Wie man eine Dampfmaschine baut. Die Entstehungsgeschichte der Dampfmaschine und ihre Anwendung Dampfmaschine

Industrie England brauchte viel Treibstoff, und der Wald wurde immer kleiner. In diesem Zusammenhang ist die Förderung von Kohle äußerst relevant geworden.
Das Hauptproblem des Bergbaus war Wasser, es überschwemmte die Minen schneller, als sie Zeit hatten, es abzupumpen, sie mussten die entwickelten Minen aufgeben und nach neuen suchen.
Aus diesen Gründen wurden dringend Mechanismen zum Pumpen von Wasser benötigt, also wurden die ersten Dampfmaschinen dazu.

Die nächste Stufe in der Entwicklung von Dampfmaschinen war die Schaffung (in 1690) Kolbendampfmaschine, die hergestellt nützliche Arbeit durch Erhitzen und Kondensieren von Dampf.

1647 in der französischen Stadt Blois geboren. An der Universität Angers studierte er Medizin und promovierte, wurde aber kein Arzt. Sein Schicksal war in vielerlei Hinsicht vorbestimmt durch eine Begegnung mit dem niederländischen Physiker H. Huygens, unter dessen Einfluss Papen begann, Physik und Mechanik zu studieren. 1688 veröffentlichte er eine Beschreibung (mit seinen konstruktiven Ergänzungen) eines Projekts eines Pulvermotors in Form eines Zylinders mit einem Kolben, das Huygens der Pariser Akademie der Wissenschaften vorlegte.
Papin schlug auch die Konstruktion einer Kreiselpumpe vor, entwarf einen Glasschmelzofen, einen Dampfwagen und ein U-Boot, erfand einen Schnellkochtopf und mehrere Maschinen zum Heben von Wasser.

Der erste Schnellkochtopf der Welt:

1685 musste Papin aus Frankreich (wegen der Hugenottenverfolgung) nach Deutschland fliehen und arbeitete dort weiter an seiner Maschine.
1704 goss er im Veckerhagener Werk den ersten Zylinder der Welt für Dampfmaschine und im selben Jahr baute er ein dampfbetriebenes Boot.

Denis Papins erste "Maschine" (1690)

Das Wasser im Zylinder verwandelte sich beim Erhitzen in Dampf und bewegte den Kolben nach oben, und beim Abkühlen (der Dampf kondensierte) wurde ein Vakuum erzeugt und atmosphärisch Druck drückt den Kolben nach unten.

Damit die Maschine funktioniert, war es notwendig, den Ventilschaft und den Stopfen zu manipulieren, die Flammenquelle zu bewegen und den Zylinder mit Wasser zu kühlen.

1705 entwickelte Papin eine zweite Dampfmaschine

Beim Öffnen des Hahns (D) strömte der Dampf aus dem Kessel (rechts) in den mittleren Tank und drückte mit Hilfe des Kolbens Wasser in den linken Tank. Danach wurde das Ventil (D) geschlossen, die Ventile (G) und (L) geöffnet, Wasser in den Trichter gegeben und der mittlere Behälter mit einer neuen Portion gefüllt, die Ventile (G) und (L) geschlossen geschlossen und der Zyklus wurde wiederholt. So war es möglich, das Wasser auf eine Höhe zu heben.

1707 kam Papin nach London, um ein Patent für seine Arbeit von 1690 anzumelden. Die Arbeiten wurden nicht anerkannt, da zu diesem Zeitpunkt bereits die Maschinen von Thomas Savery und Thomas Newcomen erschienen waren (siehe unten).

1712 starb Denis Papin mittellos und wurde in einem anonymen Grab bestattet.

Die ersten Dampfmaschinen waren sperrige stationäre Pumpen zum Pumpen von Wasser. Dies lag daran, dass Wasser aus Bergwerken und Kohlengruben abgepumpt werden musste. Je tiefer die Minen waren, desto schwieriger war es, das restliche Wasser aus ihnen abzupumpen, weshalb die nicht ausgearbeiteten Minen aufgegeben und an einen neuen Ort verlegt werden mussten.

1699, ein englischer Ingenieur, erhielt ein Patent für die Erfindung eines „Feuerwehrautos“, das Wasser aus Bergwerken pumpen soll.
Severis Maschine ist eine Dampfpumpe, kein Motor, sie hatte keinen Zylinder mit Kolben.

Das wichtigste Highlight in Severis Maschine war, dass Dampf erzeugt wurde separater Kessel.

Bezug

Thomas Savery-Auto

Wenn der Hahn 5 geöffnet wurde, wurde Dampf aus dem Kessel 2 dem Behälter 1 zugeführt, wodurch Wasser von dort durch das Rohr 6 ausgetrieben wurde. Gleichzeitig war das Ventil 10 geöffnet und das Ventil 11 geschlossen. Am Ende der Injektion wurde Ventil 5 geschlossen und Behälter 1 durch Ventil 9 mit kaltem Wasser versorgt. Der Dampf in Gefäß 1 kühlte ab, kondensierte und der Druck fiel ab, wodurch Wasser durch Rohr 12 hineingesaugt wurde. Ventil 11 öffnete und Ventil 10 schloss.

Severis Pumpe war zu schwach, verbrauchte viel Kraftstoff und arbeitete mit Unterbrechungen. Aus diesen Gründen war Severis Maschine nicht weit verbreitet und wurde durch "Kolbendampfmaschinen" ersetzt.

1705 Kombination der Ideen von Severi (ein freistehender Kessel) und Papin (Zylinder mit einem Kolben) gebaut Kolbendampfpumpe in den Minen zu arbeiten.
Versuche zur Verbesserung der Maschine dauerten etwa zehn Jahre, bis sie richtig zu arbeiten begann.

Über Thomas Newcomen

Geboren am 28. Februar 1663 in Dartmouth. Schmied von Beruf. 1705 baute er zusammen mit dem Kesselflicker J. Cowley eine Dampfpumpe. Diese für die damalige Zeit sehr effektive Dampf-Atmosphären-Maschine wurde zum Pumpen von Wasser in Bergwerken eingesetzt und fand im 18. Jahrhundert weite Verbreitung. Diese Technologie wird derzeit von Betonpumpen auf Baustellen eingesetzt.
Newcomen konnte kein Patent erhalten, da der Dampf-Wasser-Lift bereits 1699 von T. Severi patentiert wurde. Die Newcomen-Dampfmaschine war keine Universalmaschine und konnte nur als Pumpe arbeiten. Newcomens Versuche, die Hin- und Herbewegung eines Kolbens zu nutzen, um ein Schaufelrad auf Schiffen zu drehen, waren erfolglos.

Er starb am 7. August 1729 in London. Newcomens Name ist die „Society of British Historians of Technology“.

Das Auto von Thomas Newcomen

Zuerst hob der Dampf den Kolben an, dann wurde etwas kaltes Wasser in den Zylinder eingespritzt, der Dampf kondensierte (wodurch ein Vakuum im Zylinder entstand) und der Kolben fiel unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks.

Im Gegensatz zum "Papin-Zylinder" (bei dem der Zylinder als Kessel diente) war bei Newcomens Maschine der Zylinder vom Kessel getrennt. Dadurch konnte ein mehr oder weniger gleichmäßiges Arbeiten erzielt werden.
In den ersten Versionen der Maschine wurden die Ventile manuell gesteuert, aber später entwickelte Newcomen einen Mechanismus, der die entsprechenden Hähne automatisch zum richtigen Zeitpunkt öffnet und schließt.

Ein Foto

Über Zylinder

Die ersten Zylinder der Newcomen-Maschine bestanden aus Kupfer, die Rohre aus Blei und die Wippe aus Holz. Kleinteile wurden aus Temperguss hergestellt. Die späteren Maschinen von Newcomen, nach etwa 1718, hatten einen gusseisernen Zylinder.
Die Zylinder wurden in der Gießerei von Abraham Derby in Colbrookdale hergestellt. Darby verbesserte die Gießtechnik, wodurch es möglich wurde, genügend Zylinder zu erhalten gute Qualität. Um eine mehr oder weniger regelmäßige und glatte Oberfläche der Zylinderwände zu erhalten, wurde eine Maschine verwendet, um die Mündung von Geschützen zu bohren.

Irgendwie so:

Mit einigen Modifikationen blieben die Maschinen von Newcomen 50 Jahre lang die einzigen Maschinen, die für den industriellen Einsatz geeignet waren.

1720 beschrieb eine Zweizylinder-Dampfmaschine. Die Erfindung wurde in seinem Hauptwerk „Theatri Machinarum Hydraulicarum“ veröffentlicht. Dieses Manuskript war die erste systematische Analyse des Maschinenbaus.

Maschine vorgeschlagen von Jacob Leopold

Es wurde angenommen, dass die Kolben aus Blei durch Dampfdruck angehoben und durch ihr Eigengewicht abgesenkt würden. Kurios ist die Idee eines Krans (zwischen den Zylindern), mit dessen Hilfe Dampf in einen Zylinder eingelassen und gleichzeitig aus dem anderen abgelassen wird.
Jacob hat dieses Auto nicht gebaut, er hat es nur entworfen.

1766 Der russische Erfinder, der als Mechaniker in den Bergbau- und Hüttenwerken des Altai arbeitete, schuf die erste in Russland und die erste Zweizylinder-Dampfmaschine der Welt.
Polzunov rüstete Newcomens Maschine auf (um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, verwendete er zwei Zylinder anstelle von einem) und schlug vor, sie zu verwenden, um die Bälge von Schmelzöfen in Bewegung zu setzen.

traurige Hilfe

In Russland wurden zu dieser Zeit praktisch keine Dampfmaschinen eingesetzt, und Polzunov erhielt alle Informationen aus dem Buch „Eine detaillierte Anleitung zum Bergbau“ (1760) von I. A. Schlatter, in dem die Newcomen-Dampfmaschine beschrieben wurde.

