. İlginçtir ki, Newcomen'in orijinal buluşunu takip eden gelişmeler, motor "kapasitesi" kavramına dayanıyordu; bu, kile kömür başına pompalanan yarım kiloluk su miktarı anlamına geliyordu. Bu birimin fikrini kimin ortaya attığı artık bilinmiyor. Bu adam bilim tarihine geçmedi ama muhtemelen bazı motorların diğerlerinden daha verimli çalıştığını fark eden ve komşu madenin daha yüksek bir üretim oranına sahip olmasına izin veremeyen eli sıkı bir maden sahibiydi.
Makinenin testleri başarılı olmasına rağmen, daha sonraki çalışmaları sırasında Watt'ın ilk modelinin tamamen başarılı olmadığı ve Rebeck ile işbirliğinin kesintiye uğradığı ortaya çıktı. Watt, fon eksikliğine rağmen buhar motorunu geliştirmek için çalışmaya devam etti. Çalışmaları, Birmingham yakınlarındaki Soho'da bir metal işleme tesisinin sahibi, mühendis ve zengin bir imalatçı olan Matthew Boulton'un ilgisini çekti. 1775 yılında Watt ve Boulton bir ortaklık anlaşması imzaladılar.
1781'de James Watt, makinesinin ikinci modelinin icadı için patent aldı. Kendisine getirilen yenilikler ve sonraki modeller arasında şunlar vardı:

* Buharın dönüşümlü olarak sağlandığı çift etkili silindir farklı taraflar egzoz buharı yoğunlaştırıcıya girerken pistondan;
* ısı kayıplarını azaltmak için çalışma silindirini çevreleyen bir ısı ceketi ve bir makara;
* pistonun ileri geri hareketinin, önce bir biyel kolu-krank mekanizması aracılığıyla ve daha sonra planet dişli kutusunun prototipi olan bir dişli transmisyonu kullanılarak şaftın dönme hareketine dönüştürülmesi;
* Sabit bir şaft hızını korumak için santrifüj regülatörü ve dengesiz dönüşü azaltmak için bir volan.
1782 yılında, ilk evrensel "çift etkili" buhar makinesi olan bu olağanüstü makine inşa edildi. Watt, silindir kapağını, piston çubuğunun serbest hareketini sağlayan ancak silindirden buhar sızıntısını önleyen, yakın zamanda icat edilen bir yağ keçesiyle donattı. Buhar silindire dönüşümlü olarak pistonun bir tarafından ve ardından diğer tarafından girerek silindirin karşı tarafında bir vakum oluşturdu. Dolayısıyla piston hem çalışma hem de dönüş strokunu önceki makinelerde olmayan şekilde buhar yardımıyla yapıyordu.

Ayrıca, 1782'de James Watt, bir silindirdeki buhar akışını, akışının başlangıcında bölerek, döngünün geri kalanını kendi basıncı altında genişletmeye başlayan genleşme eylemi ilkesini tanıttı. Genişleme eylemi güçte bir miktar kayıp anlamına gelir ancak "performans"ta kazanç anlamına gelir. Bütün bu fikirler arasında Watt'ın en faydalı olanı genişlemeci eylemdi. Daha sonraki pratik uygulamasında, Watt'ın asistanı James Southern tarafından 1790 civarında oluşturulan gösterge şeması çok yardımcı oldu.
Gösterge, belirli bir strok sırasında giren buhar hacmine bağlı olarak silindirdeki basıncı kaydetmek için motora takılabilen bir kayıt cihazıydı. Böyle bir eğrinin altındaki alan, belirli bir döngüde yapılan işin bir ölçüsüydü. Gösterge, motoru mümkün olduğunca verimli bir şekilde ayarlamak için kullanıldı. Bu diyagram daha sonra teorik termodinamikteki ünlü Carnot döngüsünün (Sadi Carnot, 1796-1832) bir parçası haline geldi.
Çift etkili bir buhar motorunda piston çubuğu çekme ve itme hareketi yaptığından, yalnızca çekişe tepki veren zincirlerden ve külbütör kollarından oluşan önceki tahrik sisteminin yeniden tasarlanması gerekiyordu. Watt, birleştirilmiş çubuklardan oluşan bir sistem geliştirdi ve piston çubuğunun ileri geri hareketini dönme hareketine dönüştürmek için gezegensel bir mekanizma kullandı; buhar basıncını ölçmek için ağır bir volan, bir santrifüj hız kontrol cihazı, bir disk valfı ve bir basınç göstergesi kullandı.

Sürekli dönüşlü evrensel çift etkili buhar motoru (Watt'ın buhar motoru) yaygınlaştı ve makine üretimine geçişte önemli bir rol oynadı.
James Watt tarafından patenti alınan “döner buhar motoru” ilk olarak iplik ve dokuma fabrikalarındaki makine ve tezgahları, daha sonra da diğer sanayi kuruluşlarını tahrik etmek için yaygın olarak kullanıldı. Bu, emek verimliliğinde keskin bir artışa yol açtı. İşte bu andan itibaren İngilizler, İngiltere'yi dünyada lider konuma getiren büyük sanayi devriminin başlangıcını saydı.
James Watt'ın motoru her arabaya uygundu ve kendinden tahrikli mekanizmaların mucitleri bundan hemen faydalandı. Buhar motoru taşımaya bu şekilde başladı (Fulton'un buharlı gemisi, 1807; Stephenson'un buharlı lokomotifi, 1815). İngiltere, ulaşım araçlarındaki avantajı sayesinde dünyanın lider gücü haline geldi.
1785 yılında Watt yeni bir kazan fırınının icadının patentini aldı ve aynı yıl Watt'ın makinelerinden biri Londra'da Samuel Whitbread'in bira fabrikasında malt öğütmek için kuruldu. İşi 24 atın yerine makine yaptı. Silindir çapı 63 cm, piston stroku 1,83 m ve volan çapı 4,27 m'ye ulaştı.Makine bugüne kadar ayakta kaldı ve bugün Sidney'deki Powerhouse Müzesi'nde çalışırken görülebiliyor.

