המצאה ופיתוח של מנוע הקיטור

מנועי קיטור הם מנגנונים המשתמשים בחום ליצירת אדים, אשר בתורם מבצע תהליכים מכניים, הידועים בדרך כלל בשם עבודה. בעוד שממציאים וממציאים מחדשים עבדו על היבטים שונים של שימוש בקיטור לכוח, הפיתוח העיקרי של מנועי קיטור מוקדמים כולל שלושה ממציאים ושלושה עיצובים מנועיים עיקריים.

מנוע הקיטור הראשון ששימש לעבודה קיבל פטנט על ידי האנגלי תומאס סייברי בשנת 1698 ומשמש לשאיבת מים מפירים שלי. התהליך הבסיסי כלל גליל שמלא במים. לאחר מכן הועבר אדים לגליל, ועקרו את המים, שזרמו החוצה דרך שסתום חד כיווני. לאחר סילוק כל המים, הגליל רוסס במים צוננים כדי להוריד את הטמפרטורה של הצילינדר ולעבות את האדים בפנים. זה יצר ואקום בתוך הצילינדר, שאז הרים מים נוספים למילוי הצילינדר, והשלים את מעגל המשאבה.

אנגלי אחר, תומאס ניוקומן, השתפרה במשאבה של Slavery עם תכנון שפיתח סביב 1712. המנוע של ניוקומן כלל בוכנה בתוך גליל. חלקו העליון של הבוכנה היה מחובר לקצה האחד של קרן הציר. מנגנון משאבה היה מחובר לקצה השני של הקורה כך שמים נמשכים בכל פעם שהקרן נוטה למעלה בקצה המשאבה. כדי להניע את המשאבה הועבר אדים לגליל הבוכנה. במקביל, משקל נגד משך את הקורה כלפי מטה בקצה המשאבה, מה שגרם לבוכנה לעלות לראש גליל הקיטור. ברגע שהצילינדר היה מלא אדים, ריססו מים צוננים בתוך הצילינדר, מהווים עיבוי מהיר של האדים ויוצרים ואקום בתוך הצילינדר. זה גרם לבוכנה לצנוח, והעביר את הקורה למטה בקצה הבוכנה ומעלה בקצה המשאבה. לאחר מכן המחזור חוזר אוטומטית כל עוד הופעל אדים על הצילינדר.

תכנון הבוכנות של ניוקומן יצר באופן יעיל הפרדה בין המים שנשאבים החוצה לבין הצילינדר המשמש ליצירת כוח השאיבה. זה השתפר מאוד ביעילות העיצוב המקורי של Slavery. עם זאת, מכיוון שסיברי החזיק בפטנט רחב על משאבת הקיטור שלו, נוקומן נאלץ לשתף פעולה עם סייברי כדי לרשום פטנט על משאבת הבוכנה.

סקוטי ג'יימס וואט שיפר ופיתח משמעותית את מנוע הקיטור במחצית השנייה של ה- המאה ה 18, מה שהופך אותה למכונה באמת קיימא שעזרה להפעיל את מהפכה תעשייתית. החידוש העיקרי הראשון של וואט היה לכלול מעבה נפרד כך שלא יהיה צורך לקרר את הקיטור באותו צילינדר שהכיל את הבוכנה. פירוש הדבר כי צילינדר הבוכנה נשאר בטמפרטורה הרבה יותר עקבית, מה שהגדיל מאוד את יעילות הדלק של המנוע. וואט פיתח גם מנוע שיכול לסובב פיר, ולא פעולת שאיבה כלפי מעלה ומטה, כמו גם גלגל תנופה שאיפשר העברת כוח חלקה בין המנוע לעומס העבודה. עם חידושים אלה ואחרים הפך מנוע הקיטור ליישום במגוון מפעלים תהליכים, וואט ושותפו העסקי, מתיו בולון, בנו כמה מאות מנועים עבורם שימוש תעשייתי.

בראשית המאה ה -19 היה חידוש גדול במנועי קיטור בלחץ גבוה, שהיו יעילים בהרבה מתכנוני הלחץ הנמוך של ואט ושל חלוצי מנועי הקיטור האחרים. זה הוביל להתפתחותם של מנועי אדים קטנים וחזקים בהרבה, שיכולים לשמש להנעת רכבות וסירות ולביצוע מגוון רחב יותר של משימות תעשייתיות, כמו מסור מפעיל בטחנות. שני מחדשים חשובים של מנועים אלה היו אוליבר אוונס האמריקני והאנגלי ריצ'רד טרוויטיק. עם הזמן הוחלפו מנועי הקיטור במנוע הבעירה הפנימית עבור מרבית סוגי ההנעה והתעשייה עבודה, אך השימוש בגנרטורי אדים ליצירת חשמל נותר חלק חשוב בייצור חשמל היום.