Das Projekt wurde Kaiserin Katharina II. gemeldet. Sie genehmigte ihn, ordnete an, dass I. I. Polzunov zum „Mechaniker mit dem Rang und Rang eines Ingenieurkapitänsleutnants“ befördert und mit 400 Rubel belohnt wurde ...
Polzunov schlug vor, zunächst eine kleine Maschine zu bauen, auf der alle unvermeidlichen Mängel der neuen Erfindung erkannt und beseitigt werden könnten. Die Fabrikbehörden waren damit nicht einverstanden und beschlossen, sofort eine riesige Maschine zu bauen. Im April 1764 begann Polzunov mit dem Bau.
Im Frühjahr 1766 war der Bau größtenteils abgeschlossen und es wurden Tests durchgeführt.
Aber am 27. Mai starb Polzunov an Schwindsucht.
Allein seine Schüler Levzin und Chernitsyn begannen mit den letzten Tests der Dampfmaschine. In der „Tagesnotiz“ vom 4. Juli wurde „ordnungsgemäßer Maschinenbetrieb“ vermerkt und am 7. August 1766 die gesamte Anlage, Dampfmaschine und kräftiges Gebläse, in Betrieb genommen. In nur drei Monaten Arbeit rechtfertigte Polzunovs Maschine nicht nur alle Baukosten in Höhe von 7233 Rubel 55 Kopeken, sondern erzielte auch einen Nettogewinn von 12640 Rubel 28 Kopeken. Am 10. November 1766 stand die Maschine jedoch, nachdem der Kessel an der Maschine ausgebrannt war, 15 Jahre, 5 Monate und 10 Tage still. 1782 wurde der Wagen demontiert.

(Enzyklopädie Altai-Territorium. Barnaul. 1996. V. 2. S. 281-282; Barnaul. Chronik der Stadt. Barnaul. 1994. Teil 1. S. 30).

Polzunovs Auto

Das Funktionsprinzip ähnelt dem der Newcomen-Maschine.
Wasser wurde in einen der mit Dampf gefüllten Zylinder eingespritzt, der Dampf kondensierte und im Zylinder wurde ein Vakuum erzeugt, unter der Wirkung des atmosphärischen Drucks ging der Kolben nach unten, im selben Moment trat Dampf in den anderen Zylinder ein und stieg auf.

Die Wasser- und Dampfversorgung der Zylinder erfolgte vollautomatisch.

Modell der Dampfmaschine I.I. Polzunov, hergestellt nach den Originalzeichnungen in den 1820er Jahren.
Regionalmuseum von Barnaul.

1765 an James Watt arbeitete als Mechaniker an der Universität Glasgow und wurde beauftragt, ein Modell von Newcomens Maschine zu reparieren. Es ist nicht bekannt, wer es gemacht hat, aber sie war mehrere Jahre an der Universität.
Professor John Anderson schlug vor, dass Watt prüfen sollte, ob etwas gegen dieses merkwürdige, aber launische Gerät getan werden könnte.
Watt reparierte nicht nur, sondern verbesserte das Auto auch. Er fügte einen separaten Behälter zum Kühlen des Dampfes hinzu und nannte ihn einen Kondensator.

Newcomen Dampfmaschinenmodell

Das Modell war mit einem Zylinder (Durchmesser 5 cm) mit einem Arbeitshub von 15 cm ausgestattet. Watt führte eine Reihe von Experimenten durch, insbesondere ersetzte er den Metallzylinder durch einen Holzzylinder, der mit Leinöl geschmiert und in einem Ofen getrocknet wurde. reduzierte die in einem Zyklus angehobene Wassermenge und das Modell funktionierte.
Während der Experimente wurde Watt von der Ineffizienz der Maschine überzeugt.
Bei jedem neuen Zyklus wurde ein Teil der Dampfenergie zum Erhitzen des Zylinders aufgewendet, der gekühlt wurde, nachdem Wasser zum Kühlen des Dampfes eingespritzt wurde.
Nach einer Reihe von Experimenten kam Watt zu dem Schluss:
„... Um eine perfekte Dampfmaschine zu bauen, ist es notwendig, dass der Zylinder immer heiß ist, ebenso wie der Dampf, der in ihn eintritt; Andererseits musste die Kondensation von Dampf zur Bildung eines Vakuums bei einer Temperatur von nicht mehr als 30 Grad Réaumur (38 Grad Celsius) erfolgen ...

Modell der Newcomen-Maschine, mit der Watt experimentiert hat

Wie alles begann...

Watt interessierte sich erstmals 1759 für Dampf, ermöglicht wurde dies durch seinen Freund Robison, der damals mit der Idee herumlief, „die Kraft einer Dampfmaschine zu nutzen, um die Wagen in Bewegung zu setzen“.
Im selben Jahr ging Robison zum Kampf nach Nordamerika, und Watt war ohne ihn überwältigt.
Zwei Jahre später kehrte Watt zur Idee der Dampfmaschinen zurück.

„Ungefähr 1761-1762“, schreibt Watt, „machte ich einige Experimente über die Dampfkraft in einem Papen-Kessel und baute so etwas wie eine Dampfmaschine, an der eine Spritze mit einem Durchmesser von etwa 1/8 Zoll und einem starken Kolben befestigt war , ausgestattet mit einem Einlassventil Dampf aus dem Kessel, sowie um ihn aus der Spritze in die Luft abzugeben. Als der Hahn vom Kessel zum Zylinder geöffnet wurde, hob der in den Zylinder eintretende und auf den Kolben einwirkende Dampf eine erhebliche Last (15 Pfund), mit der der Kolben belastet war. Als die Last auf die gewünschte Höhe angehoben wurde, wurde die Verbindung mit dem Kessel geschlossen und ein Ventil geöffnet, um Dampf in die Atmosphäre abzulassen. Der Dampf kam heraus und das Gewicht sank. Dieser Vorgang wurde mehrmals wiederholt, und obwohl bei diesem Gerät der Wasserhahn von Hand gedreht wurde, war es jedoch nicht schwierig, ein Gerät zum automatischen Drehen zu entwickeln.

A - Zylinder; B - Kolben; C - eine Stange mit einem Haken zum Aufhängen einer Last; D - äußerer Zylinder (Gehäuse); E und G - Dampfeinlässe; F - Rohr, das den Zylinder mit dem Kondensator verbindet; K - Kondensator; P - Pumpe; R - Panzer; V - Ventil für den Auslass von durch Dampf verdrängter Luft; K, P, R - mit Wasser gefüllt. Dampf tritt durch G in den Raum zwischen A und D und durch E in den Zylinder A ein. Bei einem leichten Anheben des Kolbens im Pumpenzylinder P (Kolben in der Abbildung nicht dargestellt) sinkt der Wasserspiegel in K und Dampf aus A tritt aus in K und fällt dann aus. In A entsteht ein Vakuum, und der zwischen A und D befindliche Dampf drückt auf den Kolben B und hebt ihn samt der daran hängenden Last an.

Die Grundidee, die Watts Maschine von Newcomens Maschine unterschied, war die isolierte Kondensationskammer (Kühlung des Dampfes).

Visuelles Bild:

Bei Watts Maschine war der Kondensator „C“ vom Arbeitszylinder „P“ getrennt, er musste nicht ständig geheizt und gekühlt werden, wodurch der Wirkungsgrad leicht gesteigert werden konnte.

In den Jahren 1769-1770 wurde in der Mine des Bergmanns John Roebuck (Roebuck interessierte sich für Dampfmaschinen und finanzierte Watt einige Zeit) ein großes Modell von Watts Maschine gebaut, für das er 1769 sein erstes Patent erhielt.

Das Wesen des Patents

Watt definierte seine Erfindung als "eine neue Methode zur Reduzierung des Dampfverbrauchs und damit des Kraftstoffverbrauchs in Feuerwehrfahrzeugen".
Das Patent (Nr. 013) skizzierte eine Reihe neuer technischer. Positionen, die Watt in seiner Engine verwendet:
1) Aufrechterhaltung der Temperatur der Zylinderwände gleich der Temperatur des eintretenden Dampfes aufgrund von Wärmeisolierung, Dampfmantel
und fehlender Kontakt mit kalten Körpern.
2) Kondensation von Dampf in einem separaten Behälter - einem Kondensator, dessen Temperatur auf Umgebungsniveau gehalten werden musste.
3) Entfernung von Luft und anderen nicht kondensierbaren Stoffen aus dem Kondensator mittels Pumpen.
4) Anwendung von übermäßigem Dampfdruck; bei Wassermangel zur Dampfkondensation nur Einsatz von Überdruck mit Abführung in die Atmosphäre.
5) Die Verwendung von "rotierenden" Maschinen mit einem in einer Richtung rotierenden Kolben.
6) Betrieb mit Teilkondensation (d. h. mit reduziertem Vakuum). Derselbe Absatz des Patents beschreibt die Konstruktion der Kolbendichtung und einzelner Teile. Bei den damals verwendeten Dampfdrücken von 1 atm bedeutete die Einführung eines separaten Kondensators und das Abpumpen von Luft daraus eine reale Möglichkeit, den Dampf- und Kraftstoffverbrauch um mehr als die Hälfte zu reduzieren.

Nach einiger Zeit ging Roebuck bankrott und der englische Industrielle Matthew Bolton wurde Watts neuer Partner.
Nach der Abwicklung von Watts Vertrag mit Roebuck wurde das gebaute Auto demontiert und zum Bolton-Werk in Soho geschickt. Watt testete darauf lange Zeit fast alle seine Verbesserungen und Erfindungen.