1775 yılında kurulan Boulton ve Watt şirketi, ürünlerine olan talebin azalmasından, icat haklarının mahkemelerde korunmasına kadar kaderin tüm değişimlerini yaşadı. Ancak 1783'ten itibaren buhar makinelerinin üretimini tekelleştiren bu şirketin işleri kötüye gitti. Böylece James Watt çok zengin bir adam oldu ve Watt, bu sıralarda birlikte çalışmaya başladığı Thomas Beddoes Pnömatik Tıp Enstitüsü'ne (Beddoes, Thomas, 1760-1808) çok ama çok önemli yardımda bulundu.
Watt, buhar makineleri yaratma konusundaki yoğun çabalarına rağmen Glasgow Üniversitesi'ndeki görevinden ancak 1800 yılında emekli oldu. İstifasından 8 yıl sonra, üniversitenin en iyi öğrencileri ve öğretmenleri için “Watt Ödülü”nü kurdu. Faaliyetlerine başladığı üniversitenin teknik laboratuvarı kendi adını taşımaya başladı. Mucidin memleketi Greenock'ta (İskoçya) bir kolej de James Watt'ın adını taşıyor.

Buhar motorunun evrimi, J. Watt

1774 Buhar
karter pompası 1781 Buhar motoru
şaft üzerinde torklu 1784 Buhar motoru
KShM ile ikili eylem
Bir zamanlar Watt'ın bir güç birimi olarak şöyle bir birim önermesi ilginçtir: Beygir gücü" Bu ölçü birimi günümüze kadar gelmiştir. Ancak Watt'ın sanayi devriminin öncüsü olarak saygı gördüğü İngiltere'de farklı karar verdiler. 1882'de İngiliz Mühendisler Birliği bir güç birimine onun adını vermeye karar verdi. Artık James Watt ismi herhangi bir yerde okunabilir ampul. Bu, teknoloji tarihindeki ilk tahsisat vakasıydı kendi adıölçü birimi. Bu olaydan sonra ölçü birimlerine özel ad verme geleneği başladı.

Watt yaşadı uzun yaşam ve 19 Ağustos 1819'da Birmingham yakınlarındaki Heathfield'da öldü. James Watt'ın anıtında şöyle yazıyor: "İnsanın doğa üzerindeki gücü arttı." Çağdaşlar ünlülerin faaliyetlerini böyle değerlendirdi İngiliz mucit.

Rusya'nın ilk iki silindirli vakumlu buhar motoru, tamirci I.I. Polzunov 1763'te inşa etti ve 1764'te Barnaul'da inşa etti. Polzunov'un buluşunu kabul eden komisyonun üyesi olan James Watt, 1784 yılının Nisan ayında Londra'da bir buhar makinesinin patentini aldı ve onun mucidi olarak kabul ediliyor!

