اختراع وتطوير المحرك البخاري

المحركات البخارية هي آليات تستخدم الحرارة لتوليد البخار ، والتي بدورها تؤدي عمليات ميكانيكية ، تُعرف عمومًا باسم عمل. بينما عمل العديد من المخترعين والمبتكرين على جوانب مختلفة من استخدام البخار للطاقة ، فإن التطور الرئيسي لمحركات البخار المبكرة يشمل ثلاثة مخترعين وثلاثة تصميمات رئيسية للمحرك.

حصل الإنجليزي على أول محرك بخاري تم استخدامه في العمل توماس سافري عام 1698 واستخدمت في ضخ المياه من مهاوي المنجم. تضمنت العملية الأساسية أسطوانة مملوءة بالماء. ثم تم تسليم البخار إلى الأسطوانة ، مما أدى إلى إزاحة الماء ، الذي يتدفق من خلال صمام أحادي الاتجاه. بمجرد إخراج كل الماء ، يتم رش الأسطوانة بالماء البارد لإسقاط درجة حرارة الأسطوانة وتكثيف البخار بداخلها. هذا خلق فراغ داخل الأسطوانة ، ثم سحب ماء إضافي لإعادة ملء الاسطوانة ، وإكمال دورة المضخة.

إنكليزي آخر ، توماس نيوكومين، تم تحسينه على مضخة Slavery بتصميم طوره حوالي عام 1712. تضمن محرك Newcomen مكبسًا داخل أسطوانة. تم توصيل الجزء العلوي من المكبس بطرف واحد من شعاع محوري. تم توصيل آلية المضخة بالطرف الآخر من الحزمة بحيث يتم سحب المياه كلما تم إمالة الحزمة على طرف المضخة. لدفع المضخة ، تم تسليم البخار إلى أسطوانة المكبس. في الوقت نفسه ، قام ثقل موازن بسحب الشعاع لأسفل على طرف المضخة ، مما جعل المكبس يرتفع إلى أعلى أسطوانة البخار. بمجرد أن تمتلئ الأسطوانة بالبخار ، يتم رش الماء البارد داخل الأسطوانة ، مما يكثف البخار بسرعة ويخلق فراغًا داخل الأسطوانة. هذا تسبب في انخفاض المكبس ، وتحريك الشعاع لأسفل على نهاية المكبس وأعلى على نهاية المضخة. ثم تتكرر الدورة تلقائيًا طالما تم تطبيق البخار على الأسطوانة.

أدى تصميم مكبس Newcomen بشكل فعال إلى فصل بين الماء الذي يتم ضخه والأسطوانة المستخدمة لخلق طاقة الضخ. هذا تحسن بشكل كبير على كفاءة التصميم الأصلي للرق. ومع ذلك ، لأن Savery's لديه براءة اختراع واسعة على مضخة البخار الخاصة به ، كان على Newcomen التعاون مع Savery لتسجيل براءة اختراع مضخة المكبس.

الاسكتلندي جيمس واط تحسين وتطوير المحرك البخاري بشكل ملحوظ خلال النصف الثاني من عام القرن ال 18، مما يجعلها قطعة قابلة للحياة حقا من الآلات التي ساعدت على بدء ثورة صناعية. كان أول ابتكار رئيسي لـ Watt's هو تضمين مكثف منفصل بحيث لا يلزم تبريد البخار في نفس الأسطوانة التي تحتوي على المكبس. وهذا يعني أن أسطوانة المكبس ظلت في درجة حرارة أكثر اتساقًا ، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة الوقود للمحرك. طور واط أيضًا محركًا يمكنه تدوير العمود ، بدلاً من إجراء الضخ لأعلى ولأسفل ، بالإضافة إلى حذافة تسمح بسلاسة نقل الطاقة بين المحرك وعبء العمل. مع هذه الابتكارات وغيرها ، أصبح المحرك البخاري قابلاً للتطبيق على مجموعة متنوعة من المصانع العمليات ، وقام وات وشريكه التجاري ، ماثيو بولتون ، ببناء عدة مئات من المحركات الاستخدام الصناعى.

شهد أوائل القرن التاسع عشر ابتكارًا كبيرًا للمحركات البخارية عالية الضغط ، والتي كانت أكثر كفاءة من تصميمات وات منخفضة الضغط وغيرها من رواد المحركات البخارية. أدى ذلك إلى تطوير محركات بخارية أصغر بكثير وأكثر قوة يمكن استخدامها لتشغيل القطارات والقوارب وأداء مجموعة أوسع من المهام الصناعية ، مثل تشغيل المناشير في المطاحن. اثنان من المبتكرين المهمين لهذه المحركات هما الأمريكي أوليفر إيفانز والإنجليزي ريتشارد تريفيتيك. بمرور الوقت ، تم استبدال المحركات البخارية بمحرك الاحتراق الداخلي لمعظم أنواع الحركة والصناعية لكن استخدام المولدات البخارية لتوليد الكهرباء يظل جزءًا مهمًا من إنتاج الطاقة الكهربائية اليوم.