Über Matthew Bolton

Wenn Roebuck in Watts Maschine primär eine verbesserte Pumpe sah, die seine Bergwerke vor Überschwemmungen retten sollte, so sah Bolton in Watts Erfindungen einen neuartigen Motor, der das Wasserrad ersetzen sollte.
Bolton selbst versuchte, Verbesserungen an Newcomens Auto vorzunehmen, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Er schuf ein Modell, das zahlreiche Freunde und Gönner der Londoner High Society begeisterte. Bolton korrespondierte mit dem amerikanischen Wissenschaftler und Diplomaten Benjamin Franklin darüber, wie man am besten Kühlwasser in den Zylinder spritzt, etwa bestes System Ventile. Franklin konnte in diesem Bereich nichts Vernünftiges raten, machte aber auf einen anderen Weg aufmerksam, um Kraftstoff zu sparen, ihn besser zu verbrennen und Rauch zu beseitigen.
Bolton träumte von nichts Geringerem als einem weltweiten Monopol auf die Produktion von Neuwagen. „Meine Idee war“, schrieb Bolton an Watt, „neben meiner Fabrik ein Unternehmen einzurichten, in dem ich alle technischen Mittel, die zum Bau von Maschinen erforderlich sind, konzentrieren würde und von wo aus wir die ganze Welt mit Maschinen aller Art beliefern würden Größe."

Bolton war sich der Voraussetzungen dafür klar bewusst. Neues Auto kann nicht in der alten handwerklichen Weise gebaut werden. „Ich bin davon ausgegangen“, schrieb er an Watt, „dass Ihre Maschine Geld, sehr genaue Arbeit und umfangreiche Verbindungen benötigt, um sie möglichst profitabel in Umlauf zu bringen. Der beste Weg seinen Ruf zu wahren und der Erfindung gerecht zu werden, bedeutet, seine Produktion aus den Händen vieler Techniker zu nehmen, die aufgrund ihrer Unkenntnis, mangelnden Erfahrung und technischen Mittel anfangen würden, schlechte Arbeit zu leisten, und dies würde auch den Ruf von beeinträchtigen die Erfindung.
Um dies zu vermeiden, schlug er vor, ein spezielles Werk zu bauen, wo "wir mit Ihrer Hilfe eine bestimmte Anzahl hervorragender Arbeiter anwerben und ausbilden könnten, die, ausgestattet mit das beste Werkzeug, hätte diese Erfindung zwanzig Prozent billiger machen können, und zwar mit einem ebenso großen Unterschied in der Verarbeitung, wie er zwischen der Arbeit eines Schmieds und der eines Meisters mathematischer Instrumente besteht.
Ein Kader hochqualifizierter Arbeitskräfte, neue technische Ausstattung – das war nötig, um eine Maschine im großen Stil zu bauen. Bolton dachte bereits in Begriffen und Konzepten des fortgeschrittenen Kapitalismus des 19. Jahrhunderts. Aber im Moment war es noch ein Traum. Nicht Bolton und Watt, sondern ihre Söhne organisierten dreißig Jahre später die Massenproduktion von Maschinen - die erste Maschinenbaufabrik.

Bolton und Watt besprechen die Produktion von Dampfmaschinen im Werk Soho

Die nächste Stufe in der Entwicklung von Dampfmaschinen war die Abdichtung des oberen Teils des Zylinders und die Dampfzufuhr nicht nur zum unteren, sondern auch zum oberen Teil des Zylinders.

Also Watt und Bolton, wurde gebaut doppeltwirkende Dampfmaschine.

Nun wurde beiden Hohlräumen des Zylinders abwechselnd Dampf zugeführt. Die Zylinderwände wurden thermisch von der äußeren Umgebung isoliert.

Obwohl die Watt-Maschine effizienter wurde als die Newcomen-Maschine, war die Effizienz immer noch extrem niedrig (1-2%).

Wie Watt und Bolton ihre Autos bauten und PR machten

Von Herstellbarkeit und Produktionskultur war im 18. Jahrhundert keine Rede. Watts Briefe an Bolton sind voll von Beschwerden über Trunkenheit, Diebstahl und Faulheit der Arbeiter. „Wir können sehr wenig auf unsere Arbeiter in Soho zählen“, schrieb er an Bolton. - James Taylor begann stärker zu trinken. Er ist stur, eigensinnig und unglücklich. Die Maschine, an der Cartwright gearbeitet hat, ist eine kontinuierliche Reihe von Fehlern und Fehlern. Smith und die anderen sind ignorant und müssen täglich überwacht werden, um sicherzustellen, dass nichts Schlimmeres daraus wird."
Er forderte striktes Handeln von Bolton und war generell geneigt, die Autoproduktion in Soho einzustellen. „Allen Faulen muss gesagt werden“, schrieb er, „dass sie, wenn sie so unaufmerksam sind wie bisher, aus der Fabrik vertrieben werden. Der Bau einer Maschine in Soho geht uns teuer zu stehen, und wenn die Produktion nicht verbessert werden kann, muss sie komplett eingestellt und die Arbeit zur Seite verteilt werden.

Die Herstellung von Teilen für Maschinen erforderte eine geeignete Ausrüstung. Daher wurden verschiedene Maschinenkomponenten in verschiedenen Fabriken hergestellt.
So wurden im Werk Wilkinson Zylinder gegossen und gebohrt, Zylinderköpfe, ein Kolben, eine Luftpumpe und ein Kondensator wurden dort ebenfalls hergestellt. Das gusseiserne Gehäuse für den Zylinder wurde in einer der Gießereien in Birmingham gegossen, Kupferrohre wurden aus London gebracht und Kleinteile am Standort der Maschine hergestellt. Alle diese Teile wurden von Bolton und Watt auf Kosten des Kunden – des Eigentümers der Mine oder Mühle – bestellt.
Nach und nach wurden einzelne Teile an den Ort gebracht und unter der persönlichen Aufsicht von Watt zusammengebaut. Später hat er zusammengestellt detaillierte Anleitung für Maschinenmontage. Der Kessel wurde normalerweise vor Ort von lokalen Schmieden genietet.

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme einer Entwässerungsmaschine in einer der Minen in Cornwall (die als die schwierigste Mine gilt) erhielten Bolton und Watt viele Aufträge. Die Besitzer der Minen sahen, dass Watts Maschine erfolgreich war, wo Newcomens Maschine machtlos war. Und sie fingen sofort an, Watt-Pumpen zu bestellen.
Watt wurde mit Arbeit überschwemmt. Er saß wochenlang an seinen Zeichnungen, ging an die Installation von Maschinen – nirgendwo ging es ohne seine Hilfe und Aufsicht. Er war allein und musste überall mithalten.

Damit die Dampfmaschine andere Mechanismen antreiben konnte, war es notwendig, hin- und hergehende Bewegungen in Drehbewegungen umzuwandeln und für eine gleichmäßige Bewegung das Rad als Schwungrad anzupassen.

Zunächst mussten Kolben und Balancer fest verbunden werden (bisher wurde eine Kette oder ein Seil verwendet).
Watt beabsichtigte, die Übertragung vom Kolben zum Balancer mit einem Zahnradband durchzuführen und einen Zahnradsektor auf dem Balancer zu platzieren.

Gezahnter Sektor

Dieses System erwies sich als unzuverlässig und Watt musste es aufgeben.

Die Übertragung des Drehmoments sollte über einen Kurbelmechanismus erfolgen.

Kurbelmechanismus

Aber die Kurbel musste aufgegeben werden, da dieses System bereits (1780) von James Pickard patentiert worden war. Picard bot Watt eine Kreuzlizenzierung an, aber Watt lehnte das Angebot ab und verwendete ein Planetengetriebe in seinem Auto. (es gibt Unklarheiten über Patente, die Sie am Ende des Artikels lesen können)

Planetengetriebe

Watt-Motor (1788)

Bei der Entwicklung einer Maschine mit kontinuierlicher Rotationsbewegung musste Watt eine Reihe nicht trivialer Probleme lösen (Dampfverteilung über zwei Zylinderhohlräume, automatische Geschwindigkeitsregelung und geradlinige Bewegung der Kolbenstange).

Watts Parallelogramm

Der Watt-Mechanismus wurde erfunden, um dem Schub des Kolbens eine geradlinige Bewegung zu verleihen.

Dampfmaschine nach dem Patent von James Watt 1848 in Freiberg in Deutschland gebaut.

Fliehkraftregler

Das Funktionsprinzip des Fliehkraftreglers ist einfach: Je schneller sich die Welle dreht, desto höher divergieren die Lasten unter Einwirkung der Fliehkraft und desto mehr wird die Dampfleitung blockiert. Gewichte werden abgesenkt - die Dampfleitung wird geöffnet.
Ein ähnliches System ist in der Mühlenbranche seit langem bekannt, um den Abstand zwischen den Mahlsteinen einzustellen.
Watt passte den Regler für die Dampfmaschine an.

Dampfverteilungsvorrichtung

Kolbenventilsystem

Die Zeichnung wurde 1783 von einem Assistenten Watts angefertigt (Briefe dienen der Klärung). B und B - Kolben, die durch Rohr C miteinander verbunden sind und sich in Rohr D bewegen, das mit dem Kondensator H und den Rohren E und F mit Zylinder A verbunden ist; G - Dampfleitung; K - ein Stab, der dazu dient, Sprengstoffe zu bewegen.
In der in der Zeichnung gezeigten Position der Kolben BB ist der Raum des Rohrs D zwischen den Kolben B und B sowie der untere Teil des Zylinders A unter dem Kolben (in der Figur nicht gezeigt), benachbart zu F, sind mit Dampf gefüllt, während sie im oberen Teil des Zylinders A über dem Kolben durch E und durch C mit einem Kondensator H in Verbindung stehen - ein Verdünnungszustand; Wenn der Sprengstoff über F und E angehoben wird, kommuniziert der untere Teil von A bis F mit H und der obere Teil über E und D kommuniziert mit der Dampfleitung.

auffällige Zeichnung

Bis 1800 Watt wurden jedoch weiterhin Tellerventile (Metallscheiben, die über den entsprechenden Fenstern angehoben oder abgesenkt und von einem komplexen Hebelsystem angetrieben werden) verwendet, da die Herstellung eines Systems von "Kolbenventilen" eine hohe Präzision erforderte.