Polzunov, İvan İvanoviç

- Rusya'da ilk buhar motorunu yapan tamirci; Yekaterinburg dağ bölüğünden bir askerin oğlu olan on yaşındaydı ve Yekaterinburg Aritmetik Okulu'na girdi ve burada mekanik öğrencisi unvanıyla kurstan mezun oldu. Birkaç genç arasında Polzunov, 1763'te sorumlu usta olarak görev yaptığı Barnaul'a devlete ait madencilik fabrikalarına gönderildi. Dökümhanelerde ve madenlerde kullanılan su motorlu makinelerin yapımıyla uğraşan Polzunov, bu tür makinelerin nehirlerden uzak bölgelerde inşa edilmesinin zorluğuna dikkat çekti ve buharı motor olarak kullanma fikrine karar verdi. Bu fikrin kendisine bağımsız olarak gelmediğini, ancak Schlatter'in kitabının etkisi altında geldiğini gösteren bazı kanıtlar var: "Madencilik için ayrıntılı talimatlar" (St. Petersburg, 1760), onuncu bölümde buharın ilk tanımı motor, yani bir makine, Rus Newcomen'de yayınlandı. Polzunov enerjik bir şekilde fikrini uygulamaya koyuldu, su buharının gücünü ve özelliklerini incelemeye başladı, çizimler çizdi, modeller yaptı. Uzun araştırma ve deneylerden sonra, değiştirilme olasılığına ikna oldum. itici güç Polzunov, Nisan 1763'te Kolyvan-Voskresensk fabrikalarının başkanı Tümgeneral A.I. Poroshin'e, kendisini yeni bir güç bulmaya iten nedenleri özetleyen bir mektupla döndü. icat ettiği “yangın makinesinin” yapımı için fon istedi. Polzunov'un projesi, makinenin inşası için gereken miktarın serbest bırakılması talebiyle Majestelerinin Kabinesine bildirildi. Kabine raporuna göre, bunu Catherine II'nin bir kararnamesi takip etti; o, "daha fazla teşvik için" Polzunov'u tamircilere maaş ve mühendislik kaptan-teğmen rütbesi ile verdi ve ödül olarak 400 ruble sipariş etti. ve "fabrikalarda artık kendisine ihtiyaç duyulmuyorsa, onu gümüşle birlikte St. Petersburg'a gönderin" dedi ve eğitimini desteklemek için iki ila üç yıl süreyle Bilimler Akademisi'ne gönderdi. Ancak yetkililer Polzunov'un gitmesine izin vermedi ve "çünkü burada buharla çalışan makineyi hayata geçirmeye aşırı ihtiyaç var" diyerek Bilimler Akademisi'ne gönderilmesinin bir süreliğine iptal edilmesini istedi. Bunun üzerine Polzunov davanın sonuna kadar Sibirya'da kalmak zorunda kaldı. O zamana kadar yukarıda bahsedilen 400 rublenin ihracı da ertelendi. Verdiği tahmine göre kendisine gerekli miktarlar ve malzemeler verilerek inşaata başlama fırsatı verildi. 20 Mayıs 1765'te Polzunov zaten şunu bildirmişti: hazırlık çalışmaları tamamlanarak makinenin aynı yılın Ekim ayında devreye alınacağı belirtildi. Ancak bu sırada araba hazır değildi. Öngörülemeyen birçok zorluk ve işçilerin deneyimsizliği işin ilerlemesini yavaşlattı. Ayrıca makinenin yapımı için gerekli olan malzemelerin birçoğu Sibirya'dan temin edilemiyordu. Onları Yekaterinburg'dan sipariş edip birkaç ay teslimatı beklemek zorunda kaldım. Aralık 1765'te Polzunov makineyi tamamladı ve üzerine 7.435 ruble harcadı. 51 kopek Ancak buluşunu çalışırken göremedi. Makinenin testi 20 Mayıs 1766'da Barnaul'da planlandı ve aynı yılın 16 Mayıs'ında Polzunov zaten "şiddetli gırtlak kanamasından" ölmüştü. Öğrencileri Levzin ve Chernitsin'in liderliğindeki Polzunov'un makinesi, iki ay içinde Barnaul'da 9.335 puan Zniznogorsk cevherini eritti, ancak kısa süre sonra Barnaul'daki operasyonu "gereksiz olduğu için" sonlandırıldı ve bu makinenin bu makinelerde kullanılıp kullanılmadığı konusunda hiçbir bilgi yok. Başlangıçta mucidin kendisi ve üstleri tarafından tasarlanan Zmeinogorsk fabrikası ve Semenovsky madeninde su ile çalışan motorlar yoktu.1780'de “Polzunov tarafından inşa edilen makine ve yapı çiftler halinde çalışıyordu ve yapı kırılmıştı. ” Barnaul Madencilik Müzesi'nde Polzunov'un makinesinin bir modeli var. Polzunov, bazılarının yaptığı gibi, ilk buhar makinesini icat etme onuruna sahip olamaz. Bununla birlikte, Polzunov'un makinesi gerçekten de Rusya'da üretilen ve yurt dışından ithal edilmeyen ilk buhar makinesiydi; 1765 yılında bir buhar motorunun suyu kaldırmak için değil, başka bir endüstriyel amaç için kullanılması bağımsız bir buluş olarak kabul edilmelidir, çünkü İngiltere'de hava pompalamak için bir buhar motorunun ilk kullanımı yalnızca 1765'te yapılmıştır.

İnsanlar ancak 17. yüzyılın sonlarında insanlığın hizmetine sunabildiler. Ancak çağımızın başlangıcında bile, antik Yunan matematikçisi ve tamirci İskenderiyeli Heron, buharla arkadaş olunabileceğini ve olması gerektiğini açıkça gösterdi. Bunun açık bir teyidi Geronovsky aeolipile'di, aslında ilk buhar türbini - su buharı jetlerinin gücüyle dönen bir top. Ne yazık ki, eski Yunanlıların pek çok şaşırtıcı icadı yüzyıllar boyunca kesin olarak unutuldu. Buhar makinesine benzer bir şeyin tanımı ancak 17. yüzyılda var. Bir zamanlar Pfalz'lı Frederick V'in inşaatçısı ve mühendisi olan Fransız Salomon de Caus, 1615 tarihli makalesinde biri sıvıyı alan ve diğeri sıvıyı serbest bırakan iki tüplü içi boş bir demir top tanımladı. Topu suyla doldurup ısıtırsanız, su buharların etkisine uyarak ikinci tüpten yukarıya doğru yükselmeye başlayacaktır. 1663 yılında İngiliz Worchester Markisi Edward Somerset, suyu yukarı kaldırabilen bir makineden bahsettiği bir broşür yazdı. Aynı zamanda Somerset, açıklanan makine için bir patent (“ayrıcalık”) aldı. Gördüğümüz gibi, Yeni Çağ'ın mucitlerinin tüm düşünceleri madenlerden ve madenlerden su pompalamak etrafında dönüyordu ki bunun acil bir görevden kaynaklandığını belirtmek gerekir. Bu nedenle, aşağıda ele alınan sonraki üç mucidin de öncelikle su pompalamak için bir buhar makinesi yaratmakla ilgilenmesi şaşırtıcı değildir. 17. yüzyılın sonlarına doğru Avrupa'da iki kişi stresi dizginlemek konusunda daha etkili bir şekilde çalıştı: Denis Papin ve Thomas Savery.

Savery'nin "ateş" arabası.

Cugno'dan "Buhar Arabası".

Buhar motoru- Buhar enerjisini enerjiye dönüştüren harici yanmalı bir ısı motoru mekanik iş pistonun ileri geri hareketine ve ardından milin dönme hareketine dönüşür. Daha geniş anlamda buhar motoru, buhar enerjisini mekanik işe dönüştüren herhangi bir harici yanmalı motordur.