Die Entwicklung des Dampfverteilungsmechanismus wurde hauptsächlich von Watts Assistent William Murdoch durchgeführt.

Murdoch, verbesserte den Dampfverteilungsmechanismus weiter und patentierte 1799 die D-förmige Spule (Kastenspule).

Abhängig von der Position der Spule kommunizieren die Fenster (4) und (5) mit einem geschlossenen Raum (6), der die Spule umgibt und mit Dampf gefüllt ist, oder mit dem Hohlraum 7, der mit der Atmosphäre oder dem Kondensator verbunden ist.

Nach all den Verbesserungen wurde folgende Maschine gebaut:

Dampf mit Hilfe eines Dampfverteilers wurde abwechselnd verschiedenen Hohlräumen des Zylinders zugeführt, und der Fliehkraftregler steuerte das Dampfzufuhrventil (wenn die Maschine zu stark beschleunigte, wurde das Ventil geschlossen und umgekehrt geöffnet, wenn es zu stark verlangsamte) .

visuelles Video

Diese Maschine könnte bereits nicht nur als Pumpe arbeiten, sondern auch andere Mechanismen betätigen.

1784 Watt erhielt ein Patent für universelle Dampfmaschine(Patent Nr. 1432).

Über die Mühle

1986 bauten Bolton und Watt in London eine Mühle (die „Albion Mill“), die von einer Dampfmaschine angetrieben wurde. Als die Mühle in Betrieb genommen wurde, begann eine regelrechte Wallfahrt. Die Londoner waren sehr an technischen Verbesserungen interessiert.

Watt, der sich mit Marketing nicht auskennt, ärgerte sich darüber, dass Zuschauer seine Arbeit störten, und forderte, Außenstehenden den Zugang zu verweigern. Bolton hingegen war der Meinung, dass möglichst viele Menschen von dem Auto erfahren sollten und lehnte daher Watts Bitten ab.
Im Allgemeinen erlebten Bolton und Watt keinen Mangel an Kunden. 1791 brannte die Mühle ab (oder wurde angezündet, weil die Müller Konkurrenz fürchteten).

In den späten Achtzigern hört Watt auf, sein Auto zu verbessern. In Briefen an Bolton schreibt er:
„Es ist sehr gut möglich, dass außer einigen Verbesserungen im Mechanismus der Maschine nichts Besseres als das, was wir bereits produziert haben, von der Natur nicht zugelassen wird, die für die meisten Dinge ihr nec plus ultra (lat. „nirgendwo anders“) bestimmt hat. .“
Und später behauptete Watt, dass er an der Dampfmaschine nichts Neues entdecken könne, und wenn er sich damit befasse, dann nur die Verbesserung von Details und die Überprüfung seiner bisherigen Schlussfolgerungen und Beobachtungen.

Liste der russischen Literatur

Kamensky A.V. James Watt, sein Leben und seine wissenschaftlichen und praktischen Aktivitäten. Sankt Petersburg, 1891
Weisenberg L.M. James Watt, Erfinder der Dampfmaschine. M.-L., 1930
Lesnikov MP James Watt. M, 1935
Konföderierte I.Ya. James Watt ist der Erfinder der Dampfmaschine. M., 1969

Somit können wir davon ausgehen, dass die erste Stufe in der Entwicklung von Dampfmaschinen abgeschlossen ist.

Zitat von TSB

Der Universalmotor von Watt war aufgrund seiner Effizienz weit verbreitet und spielte eine große Rolle beim Übergang zur kapitalistischen Maschinenproduktion. „Das große Genie Watts“, schrieb K. Marx, „befindet sich darin, dass das von ihm im April 1784 erteilte Patent, das die Dampfmaschine beschreibt, sie nicht nur als Erfindung für spezielle Zwecke, sondern als Universalmaschine der Dampfmaschine darstellt Großindustrie“ (Marx, K. Capital, Bd. 1, 1955, S. 383-384).

Die Fabrik von Watt and Bolton wurde um 1800 von St. 250 Dampfmaschinen, und 1826 gab es in England bis zu 1.500 Maschinen mit einer Gesamtleistung von ca. 80000 PS Mit seltenen Ausnahmen waren dies Watt-Maschinen. Ab 1784 beschäftigte sich Watt hauptsächlich mit der Verbesserung der Produktion und zog sich nach 1800 vollständig zurück.

Eine Dampfmaschine ist eine Wärmekraftmaschine, bei der die potenzielle Energie des expandierenden Dampfes in mechanische Energie umgewandelt wird, die dem Verbraucher zugeführt wird.

Wir werden uns mit dem Funktionsprinzip der Maschine anhand des vereinfachten Diagramms von Abb. 1.

Im Inneren des Zylinders 2 befindet sich ein Kolben 10, der sich unter Dampfdruck hin und her bewegen kann; Der Zylinder hat vier Kanäle, die geöffnet und geschlossen werden können. Zwei obere Dampfkanäle1 und3 sind durch eine Rohrleitung mit dem Dampfkessel verbunden, durch die frischer Dampf in den Zylinder gelangen kann. Durch die beiden unteren Kappen 9 und 11 wird das bereits fertig gestellte Paar vom Zylinder gelöst.

Das Diagramm zeigt den Moment, in dem die Kanäle 1 und 9 geöffnet sind, die Kanäle 3 und11 abgeschlossen. Daher frischer Dampf aus dem Kessel durch den Kanal1 tritt in den linken Hohlraum des Zylinders ein und bewegt mit seinem Druck den Kolben nach rechts; Zu diesem Zeitpunkt wird der Abgasdampf aus dem rechten Hohlraum des Zylinders durch Kanal 9 entfernt. Mit der extrem rechten Position des Kolbens werden die Kanäle1 und9 geschlossen sind und 3 für den Frischdampfeintritt und 11 für den Abdampfabzug geöffnet sind, wodurch sich der Kolben nach links bewegt. An der äußersten linken Position des Kolbens öffnen sich Kanäle1 und 9 und die Kanäle 3 und 11 werden geschlossen und der Vorgang wiederholt sich. Somit wird eine geradlinige Hin- und Herbewegung des Kolbens erzeugt.

Um diese Bewegung in eine Rotation umzuwandeln, werden die sog Kurbelmechanismus. Es besteht aus einer Kolbenstange 4, die an einem Ende mit dem Kolben verbunden ist, und am anderen schwenkbar mittels eines Schiebers (Kreuzkopf) 5, der zwischen den Parallelen der Führung gleitet, mit einer Verbindungsstange 6, die die Bewegung auf überträgt die Hauptwelle 7 durch ihr Knie oder ihre Kurbel 8.

Das Drehmoment an der Hauptwelle ist nicht konstant. In der Tat, die StärkeR , entlang des Stiels gerichtet (Abb. 2), kann in zwei Komponenten zerlegt werden:Zu entlang der Pleuelstange gerichtet undN , senkrecht zur Ebene der Führungsparallelen. Die Kraft N hat keinen Einfluss auf die Bewegung, sondern drückt den Schieber nur gegen die Führungsparallel. GewaltZu wird entlang der Pleuelstange übertragen und wirkt auf die Kurbel. Hier lässt sie sich wieder in zwei Komponenten zerlegen: die KraftZ , entlang dem Radius der Kurbel gerichtet und drückt die Welle gegen die Lager, und die KraftT senkrecht zur Kurbel und bewirkt, dass sich die Welle dreht. Die Größe der Kraft T wird aus der Betrachtung des Dreiecks AKZ ermittelt. Da der Winkel ZAK = ? + ?, dann

T = K Sünde (? + ?).

Aber aus dem OCD-Dreieck die Stärke

K= P/ cos ?

so

T= Psin ( ? + ?) / cos ? ,

Während des Betriebs der Maschine für eine Umdrehung der Welle werden die Winkel? und? und StärkeR ändern sich ständig und daher die Größe der Torsions-(Tangential-)KraftT auch variabel. Um eine gleichmäßige Drehung der Hauptwelle während einer Umdrehung zu erzeugen, ist darauf ein schweres Schwungrad montiert, aufgrund dessen Trägheit eine konstante Winkeldrehzahl der Welle aufrechterhalten wird. In diesen Momenten, wenn die MachtT ansteigt, kann sie die Rotationsgeschwindigkeit der Welle nicht sofort erhöhen, bis das Schwungrad beschleunigt, was nicht sofort geschieht, da das Schwungrad eine große Masse hat. In jenen Momenten, in denen die Arbeit durch die Drehkraft erzeugt wirdT , die Arbeit der vom Verbraucher erzeugten Widerstandskräfte wird geringer, das Schwungrad kann wiederum aufgrund seiner Trägheit seine Geschwindigkeit nicht sofort verringern und hilft dem Kolben, die während seiner Beschleunigung aufgenommene Energie abzugeben, um die Last zu überwinden.

An den Extrempositionen der Kolbenwinkel? +? = 0, also sin (? + ?) = 0 und daher T = 0. Da es in diesen Positionen keine Rotationskraft gibt, müsste der Schlaf anhalten, wenn die Maschine kein Schwungrad hätte. Diese Extremstellungen des Kolbens werden Totstellungen oder Totpunkte genannt. Die Kurbel geht aufgrund der Trägheit des Schwungrads auch durch sie hindurch.