Fabrika şanzımanlarını çalıştırmak için yatay sabit iki silindirli buhar motoru. 19. yüzyılın sonu Endüstriyel Kültür Müzesi Sergisi. Nürnberg

Buhar motorlarının önemi

Buhar motorları itici motor olarak kullanıldı pompa istasyonları, lokomotifler, buharlı gemilerde, traktörlerde, buharlı arabalarda ve diğer araçlarda. Buhar motorları, işletmelerin işletmelerde makinelerin ticari kullanımının yaygınlaşmasına katkıda bulunmuş ve 18. yüzyıldaki sanayi devriminin enerji temelini oluşturmuştur. Daha sonra buhar motorlarının yerini daha verimli olan içten yanmalı motorlar, buhar türbinleri ve elektrik motorları aldı.

Resmi olarak bir tür buhar motoru olan buhar türbinleri, elektrik jeneratörlerini çalıştırmak için hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünya elektriğinin yaklaşık %86'sı buhar türbinleri kullanılarak üretiliyor.

Çalışma prensibi

Buhar motorunu çalıştırmak için buhar kazanına ihtiyaç vardır. Genişleyen buhar, hareketi diğer mekanik parçalara iletilen pistona veya buhar türbininin kanatlarına baskı yapar. Dıştan yanmalı motorların avantajlarından biri, kazanın buhar motorundan ayrılması nedeniyle gübreden uranyuma kadar hemen hemen her tür yakıtın kullanılabilmesidir.

Buluş ve geliştirme

Buharla çalışan bilinen ilk cihaz, birinci yüzyılda İskenderiyeli Heron tarafından tanımlandı. Topa bağlı nozüllerden teğetsel olarak çıkan buhar, topun dönmesine neden oldu. Gerçek buhar türbini çok daha sonra, ortaçağ Mısır'ında, 16. yüzyıl Arap filozofu, gökbilimci ve mühendis Taghi al-Dinome tarafından icat edildi. Bir tekerleğin kenarına tutturulmuş bıçaklara yönlendirilen bir buhar akışı aracılığıyla bir şişin döndürülmesi için bir yöntem önerdi. Benzer bir makine, 1629'da İtalyan mühendis Giovanni Branca tarafından, havanlardaki bir çift havaneli dönüşümlü olarak kaldıran ve serbest bırakan silindirik bir ankraj cihazını döndürmek için önerildi. Bu ilk buhar türbinlerindeki buhar akışı konsantre değildi ve enerjisinin büyük bir kısmı her yöne dağılarak önemli enerji kayıplarına neden oluyordu.

Ancak buhar motorunun daha da geliştirilmesi, motor geliştiricilerin sonuçlarından yararlanabilecekleri ekonomik koşulları gerektiriyordu. Bu tür koşullar ne eski zamanlarda, ne Orta Çağ'da, ne de Rönesans'ta mevcut değildi. Buharlı motorlar ancak 17. yüzyılın sonunda tek seferlik bir merak olarak yaratıldı. İlk makine, buluşları T. Severi'nin patentini etkileyen İspanyol mucit Jeronimo Ayans de Beaumont tarafından yaratıldı (aşağıya bakın). Buhar motorlarının çalışma prensibi ve uygulaması da 1655 yılında İngiliz Edward Somerset tarafından anlatılmıştır. 1663 yılında bir tasarım yayınladı ve suyu Raglan Kalesi'ndeki Büyük Kule'nin duvarına kaldırmak için buharla çalışan bir cihaz yerleştirdi (motorun kurulduğu duvardaki girintiler 19. yüzyılda hala görülebiliyordu). Ancak hiç kimse bu yeni devrim niteliğindeki konsept için parayı riske atmaya istekli değildi ve buhar makinesi geliştirilmeden kaldı. Fransız fizikçi ve mucit Denis Papin'in deneylerinden biri kapalı bir silindirde vakum yaratmaktı. 1670'lerin ortalarında Paris'te Hollandalı fizikçi Huygens ile silindirin içindeki barutu patlatarak içindeki havayı dışarı çıkaran bir makine üzerinde işbirliği yaptı. Bunun yarattığı vakumun eksikliğini gören Papen, 1680 yılında İngiltere'ye geldikten sonra aynı silindirin bir versiyonunu yarattı ve burada silindir içinde yoğunlaşan kaynar suyu kullanarak daha eksiksiz bir vakum elde etti. Böylece bir makaranın üzerine atılan bir ip ile pistona bağlı bir ağırlığı kaldırmayı başardı. Sistem bir gösteri modeli olarak çalıştı ancak işlemi tekrarlamak için tüm aparatın sökülüp yeniden birleştirilmesi gerekiyordu. Papin, çevrimi otomatikleştirmek için buharın kazanda ayrı olarak üretilmesi gerektiğini hemen fark etti. Bu nedenle Papin, buhar kazanının mucidi olarak kabul edilir ve böylece Newcomen'in buhar motorunun önünü açar. Ancak işleyen bir buhar makinesinin tasarımını önermedi. Papin ayrıca Taghi-al-Din ve Severi'nin konseptlerinin bir kombinasyonuyla reaktif güce sahip bir tekerlekle hareket eden bir tekne tasarladı; aynı zamanda emniyet valfi gibi birçok önemli cihazın icadıyla da tanınır.

Açıklanan cihazların hiçbiri aslında yararlı sorunları çözme aracı olarak kullanılmamıştır. Üretimde kullanılan ilk buhar motoru, İngiliz askeri mühendisi Thomas Savery tarafından 1698 yılında tasarlanan “itfaiye motoru”ydu. Severi, 1698'de cihazının patentini aldı. Bu bir pistonlu buhar pompasıydı ve kabın soğuması sırasında buharın ısısı her seferinde kaybolduğundan açıkçası çok verimli değildi ve çalıştırılması oldukça tehlikeliydi, çünkü yüksek basınç buhar tankları ve motor boru hatları bazen patladı. Bu cihaz hem su değirmeninin çarklarını döndürmek hem de madenlerden su pompalamak için kullanılabildiği için mucit onu "madencinin dostu" olarak adlandırdı.

Daha sonra İngiliz demirci Thomas Newcomen 1712'de "atmosferik motorunu" gösterdi. Newcomen'in çalışma buhar basıncını önemli ölçüde azalttığı geliştirilmiş bir Severi buhar motoruydu. Newcomen motorunun ilk kullanımı derin bir madenden su pompalamaktı. Bir maden pompasında külbütör kolu, şaftın içine pompa odasına giden bir çubuğa bağlandı. İtme kuvvetinin ileri geri hareketleri, suyu yukarı doğru besleyen pompa pistonuna iletildi. Yaygın olarak kullanılan ilk buhar motoru Newcomen'in motoruydu. pratik kullanımİngiltere'de sanayi devriminin başlangıcı genellikle bununla ilişkilendirilir. Rusya'nın ilk iki silindirli vakumlu buhar motoru, 1763 yılında tamirci I. I. Polzunov tarafından tasarlandı ve 1764 yılında Barnaul Kolyvano-Voskresensk fabrikalarındaki üfleyicileri çalıştırmak için üretildi. Verimliliğin daha da artması, yüksek basınçlı buharın kullanılmasıydı (Amerikalı Oliver Evans ve İngiliz Richard Trevithick). R. Trevithick, "Cornish motorları" olarak bilinen endüstriyel yüksek basınçlı tek zamanlı motorları başarıyla üretti. İnç kare başına 50 pound veya 345 kPa (3.405 atmosfer) basınçta çalışıyorlardı. Ancak artan baskıyla birlikte makinelerde ve kazanlarda patlama tehlikesi de ortaya çıktı ve bu durum başlangıçta çok sayıda kazaya yol açtı. Bu açıdan bakıldığında en önemli unsur yüksek basınçlı makine Emniyet valfi, bu da aşırı basıncı serbest bıraktı. Güvenilir ve emniyetli çalışma ancak deneyim birikimi ve ekipmanın inşası, çalıştırılması ve bakımına ilişkin prosedürlerin standardizasyonu ile başladı. Fransız mucit Nicolas-Joseph Cugnot, 1769'da ilk çalışan kendinden tahrikli buhar aracını gösterdi: fardier à vapeur (buhar arabası). Belki de icadı ilk araba olarak kabul edilebilir. Kundağı motorlu buharlı traktörün, diğer tarım makinelerini (harman makineleri, presler vb.) çalıştıran hareketli bir mekanik enerji kaynağı olarak çok kullanışlı olduğu ortaya çıktı. 1788'de, John Fitch tarafından inşa edilen bir buharlı gemi, Delaware Nehri boyunca zaten düzenli hizmet veriyordu. Philadelphia (Pennsylvania) ve Burlington (New York Eyaleti). 30 yolcu taşıyordu ve saatte 7-8 mil hızla gidiyordu. 21 Şubat 1804'te, Richard Trevithick tarafından inşa edilen ilk kundağı motorlu demiryolu buharlı lokomotifi, Güney Galler'deki Merthyr Tydfil'deki Penydarren Demir Fabrikasında sergilendi.

Pistonlu buhar motorları

Pistonlu motorlar, kapalı bir bölme veya silindir içindeki bir pistonu hareket ettirmek için buhar gücünü kullanır. Pistonun ileri geri hareketi, mekanik olarak pistonlu pompaların doğrusal hareketine veya takım tezgahlarının veya araç tekerleklerinin dönen parçalarını tahrik etmek için dönme hareketine dönüştürülebilir.

Vakum makineleri

Newcomen'in motorunun gravürü. Bu görüntü, Henry Beaton'ın 1717 tarihli bir gravürünün değiştirilmiş bir kopyası olan Desagliers'in Deneysel Felsefe Kursu, 1744'teki bir çizimden kopyalanmıştır. Bu muhtemelen Newcomen'in 1714 civarında Warkshire'daki Grief Colliery'de kurulan ikinci motorudur.

İlk buhar motorlarına ilk olarak "itfaiye motorları" ve ayrıca Watt'ın "atmosferik" veya "yoğuşmalı" motorları adı verildi. Vakum prensibine göre çalışıyorlardı ve bu nedenle “vakum motorları” olarak da biliniyorlardı. Bu tür makineler pistonlu pompaları tahrik etmek için çalışıyordu, her halükarda bunların başka amaçlarla kullanıldığına dair hiçbir kanıt yok. Vakum tipi bir buhar motoru çalıştığında, strok başlangıcında çalışma odasına veya silindire düşük basınçlı buhar verilir. Daha sonra giriş valfi kapanır ve buhar yoğunlaşarak soğur. Bir Newcomen motorunda soğutma suyu doğrudan silindire püskürtülür ve yoğuşma suyu bir yoğuşma toplayıcıya boşaltılır. Bu silindirde bir vakum yaratır. Silindirin üst kısmındaki atmosferik basınç, pistona baskı yapar ve pistonun aşağı doğru, yani çalışma strokunda hareket etmesine neden olur.