In Totstellungen wird der Kolben nicht mit den Zylinderdeckeln in Kontakt gebracht, es verbleibt ein sogenannter Schadraum zwischen Kolben und Deckel. Das Volumen des schädlichen Raums umfasst auch das Volumen der Dampfkanäle von den Dampfverteilungsorganen zum Zylinder.

SchlaganfallS bezeichnet den Weg, den der Kolben zurücklegt, wenn er sich von einer Extremposition in eine andere bewegt. Wenn der Abstand von der Mitte der Hauptwelle zur Mitte des Kurbelzapfens – der Radius der Kurbel – mit R bezeichnet wird, dann ist S = 2R.

Hubraum des Zylinders V h das vom Kolben beschriebene Volumen genannt.

Typischerweise sind Dampfmaschinen doppelt (doppelseitig) wirkend (siehe Abb. 1). Manchmal werden einfach wirkende Maschinen verwendet, bei denen Dampf nur von der Seite des Deckels Druck auf den Kolben ausübt; die andere Seite des Zylinders in solchen Maschinen bleibt offen.

Abhängig vom Druck, mit dem der Dampf den Zylinder verlässt, werden die Maschinen unterteilt in Abgas, wenn der Dampf in die Atmosphäre entweicht, Kondensieren, wenn der Dampf in den Kondensator (ein Kühlschrank, in dem ein Unterdruck aufrechterhalten wird) eintritt, und Wärmeentzug, in dem der in der Maschine abgeführte Dampf für irgendeinen Zweck verwendet wird (Erhitzen, Trocknen usw.)

Dampfmaschinen wurden installiert und trieben die meisten Dampflokomotiven vom frühen 19. Jahrhundert bis in die 1950er Jahre an. Ich möchte darauf hinweisen, dass das Funktionsprinzip dieser Motoren trotz der Änderung ihrer Konstruktion und Abmessungen immer unverändert geblieben ist.

Eine animierte Illustration zeigt, wie eine Dampfmaschine funktioniert.

Um den dem Motor zugeführten Dampf zu erzeugen, wurden Kessel verwendet, die sowohl mit Holz und Kohle als auch mit flüssigen Brennstoffen betrieben wurden.

Erste Maßnahme

Der Dampf aus dem Kessel tritt in die Dampfkammer ein, von wo aus er durch das Dampfventilventil (blau gekennzeichnet) in den oberen (vorderen) Teil des Zylinders eintritt. Der durch den Dampf erzeugte Druck drückt den Kolben auf den unteren Totpunkt. Während der Bewegung des Kolbens von OT nach UT macht das Rad eine halbe Umdrehung.

Freigeben

Ganz am Ende des Hubs des Kolbens zum unteren Totpunkt wird das Dampfventil verschoben, wodurch der restliche Dampf durch die unter dem Ventil befindliche Auslassöffnung freigesetzt wird. Der restliche Dampf bricht aus und erzeugt das für Dampfmaschinen charakteristische Geräusch.

Zweite Maßnahme

Gleichzeitig wird durch Verschieben des Ventils zum Ablassen des restlichen Dampfes der Dampfeintritt in den unteren (hinteren) Teil des Zylinders geöffnet. Der durch den Dampf im Zylinder erzeugte Druck bewirkt, dass sich der Kolben zum oberen Totpunkt bewegt. Zu diesem Zeitpunkt macht das Rad eine weitere halbe Drehung.

Freigeben

Am Ende der Kolbenbewegung zum OT wird der restliche Dampf durch die gleiche Auslassöffnung abgelassen.

Der Zyklus wird erneut wiederholt.

Die Dampfmaschine hat einen sog. Totpunkt am Ende jedes Hubs, wenn das Ventil vom Expansions- zum Auslasshub wechselt. Aus diesem Grund hat jede Dampfmaschine zwei Zylinder, wodurch der Motor aus jeder Position gestartet werden kann.

Der Prozess der Erfindung einer Dampfmaschine erstreckte sich, wie so oft in der Technik, über fast ein Jahrhundert, daher ist die Wahl des Datums für dieses Ereignis eher willkürlich. Niemand bestreitet jedoch, dass der Durchbruch, der zur technologischen Revolution führte, von dem Schotten James Watt vollbracht wurde.

Seit der Antike dachten die Menschen daran, Dampf als Arbeitsmedium zu verwenden. Allerdings erst um die Jahrhundertwende vom 17. zum 18. Jahrhundert. gelang es, einen Weg zu finden, mit Hilfe von Dampf nützliche Arbeit zu leisten. Einer der ersten Versuche, Dampf in den Dienst des Menschen zu stellen, wurde 1698 in England unternommen: Die Maschine des Erfinders Savery wurde entwickelt, um Minen zu entleeren und Wasser zu pumpen. Zwar war Saverys Erfindung noch kein Motor im eigentlichen Sinne, da sie außer einigen manuell zu öffnenden und zu schließenden Ventilen keine beweglichen Teile aufwies. Saverys Maschine funktionierte wie folgt: Zuerst wurde ein versiegelter Tank mit Dampf gefüllt, dann wurde die Außenfläche des Tanks mit kaltem Wasser gekühlt, wodurch der Dampf kondensierte, und im Tank wurde ein Teilvakuum erzeugt. Danach wurde Wasser - beispielsweise aus dem Boden der Mine - durch das Ansaugrohr in den Tank gesaugt und nach dem Einlassen der nächsten Dampfportion ausgeschleudert.

Die erste Dampfmaschine mit Kolben wurde 1698 von dem Franzosen Denis Papin gebaut. In einem senkrecht stehenden Zylinder mit einem Kolben wurde Wasser erhitzt und der entstehende Dampf drückte den Kolben nach oben. Als der Dampf abkühlte und kondensierte, wurde der Kolben durch atmosphärischen Druck nach unten gedrückt. Durch ein System von Blöcken konnte Papins Dampfmaschine verschiedene Mechanismen wie Pumpen antreiben.

Eine perfektere Maschine wurde 1712 von dem englischen Schmied Thomas Newcomen gebaut. Wie bei Papins Maschine bewegte sich der Kolben in einem vertikalen Zylinder. Dampf aus dem Kessel drang in den Boden des Zylinders ein und hob den Kolben an. Als kaltes Wasser in den Zylinder eingespritzt wurde, kondensierte der Dampf, im Zylinder bildete sich ein Vakuum und unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks fiel der Kolben nach unten. Dieser Rückhub entfernte das Wasser aus dem Zylinder und hob mittels einer mit einer Schwinge verbundenen Kette, die sich wie eine Schaukel bewegte, die Pumpstange nach oben. Als der Kolben am unteren Ende seines Hubs war, trat wieder Dampf in den Zylinder ein, und mit Hilfe eines Gegengewichts, das an der Pumpenstange oder an der Wippe angebracht war, stieg der Kolben an Startposition. Danach wurde der Zyklus wiederholt.

Die Newcomen-Maschine war in Europa über 50 Jahre lang weit verbreitet. In den 1740er Jahren erledigte eine Maschine mit einem Zylinder von 2,74 m Länge und 76 cm Durchmesser an einem Tag die Arbeit, die ein Team von 25 Personen und 10 Pferden im Schichtbetrieb in einer Woche erledigte. Und doch war seine Effizienz äußerst gering.

Die auffälligste industrielle Revolution manifestierte sich in England, vor allem in der Textilindustrie. Die Diskrepanz zwischen Stoffangebot und schnell steigender Nachfrage lockte die besten Design-Köpfe zur Entwicklung von Spinn- und Webmaschinen. Die Geschichte der englischen Technologie umfasste für immer die Namen von Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves. Aber die von ihnen geschaffenen Spinn- und Webmaschinen brauchten einen qualitativ neuen, universellen Motor, der die Maschinen kontinuierlich und gleichmäßig (was das Wasserrad nicht leisten konnte) in eine unidirektionale Rotationsbewegung treiben würde. Hier zeigte sich das Talent des berühmten Ingenieurs, des „Zauberers von Greenock“ James Watt, in seiner ganzen Pracht.

Watt wurde in der schottischen Stadt Greenock in der Familie eines Schiffbauers geboren. Als Lehrling in Werkstätten in Glasgow erwarb James in den ersten zwei Jahren die Qualifikationen eines Graveurs, eines Meisters in der Herstellung von mathematischen, Vermessungs-, optischen Instrumenten und verschiedenen Navigationsinstrumenten. Auf Anraten seines Onkels, des Professors, trat James als Mechaniker in die örtliche Universität ein. Hier begann Watt mit der Arbeit an Dampfmaschinen.

James Watt versuchte, Newcomens atmosphärische Dampfmaschine zu verbessern, die im Allgemeinen nur zum Pumpen von Wasser geeignet war. Ihm war klar, dass der Hauptnachteil von Newcomens Maschine das abwechselnde Aufheizen und Abkühlen des Zylinders war. 1765 kam Watt auf die Idee, dass der Zylinder die ganze Zeit heiß bleiben könnte, wenn der Dampf vor der Kondensation durch eine Rohrleitung mit Ventil in ein separates Reservoir geleitet würde. Darüber hinaus führte Watt einige weitere Verbesserungen durch, die die Dampf-Atmosphären-Maschine schließlich in eine Dampfmaschine verwandelten. Zum Beispiel erfand er einen Scharniermechanismus - "Wattsches Parallelogramm" (so genannt, weil ein Teil der Glieder - die Hebel, aus denen sich seine Zusammensetzung zusammensetzt, ein Parallelogramm bildet), der die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Hauptwelle umwandelte . Nun konnten die Webstühle kontinuierlich laufen.

1776 wurde Watts Maschine getestet. Es stellte sich heraus, dass seine Effizienz doppelt so hoch war wie die von Newcomens Maschine. 1782 schuf Watt die erste universelle doppelt wirkende Dampfmaschine. Dampf trat abwechselnd von einer Seite des Kolbens und dann von der anderen Seite in den Zylinder ein. Daher führte der Kolben mit Hilfe von Dampf sowohl einen Arbeits- als auch einen Rückwärtshub aus, was bei früheren Maschinen nicht der Fall war. Da die Kolbenstange in einer doppeltwirkenden Dampfmaschine eine ziehende und schiebende Wirkung ausübte, musste das alte Antriebssystem aus Ketten und Kipphebeln, das nur auf Zug reagierte, erneuert werden. Watt entwickelte ein Verbindungssystem und verwendete einen Planetenmechanismus, um die Hin- und Herbewegung einer Kolbenstange in eine Drehbewegung umzuwandeln, wobei ein schweres Schwungrad, ein Zentrifugaldrehzahlregler, ein Scheibenventil und ein Manometer zum Messen des Dampfdrucks verwendet wurden. Die von Watt patentierte „Rotationsdampfmaschine“ fand zunächst breite Anwendung in Spinnereien und Webereien, später auch in anderen Industriebetrieben. Der Watt-Motor war für jedes Auto geeignet, und die Erfinder von Selbstantriebsmechanismen nutzten dies schnell aus.

Watts Dampfmaschine war wirklich die Erfindung des Jahrhunderts und markierte den Beginn der industriellen Revolution. Aber der Erfinder hörte hier nicht auf. Die Nachbarn sahen mehr als einmal überrascht zu, wie Watt Pferde über die Wiese trieb und dabei speziell ausgewählte Gewichte zog. So erschien die Einheit der Macht - PS die später allgemeine Anerkennung fanden.

Leider zwangen finanzielle Schwierigkeiten Watt bereits im Erwachsenenalter, geodätische Vermessungen durchzuführen, am Bau von Kanälen mitzuarbeiten, Häfen und Marinas zu bauen und schließlich eine wirtschaftlich versklavende Allianz mit dem Unternehmer John Rebeck einzugehen, der bald einen völligen finanziellen Zusammenbruch erlitt.

Dampfmaschinen wurden als Antriebsmaschine in Pumpstationen, Lokomotiven, auf Dampfschiffen, Traktoren, Dampfautos und anderen eingesetzt. Fahrzeug Oh. Dampfmaschinen trugen zur weit verbreiteten kommerziellen Nutzung von Maschinen in Unternehmen bei und waren die Energiegrundlage der industriellen Revolution des 18. Jahrhunderts. Dampfmaschinen wurden später durch Verbrennungsmotoren, Dampfturbinen, Elektromotoren und Kernreaktoren ersetzt, die effizienter sind.

Dampfmaschine in Aktion

Erfindung und Entwicklung

Das erste bekannte dampfbetriebene Gerät wurde im ersten Jahrhundert von Heron von Alexandria beschrieben, das sogenannte "Reiherbad" oder "Aeolipil". Der tangential aus den an der Kugel befestigten Düsen austretende Dampf versetzte diese in Rotation. Es wird davon ausgegangen, dass die Umwandlung von Dampf zu mechanische Bewegung war in Ägypten während der Zeit der römischen Herrschaft bekannt und wurde in einfachen Geräten verwendet.

Erste Industriemotoren

Keine der beschriebenen Vorrichtungen wurde tatsächlich als Mittel zur Lösung nützlicher Probleme verwendet. Die erste in der Produktion verwendete Dampfmaschine war die „Feuerwehrmaschine“, die 1698 vom englischen Militäringenieur Thomas Savery entworfen wurde. Savery erhielt 1698 ein Patent für sein Gerät. Es war eine hin- und hergehende Dampfpumpe und offensichtlich nicht sehr effizient, da die Wärme des Dampfes jedes Mal verloren ging, wenn der Behälter gekühlt wurde, und ziemlich gefährlich im Betrieb, da aufgrund des hohen Drucks des Dampfes die Tanks und Motorleitungen manchmal beschädigt wurden explodiert. Da dieses Gerät sowohl zum Drehen der Räder einer Wassermühle als auch zum Pumpen von Wasser aus Bergwerken verwendet werden konnte, nannte der Erfinder es einen "Freund des Bergmanns".

Dann demonstrierte der englische Schmied Thomas Newcomen 1712 seine „atmosphärische Maschine“, die erste Dampfmaschine, für die es eine kommerzielle Nachfrage geben konnte. Dies war eine Verbesserung gegenüber der Dampfmaschine von Savery, bei der Newcomen den Betriebsdruck des Dampfes erheblich reduzierte. Newcomen basiert möglicherweise auf einer Beschreibung von Papins Experimenten der Royal Society of London, zu der er möglicherweise durch ein Mitglied der Gesellschaft, Robert Hooke, der mit Papin zusammenarbeitete, Zugang hatte.

Diagramm der Newcomen-Dampfmaschine.
– Dampf wird lila dargestellt, Wasser blau.
– Offene Ventile werden grün, geschlossene Ventile rot dargestellt

Die erste Anwendung des Newcomen-Motors bestand darin, Wasser aus einer tiefen Mine zu pumpen. In der Minenpumpe war die Wippe mit einer Stange verbunden, die in die Mine zur Pumpenkammer hinabstieg. Die hin- und hergehenden Bewegungen des Schubs wurden auf den Kolben der Pumpe übertragen, die Wasser nach oben lieferte. Die Ventile der frühen Newcomen-Motoren wurden von Hand geöffnet und geschlossen. Die erste Verbesserung war die Automatisierung der Ventile, die von der Maschine selbst angetrieben wurden. Der Legende nach wurde diese Verbesserung 1713 von dem Jungen Humphrey Potter vorgenommen, der die Ventile öffnen und schließen musste; Als er es satt hatte, band er die Ventilgriffe mit Seilen fest und ging mit den Kindern spielen. Bis 1715 wurde bereits ein Hebelsteuerungssystem geschaffen, das vom Mechanismus des Motors selbst angetrieben wurde.

Die erste Zweizylinder-Vakuumdampfmaschine in Russland wurde 1763 vom Mechaniker I. I. Polzunov entworfen und 1764 gebaut, um Gebläsebälge in den Fabriken von Barnaul Kolyvano-Voskresensky anzutreiben.

Humphrey Gainsborough baute in den 1760er Jahren ein Modell einer Kondensatordampfmaschine. 1769 patentierte der schottische Mechaniker James Watt (vielleicht unter Verwendung von Gainsboroughs Ideen) die ersten großen Verbesserungen an Newcomens Vakuummotor, die ihn viel sparsamer machten. Watts Beitrag bestand darin, die Kondensationsphase des Vakuummotors in einer separaten Kammer zu trennen, während Kolben und Zylinder auf Dampftemperatur waren. Watt fügte dem Newcomen-Motor noch ein paar hinzu wichtige Einzelheiten: setzte einen Kolben in den Zylinder, um Dampf auszustoßen, und wandelte die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung des Antriebsrads um.

Basierend auf diesen Patenten baute Watt in Birmingham eine Dampfmaschine. Bis 1782 war die Dampfmaschine von Watt mehr als dreimal so effizient wie die von Newcomen. Die Verbesserung des Wirkungsgrades des Wattmotors führte zur Nutzung der Dampfkraft in der Industrie. Darüber hinaus ermöglichte der Watt-Motor im Gegensatz zum Newcomen-Motor die Übertragung von Drehbewegungen, während bei frühen Modellen von Dampfmaschinen der Kolben mit dem Kipphebel und nicht direkt mit der Pleuelstange verbunden war. Diese Maschine hatte bereits die Hauptmerkmale moderner Dampfmaschinen.

Eine weitere Effizienzsteigerung war der Einsatz von Hochdruckdampf (Amerikaner Oliver Evans und Engländer Richard Trevithick). R. Trevithick baute erfolgreich industrielle Eintakt-Hochdruckmotoren, die als "Cornish-Motoren" bekannt sind. Sie arbeiteten bei 50 psi oder 345 kPa (3,405 Atmosphären). Mit zunehmendem Druck stieg jedoch auch die Gefahr von Explosionen in Maschinen und Kesseln, was zunächst zu zahlreichen Unfällen führte. Aus dieser Sicht war das wichtigste Element der Hochdruckmaschine das Sicherheitsventil, das den Überdruck abließ. Ein zuverlässiger und sicherer Betrieb begann erst mit dem Sammeln von Erfahrungen und der Standardisierung von Verfahren für den Bau, Betrieb und die Wartung von Geräten.

Der französische Erfinder Nicolas-Joseph Cugnot demonstrierte 1769 das erste funktionierende selbstfahrende Dampffahrzeug: den „fardier à vapeur“ (Dampfwagen). Vielleicht kann seine Erfindung als das erste Automobil angesehen werden. Der selbstfahrende Dampftraktor erwies sich als sehr nützlich als mobile Quelle mechanischer Energie, die andere landwirtschaftliche Maschinen in Bewegung setzte: Dreschmaschinen, Pressen usw. Bereits 1788 verkehrte ein von John Fitch gebautes Dampfschiff regelmäßig entlang der Delaware River zwischen Philadelphia (Pennsylvania) und Burlington (Bundesstaat New York). Er hob 30 Passagiere an Bord und fuhr mit einer Geschwindigkeit von 7-8 Meilen pro Stunde. Das Dampfschiff von J. Fitch war kommerziell nicht erfolgreich, da eine gute Überlandstraße mit seiner Route konkurrierte. 1802 baute der schottische Ingenieur William Symington ein konkurrenzfähiges Dampfschiff, und 1807 verwendete der amerikanische Ingenieur Robert Fulton eine Watt-Dampfmaschine, um das erste kommerziell erfolgreiche Dampfschiff anzutreiben. Am 21. Februar 1804 wurde die erste von Richard Trevithick gebaute Eisenbahndampflokomotive mit Eigenantrieb in der Penydarren-Eisenhütte in Merthyr Tydfil in Südwales ausgestellt.