Piston, ortası etrafında dönen büyük bir külbütör kolunun ucuna bir zincirle bağlanmıştır. Yük altındaki pompa, pompanın hareketi altında pistonu yerçekimi ile silindirin tepesine geri döndüren külbütör kolunun karşı ucuna bir zincirle bağlanır. Bunun tersi de bu şekilde oluyor. Buhar basıncı düşüktür ve pistonun hareketini engelleyemez.

Makinenin çalışan silindirini sürekli olarak soğutmak ve yeniden ısıtmak çok israf ve verimsizdi, ancak bu buhar motorları, kullanılmadan önce mümkün olandan daha derinlerden su pompalamayı mümkün kıldı. 1774 yılında, Watt tarafından Matthew Boulton ile işbirliği içinde yaratılan buhar motorunun bir versiyonu ortaya çıktı; bunun ana yeniliği, yoğunlaşma sürecinin özel bir ayrı odaya (yoğunlaştırıcı) taşınmasıydı. Bu oda, soğuk su banyosuna yerleştirildi ve bir valfla kapatılan bir tüple silindire bağlandı. Yoğuşma odasına özel bir küçük vakum pompası (bir yoğuşma pompasının prototipi) takıldı, bir külbütör kolu tarafından çalıştırıldı ve yoğuşmayı yoğuşucudan çıkarmak için kullanıldı. Sonuç sıcak su kazana özel bir pompa (besleme pompasının bir prototipi) tarafından sağlandı. Bir diğer radikal yenilik ise artık üst kısmında düşük basınçlı buhar içeren çalışma silindirinin üst ucunun kapatılmasıydı. Aynı buhar, sabit sıcaklığını koruyan silindirin çift ceketinde de mevcuttu. Piston yukarıya doğru hareket ettikçe bu buhar, bir sonraki strok sırasında yoğunlaşmaya uğramak üzere özel tüpler aracılığıyla silindirin alt kısmına aktarılıyordu. Makine aslında "atmosferik" olmaktan çıktı ve gücü artık düşük basınçlı buhar ile elde edilebilecek vakum arasındaki basınç farkına bağlıydı.

Watt'ın buhar makinesi versiyonu

Newcomen'in buhar makinesinde piston, üzerine az miktarda su dökülerek yağlanıyordu; Watt'ın makinesinde artık silindirin üst kısmında buhar kaldığı için bu imkansız hale geldi; ile yağlamaya geçmek gerekiyordu. gres ve yağ karışımı. Aynı yağlayıcı silindir rot contasında da kullanıldı.

Vakumlu buhar motorları, verimliliklerinin bariz sınırlamalarına rağmen nispeten güvenliydi ve düşük basınçlı buhar kullanıyordu; bu, 18. yüzyıldaki genel düşük seviyeli kazan teknolojisiyle oldukça tutarlıydı. Makinenin gücü, düşük buhar basıncı, silindirin boyutu, yakıtın yanma hızı ve kazandaki suyun buharlaşmasının yanı sıra yoğunlaştırıcının boyutu ile sınırlıydı. Maksimum teorik verimlilik, pistonun her iki tarafındaki nispeten küçük sıcaklık farkıyla sınırlıydı; bu, endüstriyel kullanıma yönelik vakum makinelerini çok büyük ve pahalı hale getirdi.

1811 civarında Richard Trevithnick'in Watt'ın makinesini yeni Cornish kazanlarına uyarlamak için geliştirmesi gerekiyordu. Pistonun üzerindeki buhar basıncı 275 kPa'ya (2,8 atmosfer) ulaştı ve çalışma strokunu tamamlamak için ana gücü sağlayan da buydu; Ek olarak kapasitör önemli ölçüde iyileştirildi. Bu tür makinelere Cornish makineleri adı verildi ve 1890'lara kadar üretildi. Birçok eski Watt makinesi bu seviyeye kadar restore edildi. Cornish'in arabalarından bazıları oldukça büyüktü.

Yüksek basınçlı buhar motorları

Buhar motorlarında buhar, kazandan silindirin çalışma odasına akar, burada genleşir, pistona baskı uygular ve faydalı iş yapar. Genişletilmiş buhar daha sonra atmosfere salınabilir veya bir yoğunlaştırıcıya verilebilir. Yüksek basınçlı makineler ile vakum makineleri arasındaki önemli bir fark, egzoz buharının basıncının atmosfer basıncını aşması veya ona eşit olması, yani vakum oluşturulmamasıdır. Egzoz buharı genellikle atmosferik basıncın üzerinde bir basınca sahipti ve sıklıkla atmosfere boşaltılıyordu. baca bu da kazan taslağını arttırmayı mümkün kıldı.

Buhar basıncını arttırmanın önemi daha yüksek bir sıcaklık elde etmesidir. Böylece yüksek basınçlı bir buhar motoru, vakum makinelerinde elde edilebilecek olandan daha büyük bir sıcaklık farkında çalışır. Yüksek basınçlı makineler vakumlu makinelerin yerini aldıktan sonra, bunlar tüm pistonlu buhar motorlarının daha da geliştirilmesi ve iyileştirilmesinin temeli haline geldi. Ancak 1800'de yüksek kabul edilen basınç (275-345 kPa) artık çok düşük kabul ediliyor - modern buhar kazanlarındaki basınç onlarca kat daha yüksek.