Kolbendampfmaschinen

Hubkolbenmotoren verwenden Dampfkraft, um einen Kolben in einer abgedichteten Kammer oder einem Zylinder zu bewegen. Die Hin- und Herbewegung eines Kolbens kann mechanisch in eine lineare Bewegung für Kolbenpumpen oder in eine Drehbewegung umgewandelt werden, um rotierende Teile von Werkzeugmaschinen oder Fahrzeugrädern anzutreiben.

Vakuummaschinen

Frühe Dampfmaschinen hießen zunächst "Feuerwehrautos", aber auch "atmosphärische" oder "kondensierende" Wattmaschinen. Sie arbeiteten nach dem Vakuumprinzip und werden daher auch als „Vakuummaschinen“ bezeichnet. Solche Maschinen arbeiteten zum Antrieb von Kolbenpumpen, jedenfalls gibt es keine Hinweise darauf, dass sie für andere Zwecke verwendet wurden. Während des Betriebs einer Vakuum-Dampfmaschine wird zu Beginn des Zyklus Niederdruckdampf in die Arbeitskammer oder den Zylinder eingelassen. Einlassventil Danach schließt es sich und der Dampf kühlt ab und kondensiert. Bei einem Newcomen-Motor wird das Kühlwasser direkt in den Zylinder gespritzt und das Kondensat entweicht in einen Kondensatsammler. Dadurch entsteht im Zylinder ein Vakuum. Der atmosphärische Druck an der Oberseite des Zylinders drückt auf den Kolben und bewirkt, dass er sich nach unten bewegt, dh den Arbeitshub.

Das ständige Kühlen und Wiedererhitzen des Arbeitszylinders der Maschine war sehr verschwenderisch und ineffizient, aber diese Dampfmaschinen ermöglichten es, Wasser aus einer größeren Tiefe zu pumpen, als dies vor ihrem Erscheinen möglich war. In diesem Jahr erschien eine Version der Dampfmaschine, die von Watt in Zusammenarbeit mit Matthew Boulton entwickelt wurde und deren Hauptinnovation die Entfernung des Kondensationsprozesses in einer speziellen separaten Kammer (Kondensator) war. Diese Kammer wurde in ein kaltes Wasserbad gestellt und durch ein durch ein Ventil verschlossenes Rohr mit dem Zylinder verbunden. An der Kondensationskammer wurde eine spezielle kleine Vakuumpumpe (Prototyp einer Kondensatpumpe) angebracht, die von einer Wippe angetrieben wurde und dazu diente, Kondensat aus dem Kondensator zu entfernen. Das dabei entstehende heiße Wasser wurde durch eine spezielle Pumpe (ein Prototyp der Speisepumpe) wieder dem Kessel zugeführt. Eine weitere radikale Neuerung war der Verschluss des oberen Endes des Arbeitszylinders, an dessen Spitze sich nun Niederdruckdampf befand. Derselbe Dampf war im Doppelmantel des Zylinders vorhanden und hielt seine konstante Temperatur aufrecht. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wurde dieser Dampf durch spezielle Rohre in den unteren Teil des Zylinders geleitet, um beim nächsten Hub zu kondensieren. Die Maschine war tatsächlich nicht mehr "atmosphärisch", und ihre Leistung hing jetzt von der Druckdifferenz zwischen Niederdruckdampf und dem erreichbaren Vakuum ab. Bei der Newcomen-Dampfmaschine wurde der Kolben mit einer kleinen Menge Wasser darüber geschmiert, bei der Watt-Maschine wurde dies unmöglich, da sich nun Dampf im oberen Teil des Zylinders befand, musste mit a auf Schmierung umgestellt werden Gemisch aus Fett und Öl. Das gleiche Fett wurde in der Zylinderstangen-Stopfbuchse verwendet.

Vakuumdampfmaschinen waren trotz der offensichtlichen Einschränkungen ihrer Effizienz relativ sicher, da sie Niederdruckdampf verwendeten, was durchaus mit dem allgemein niedrigen Niveau der Kesseltechnologie des 18. Jahrhunderts übereinstimmte. Die Leistung der Maschine wurde durch den niedrigen Dampfdruck, die Zylindergröße, die Verbrennungsrate des Kraftstoffs und die Wasserverdampfung im Kessel sowie die Größe des Kondensators begrenzt. Der maximale theoretische Wirkungsgrad wurde durch die relativ kleine Temperaturdifferenz auf beiden Seiten des Kolbens begrenzt; Dies machte Vakuummaschinen für den industriellen Einsatz zu groß und teuer.

Kompression

Die Auslassöffnung eines Dampfmaschinenzylinders schließt kurz bevor der Kolben seine Endposition erreicht, wodurch etwas Abdampf im Zylinder verbleibt. Das bedeutet, dass es im Arbeitszyklus eine Kompressionsphase gibt, die das sogenannte „Dampfpolster“ bildet, das die Bewegung des Kolbens in seinen Endlagen verlangsamt. Außerdem entfällt der plötzliche Druckabfall ganz am Anfang der Ansaugphase, wenn Frischdampf in den Zylinder eintritt.

Vorauszahlung

Der beschriebene Effekt des "Dampfpolsters" wird noch dadurch verstärkt, dass das Ansaugen von Frischdampf in den Zylinder etwas früher beginnt, als der Kolben die Endlage erreicht, also ein Voreilen des Ansaugens erfolgt. Dieser Vorlauf ist notwendig, damit der Dampf, bevor der Kolben seinen Arbeitshub unter Einwirkung von Frischdampf beginnt, Zeit hätte, den Totraum zu füllen, der durch die vorherige Phase entstanden ist, dh die Einlass- und Auslasskanäle und die Volumen des Zylinders, das nicht für die Kolbenbewegung verwendet wird.

einfache Erweiterung

Eine einfache Expansion geht davon aus, dass der Dampf nur funktioniert, wenn er im Zylinder expandiert, und der Abdampf direkt in die Atmosphäre abgegeben wird oder in einen speziellen Kondensator eintritt. Die Restwärme des Dampfes kann dann beispielsweise zum Beheizen eines Raumes oder eines Fahrzeugs sowie zum Vorwärmen des in den Kessel eintretenden Wassers genutzt werden.

Verbindung

Beim Expansionsvorgang im Zylinder einer Hochdruckmaschine sinkt die Temperatur des Dampfes proportional zu seiner Expansion. Da kein Wärmeaustausch stattfindet (adiabatischer Prozess), stellt sich heraus, dass der Dampf mit einer höheren Temperatur in den Zylinder eintritt als er ihn verlässt. Solche Temperaturschwankungen im Zylinder führen zu einer Verringerung der Effizienz des Prozesses.

Eine der Methoden zum Umgang mit diesem Temperaturunterschied wurde 1804 von dem englischen Ingenieur Arthur Wolfe vorgeschlagen, der sich patentieren ließ Wulff-Hochdruck-Verbunddampfmaschine. In dieser Maschine trat Hochtemperaturdampf aus dem Dampfkessel in den Hochdruckzylinder ein, und dann trat der darin bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck ausgestoßene Dampf in den Niederdruckzylinder (oder die Niederdruckzylinder) ein. Dies reduzierte die Temperaturdifferenz in jedem Zylinder, was im Allgemeinen Temperaturverluste reduzierte und den Gesamtwirkungsgrad der Dampfmaschine verbesserte. Der Niederdruckdampf hatte ein größeres Volumen und erforderte daher ein größeres Volumen des Zylinders. Daher hatten die Niederdruckzylinder in Verbundmaschinen einen größeren Durchmesser (und manchmal länger) als die Hochdruckzylinder.

Diese Anordnung ist auch als "Doppelexpansion" bekannt, da die Dampfexpansion in zwei Stufen erfolgt. Manchmal wurde ein Hochdruckzylinder mit zwei Niederdruckzylindern verbunden, was zu drei ungefähr gleich großen Zylindern führte. Ein solches Schema war leichter auszugleichen.

Zweizylinder-Compoundiermaschinen können klassifiziert werden als:

• Kreuzverbindung- Zylinder sind nebeneinander angeordnet, ihre dampfführenden Kanäle sind gekreuzt.
• Tandem-Verbindung- Zylinder sind in Reihe angeordnet und verwenden eine Stange.
• Winkelverbindung- Die Zylinder stehen in einem Winkel zueinander, normalerweise 90 Grad, und arbeiten an einer Kurbel.

Nach den 1880er Jahren verbreiteten sich Verbunddampfmaschinen in der Herstellung und im Transportwesen und wurden praktisch zum einzigen Typ, der auf Dampfschiffen verwendet wurde. Ihr Einsatz bei Dampflokomotiven war nicht so weit verbreitet, da sie sich unter anderem aufgrund der schwierigen Einsatzbedingungen von Dampfmaschinen im Schienenverkehr als zu aufwendig erwiesen. Obwohl Verbundlokomotiven nie zu einem Mainstream-Phänomen wurden (insbesondere in Großbritannien, wo sie sehr selten waren und nach den 1930er Jahren überhaupt nicht mehr verwendet wurden), erlangten sie in mehreren Ländern eine gewisse Popularität.

Mehrfache Erweiterung

Vereinfachtes Diagramm einer dreifachen Expansionsdampfmaschine.
Hochdruckdampf (rot) aus dem Kessel strömt durch die Maschine und verlässt den Kondensator mit niedrigem Druck (blau).

Die logische Weiterentwicklung des Verbundschemas war die Hinzufügung zusätzlicher Ausbaustufen, die die Arbeitseffizienz erhöhten. Das Ergebnis war ein mehrfaches Expansionsschema, das als dreifache oder sogar vierfache Expansionsmaschinen bekannt ist. Solche Dampfmaschinen verwendeten eine Reihe von doppeltwirkenden Zylindern, deren Volumen mit jeder Stufe zunahm. Manchmal wurde, anstatt das Volumen der Niederdruckzylinder zu erhöhen, eine Erhöhung ihrer Anzahl verwendet, genau wie bei einigen Verbundmaschinen.