Yüksek basınçlı makinelerin ek bir avantajı, belirli bir güç seviyesi için çok daha küçük olmaları ve dolayısıyla önemli ölçüde daha ucuz olmalarıdır. Ayrıca böyle bir buhar motoru, araçlarda kullanılabilecek kadar hafif ve kompakt olabilir. Ortaya çıkan buharlı ulaşım (buharlı lokomotifler, buharlı gemiler), ticari ve yolcu taşımacılığında ve askeri stratejide devrim yarattı ve genel olarak kamusal yaşamın neredeyse her yönünü etkiledi.

Yatay tek silindirli yüksek basınçlı, çift etkili buhar motorunun şeması. PTO tahrik kayışı tarafından gerçekleştirilir:

Çift etkili buhar motorları

Yüksek basınçlı buhar motorlarının geliştirilmesindeki bir sonraki önemli adım, çift etkili makinelerin ortaya çıkmasıydı. Tek etkili makinelerde piston, genişleyen buharın kuvvetiyle bir yönde hareket ediyordu, ancak ya yer çekiminin etkisi altında ya da buhar motoruna bağlı dönen bir volanın eylemsizlik momenti nedeniyle geri dönüyordu.

Çift etkili buhar motorlarında, çalışma silindirinin her iki tarafına dönüşümlü olarak taze buhar verilirken, silindirin diğer tarafındaki kullanılmış buhar atmosfere veya bir yoğunlaştırıcıya verilir. Bu oldukça karmaşık bir buhar dağıtım mekanizmasının oluşturulmasını gerektiriyordu. Çift etkili prensibi makinenin çalışma hızını arttırır ve düzgünlüğü artırır.

Böyle bir buhar motorunun pistonu, silindirden uzanan kayar bir çubuğa bağlanır. Bu çubuğa, volan krankını hareket ettiren sallanan bir biyel kolu bağlanmıştır. Buhar dağıtım sistemi başka bir krank mekanizması tarafından tahrik edilir. Buhar dağıtım mekanizması, makine volanının dönüş yönünü değiştirebilmeniz için ters işleve sahip olabilir.

Çift etkili bir buhar motoru, geleneksel bir buhar makinesinin yaklaşık iki katı kadar güçlüdür ve aynı zamanda çok daha hafif bir volanla da çalışabilir. Bu, makinelerin ağırlığını ve maliyetini azaltır.

Çoğu pistonlu buhar motoru, buharlı lokomotif örneğinde açıkça görülen bu çalışma prensibini tam olarak kullanır. Böyle bir makine iki veya daha fazla silindire sahip olduğunda, makinenin silindirlerdeki pistonların herhangi bir konumunda çalıştırılabilmesini sağlamak için kranklar 90 derecelik bir kayma ile monte edilir. Bazı tekerlekli vapurlarda tek silindirli, çift etkili bir buhar motoru vardı ve bunların üzerinde tekerleğin ölü bir noktada, yani motoru çalıştırmanın imkansız olduğu bir konumda durmamasını sağlamak gerekiyordu.

Teknolojide sıklıkla olduğu gibi buhar motorunu icat etme süreci neredeyse bir yüzyıl sürdü, bu nedenle bu etkinlik için tarih seçimi oldukça keyfi. Ancak teknolojik devrime yol açan atılımın İskoç James Watt tarafından gerçekleştirildiğini kimse inkar etmiyor.

İnsanlar eski çağlardan beri buharı çalışma sıvısı olarak kullanmayı düşünüyorlar. Ancak, yalnızca XVII-XVIII. Yüzyılların başında. buhar kullanarak faydalı işler üretmenin bir yolunu bulmayı başardı. Buharı insanın hizmetine sunmaya yönelik ilk girişimlerden biri 1698'de İngiltere'de yapıldı: Mucit Savery'nin makinesi madenleri boşaltmak ve su pompalamak için tasarlanmıştı. Doğru, Savery'nin icadı henüz kelimenin tam anlamıyla bir motor değildi, çünkü manuel olarak açılıp kapatılan birkaç valf dışında hareketli parçası yoktu. Savery'nin makinesi şu şekilde çalışıyordu: Önce kapalı bir tank buharla dolduruldu, ardından tankın dış yüzeyi soğuk suyla soğutuldu, bu da buharın yoğunlaşmasına ve tankta kısmi bir vakum oluşmasına neden oldu. Bundan sonra, örneğin şaftın tabanından su, giriş borusu yoluyla tankın içine emildi ve bir sonraki buhar kısmı verildikten sonra dışarı atıldı.

İlk pistonlu buhar motoru, 1698 yılında Fransız Denis Papin tarafından yapılmıştır. Dikey bir silindirin içinde pistonlu su ısıtılıyor ve ortaya çıkan buhar, pistonu yukarı doğru itiyordu. Buhar soğuyup yoğunlaştıkça piston atmosferik basıncın etkisi altında aşağı doğru hareket etti. Papen'in buhar motoru, bir blok sistemi aracılığıyla, pompalar gibi çeşitli mekanizmaları çalıştırabiliyordu.

Daha gelişmiş bir makine 1712'de İngiliz demirci Thomas Newcomen tarafından yapıldı. Papin'in makinesinde olduğu gibi piston dikey bir silindir içinde hareket ediyordu. Kazandan çıkan buhar silindirin tabanına girerek pistonu yukarı kaldırdı. Silindire soğuk su enjekte edildiğinde buhar yoğunlaştı, silindirde bir vakum oluştu ve atmosferik basıncın etkisi altında piston aşağı düştü. Bu ters vuruş silindirdeki suyu boşalttı ve salıncak gibi hareket eden bir külbütör koluna bağlı bir zincir aracılığıyla pompa çubuğunu yukarı kaldırdı. Piston strokunun en alt noktasına geldiğinde buhar tekrar silindire girdi ve pompa çubuğuna veya külbütör koluna takılan bir karşı ağırlık yardımıyla piston orijinal konumuna yükseldi. Bundan sonra döngü tekrarlandı.