Das Bild rechts zeigt eine Dreifachexpansionsdampfmaschine im Betrieb. Dampf durchströmt die Maschine von links nach rechts. Der Ventilblock jedes Zylinders befindet sich links vom entsprechenden Zylinder.

Das Erscheinungsbild dieser Art von Dampfmaschinen wurde für die Flotte besonders relevant, da die Größen- und Gewichtsanforderungen für Schiffsmotoren nicht sehr streng waren und vor allem dieses Schema die Verwendung eines Kondensators erleichterte, der den Abdampf in Form zurückführt Frischwasser zurück zum Boiler (die Verwendung von salzigem Meerwasser zum Betreiben der Boiler war nicht möglich). Bodendampfmaschinen hatten normalerweise keine Probleme mit der Wasserversorgung und konnten daher Abdampf in die Atmosphäre abgeben. Daher war ein solches System für sie weniger relevant, insbesondere angesichts seiner Komplexität, Größe und seines Gewichts. Die Dominanz von Mehrfachexpansionsdampfmaschinen endete erst mit dem Aufkommen und der weiten Verbreitung von Dampfturbinen. Moderne Dampfturbinen verwenden jedoch das gleiche Prinzip der Aufteilung der Strömung in Hoch-, Mittel- und Niederdruckzylinder.

Direktstrom-Dampfmaschinen

Durchlaufdampfmaschinen entstanden als Ergebnis eines Versuchs, einen inhärenten Nachteil zu überwinden Dampfmaschinen mit traditioneller Dampfverteilung. Tatsache ist, dass der Dampf in einer gewöhnlichen Dampfmaschine ständig seine Bewegungsrichtung ändert, da dasselbe Fenster auf jeder Seite des Zylinders sowohl für den Dampfeinlass als auch für den Dampfauslass verwendet wird. Wenn der Abdampf den Zylinder verlässt, kühlt er dessen Wände und Dampfverteilungskanäle. Frischdampf verbraucht dementsprechend einen gewissen Teil der Energie, um sie zu erhitzen, was zu einem Abfall des Wirkungsgrads führt. Durchlaufdampfmaschinen haben eine zusätzliche Öffnung, die am Ende jeder Phase von einem Kolben geöffnet wird und durch die der Dampf den Zylinder verlässt. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der Maschine, da sich der Dampf in eine Richtung bewegt und der Temperaturgradient der Zylinderwände mehr oder weniger konstant bleibt. Durchlaufmaschinen mit Einfachausdehnung weisen in etwa den gleichen Wirkungsgrad wie Verbundmaschinen mit konventioneller Dampfverteilung auf. Außerdem können sie für mehr arbeiten hohe Drehzahlen, und daher wurden sie vor dem Aufkommen von Dampfturbinen häufig zum Antrieb von elektrischen Generatoren verwendet, die hohe Drehzahlen erforderten.

Durchlaufdampfmaschinen sind entweder einfach- oder doppeltwirkend.

Dampfturbine

Eine Dampfturbine besteht aus einer Reihe rotierender Scheiben, die auf einer einzigen Achse befestigt sind, dem so genannten Turbinenrotor, und einer Reihe von feststehenden Scheiben, die abwechselnd mit ihnen auf einer Basis befestigt sind, dem so genannten Stator. Die Rotorscheiben haben auf der Außenseite Schaufeln, Dampf wird diesen Schaufeln zugeführt und dreht die Scheiben. Die Statorscheiben haben ähnliche Schaufeln, die in entgegengesetzten Winkeln angeordnet sind und dazu dienen, den Dampfstrom auf die folgenden Rotorscheiben umzulenken. Jede Rotorscheibe und ihre entsprechende Statorscheibe wird als Turbinenstufe bezeichnet. Anzahl und Größe der Stufen jeder Turbine werden so gewählt, dass die nutzbare Energie des zugeführten Dampfes mit der Geschwindigkeit und dem Druck maximiert wird. Der die Turbine verlassende Abdampf tritt in den Kondensator ein. Turbinen drehen sich mit sehr hohen Drehzahlen, und daher werden häufig spezielle Untersetzungsgetriebe verwendet, wenn Energie auf andere Geräte übertragen wird. Darüber hinaus können Turbinen ihre Drehrichtung nicht ändern und erfordern häufig zusätzliche Umkehrmechanismen (manchmal werden zusätzliche Umkehrdrehungsstufen verwendet).

Turbinen wandeln Dampfenergie direkt in Rotation um und benötigen keine zusätzlichen Mechanismen zum Umwandeln der hin- und hergehenden Bewegung in Rotation. Außerdem sind Turbinen kompakter als Hubkolbenmaschinen und haben eine konstante Kraft auf der Abtriebswelle. Da Turbinen einfacher aufgebaut sind, erfordern sie tendenziell weniger Wartung.

Andere Arten von Dampfmaschinen

Anwendung

Dampfmaschinen können nach ihrer Anwendung wie folgt eingeteilt werden:

Stationäre Maschinen

Dampfhammer

Dampfmaschine in einer alten Zuckerfabrik, Kuba

Stationäre Dampfmaschinen können je nach Einsatzart in zwei Typen eingeteilt werden:

• Variable Arbeitsmaschinen wie Walzwerke, Dampfwinden und ähnliche Geräte, die häufig anhalten und die Richtung ändern müssen.
• Kraftmaschinen, die selten stoppen und die Drehrichtung nicht ändern müssen. Dazu gehören Leistungsmotoren in Kraftwerken sowie Industriemotoren, die in Fabriken, Fabriken und Seilbahnen vor dem breiten Einsatz eingesetzt werden. elektrische Traktion. Motoren mit geringer Leistung werden in Schiffsmodellen und in Spezialgeräten eingesetzt.

Die Dampfwinde ist im Wesentlichen ein stationärer Motor, jedoch fahrbar auf einem Grundrahmen montiert. Es kann durch ein Seil am Anker befestigt und durch seinen eigenen Schub an einen neuen Ort bewegt werden.

Transportfahrzeuge

Dampfmaschinen wurden verwendet, um verschiedene Arten von Fahrzeugen anzutreiben, darunter:

• Landfahrzeuge:
  • Dampfwagen
  • Dampftraktor
  • Dampfbagger und sogar
• Dampfflugzeug.

In Russland wurde 1834 von E. A. und M. E. Cherepanov im Werk Nischni Tagil die erste betriebsbereite Dampflokomotive zum Transport von Erz gebaut. Er entwickelte eine Geschwindigkeit von 13 Meilen pro Stunde und beförderte mehr als 200 Pfund (3,2 Tonnen) Fracht. Die Länge der ersten Eisenbahn betrug 850 m.

Vorteile von Dampfmaschinen

Der Hauptvorteil von Dampfmaschinen besteht darin, dass sie fast jede Wärmequelle nutzen können, um sie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Dies unterscheidet sie von Verbrennungsmotoren, von denen jeder Typ die Verwendung einer bestimmten Art von Kraftstoff erfordert. Dieser Vorteil macht sich am deutlichsten bei der Nutzung von Kernenergie bemerkbar, da ein Kernreaktor keine mechanische Energie erzeugen kann, sondern nur Wärme erzeugt, die zur Erzeugung von Dampf verwendet wird, der Dampfmaschinen (meist Dampfturbinen) antreibt. Darüber hinaus gibt es andere Wärmequellen, die in Verbrennungsmotoren nicht genutzt werden können, wie z. B. Sonnenenergie. Eine interessante Richtung ist die Nutzung der Energie der Temperaturdifferenz des Weltozeans in verschiedenen Tiefen.

Auch andere Arten von Verbrennungsmotoren haben ähnliche Eigenschaften, wie zum Beispiel der Stirlingmotor, der einen sehr hohen Wirkungsgrad bieten kann, aber deutlich größer und schwerer als moderne Dampfmaschinentypen ist.

Dampflokomotiven funktionieren gut in großen Höhen, da ihre Effizienz nicht aufgrund des niedrigen atmosphärischen Drucks abfällt. In den Bergregionen Lateinamerikas werden nach wie vor Dampflokomotiven eingesetzt, obwohl sie im Flachland längst durch modernere Lokomotivtypen ersetzt wurden.

In der Schweiz (Brienz Rothhorn) und Österreich (Schafberg Bahn) haben sich neue Dampflokomotiven mit Trockendampf bewährt. Dieser Dampfloktyp wurde nach den Vorbildern der Schweizerischen Lokomotiv- und Maschinenfabrik (SLM) entwickelt, mit vielen modernen Verbesserungen wie der Verwendung von Wälzlagern, moderner Wärmedämmung, Verbrennung von Leichtölfraktionen als Brennstoff, verbesserten Dampfleitungen , usw. . Dadurch haben diese Lokomotiven einen um 60 % geringeren Kraftstoffverbrauch und einen deutlich geringeren Wartungsaufwand. Die wirtschaftlichen Qualitäten solcher Lokomotiven sind mit modernen Diesel- und Elektrolokomotiven vergleichbar.

Außerdem sind Dampflokomotiven deutlich leichter als Diesel- und Elektrolokomotiven, was insbesondere für den Bergbau gilt. Eisenbahnen. Ein Merkmal von Dampfmaschinen ist, dass sie kein Getriebe benötigen und die Kraft direkt auf die Räder übertragen.

Effizienz

Effizienzfaktor (COP) Wärmekraftmaschine kann definiert werden als das Verhältnis von nutzbarer mechanischer Arbeit zur aufgewendeten Wärmemenge, die im Brennstoff enthalten ist. Der Rest der Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Der Wirkungsgrad der Wärmekraftmaschine ist