Newcomen makinesi Avrupa'da 50 yılı aşkın süredir yaygın olarak kullanılıyor. 1740'lı yıllarda 25 adam ve 10 attan oluşan bir ekibin vardiyalı olarak bir haftada yaptığı işi, 2.74 m uzunluğunda ve 76 cm çapında silindirli bir makine bir günde tamamlıyordu. Ancak yine de verimliliği son derece düşüktü.

Sanayi devrimi kendisini en açık şekilde İngiltere'de, özellikle de tekstil endüstrisinde gösterdi. Kumaş tedariği ile hızla artan talep arasındaki tutarsızlık, en iyi tasarım beyinlerini eğirme ve dokuma makinelerinin geliştirilmesine çekti. Cartwright, Kay, Crompton ve Hargreaves'in isimleri İngiliz teknoloji tarihinde sonsuza kadar yer alacak. Ancak yarattıkları eğirme ve dokuma makinelerinin niteliksel olarak yeni, evrensel motor Bu, sürekli ve eşit bir şekilde (su çarkının sağlayamayacağı şey tam olarak budur) makineleri tek yönlü dönme hareketine yönlendirecektir. Ünlü mühendis "Greenocklu büyücü" James Watt'ın yeteneği burada tüm parlaklığıyla ortaya çıktı.

Watt, İskoçya'nın Greenock kasabasında bir gemi yapımcısı ailesinde doğdu. Glasgow'daki atölyelerde çırak olarak çalışan James, ilk iki yılda bir oymacının niteliklerini, matematiksel, jeodezik, optik aletler ve çeşitli navigasyon aletlerinin üretiminde ustalaştı. Profesör amcasının tavsiyesi üzerine James yerel üniversiteye tamirci olarak girdi. Watt'ın buhar motorları üzerinde çalışmaya başladığı yer burasıydı.

James Watt, Newcomen'in genel olarak yalnızca su pompalamaya uygun olan buhar atmosferik motorunu geliştirmeye çalıştı. Newcomen'in makinesinin ana dezavantajının silindirin dönüşümlü olarak ısıtılması ve soğutulması olduğu ona açıktı. 1765 yılında Watt, buharın yoğunlaşmadan önce valfli bir boru hattı aracılığıyla ayrı bir tanka yönlendirilmesi durumunda silindirin sürekli sıcak kalabileceği fikrini ortaya attı. Buna ek olarak Watt, sonunda buhar atmosferik motoru buhar motoruna dönüştüren birkaç iyileştirme daha yaptı. Örneğin, pistonun ileri geri hareketini ana milin dönme hareketine dönüştüren bir menteşe mekanizması icat etti - "Watt'ın paralelkenarı" (bunun adı, bileşiminde bulunan kaldıraçların bir kısmı bir paralelkenar oluşturduğu için denir). Artık tezgahlar sürekli çalışabiliyordu.

1776'da Watt'ın makinesi test edildi. Verimliliği Newcomen'in makinesinin iki katıydı. 1782 yılında Watt ilk evrensel çift etkili buhar motorunu yarattı. Buhar silindire dönüşümlü olarak pistonun bir tarafından, sonra diğer tarafından girdi. Dolayısıyla piston hem çalışma hem de geri dönüş strokunu daha önceki makinelerde olmayan şekilde buhar yardımıyla yapıyordu. Çift etkili bir buhar motorunda piston çubuğu çekme ve itme hareketi yaptığından, yalnızca çekişe tepki veren zincirlerden ve külbütör kollarından oluşan önceki tahrik sisteminin yeniden tasarlanması gerekiyordu. Watt, birleştirilmiş çubuklardan oluşan bir sistem geliştirdi ve piston çubuğunun ileri geri hareketini dönme hareketine dönüştürmek için gezegensel bir mekanizma kullandı; buhar basıncını ölçmek için ağır bir volan, bir santrifüj hız kontrol cihazı, bir disk valfı ve bir basınç göstergesi kullandı. Watt'ın patentini aldığı "döner buhar motoru" ilk olarak iplik ve dokuma fabrikalarında, daha sonra da diğer fabrikalarda yaygın olarak kullanıldı. endüstriyel Girişimcilik. Watt'ın motoru her makineye uygundu ve kendinden tahrikli mekanizmaların mucitleri bundan hemen faydalandı.

Watt'ın buhar makinesi gerçekten de yüzyılın icadıydı ve sanayi devriminin başlangıcına işaret ediyordu. Ancak mucit burada durmadı. Komşular, Watt'ın özel olarak seçilmiş ağırlıkları çekerek çayırda at yarışı yapmasını birçok kez şaşkınlıkla izlediler. Bir güç birimi bu şekilde ortaya çıktı - daha sonra evrensel olarak tanınan beygir gücü.

Ne yazık ki, mali zorluklar Watt'ı zaten yetişkinlikte jeodezik araştırmalar yapmaya, kanal inşaatı üzerinde çalışmaya, limanlar ve marinalar inşa etmeye ve sonunda kısa süre sonra tam bir mali çöküş yaşayan girişimci John Rebeck ile ekonomik açıdan köleleştirici bir ittifaka girmeye zorladı.