Uitvinding van de stoommachine

Bettmann/Bijdrager/Getty Images

Stoommachines zijn mechanismen die warmte gebruiken om stoom te creëren, die op zijn beurt mechanische processen uitvoert, algemeen bekend als: werk. Terwijl verschillende uitvinders en vernieuwers werkten aan verschillende aspecten van het gebruik van stoom voor energie, omvat de belangrijkste ontwikkeling van vroege stoommachines drie uitvinders en drie hoofdmotorontwerpen.

Thomas Savery en de eerste stoompomp

De eerste stoommachine die voor het werk werd gebruikt, werd gepatenteerd door de Engelsman Thomas Savery in 1698 en werd gebruikt om water uit mijnschachten te pompen. Het basisproces omvatte een cilinder die werd gevuld met water. Stoom werd vervolgens aan de cilinder geleverd, waardoor het water werd verplaatst, dat door een eenrichtingsklep naar buiten stroomde. Nadat al het water was uitgeworpen, werd de cilinder besproeid met koud water om de temperatuur van de cilinder te verlagen en de stoom binnenin te condenseren. Dit zorgde voor een vacuüm in de cilinder, dat vervolgens extra water naar boven trok om de cilinder bij te vullen, waardoor de pompcyclus werd voltooid.

De zuigerpomp van Thomas Newcomen

Een andere Engelsman, Thomas Newcomen , verbeterd op Savery's pomp met een ontwerp dat hij rond 1712 ontwikkelde. Newcomen's motor omvatte een zuiger in een cilinder. De bovenkant van de zuiger was verbonden met een uiteinde van een scharnierende balk. Aan het andere uiteinde van de balk was een pompmechanisme aangesloten, zodat water werd opgezogen wanneer de balk aan de pompzijde omhoog kantelde. Om de pomp voort te stuwen, werd stoom geleverd aan de zuigercilinder. Tegelijkertijd trok een contragewicht de balk aan het pompuiteinde naar beneden, waardoor de zuiger naar de bovenkant van de stoomcilinder steeg. Zodra de cilinder vol stoom was, werd er koel water in de cilinder gespoten, waardoor de stoom snel condenseerde en er een vacuüm in de cilinder ontstond. Dit zorgde ervoor dat de zuiger viel, waardoor de balk naar beneden aan het zuigeruiteinde en omhoog aan het pompuiteinde werd bewogen. De cyclus herhaalde zich vervolgens automatisch zolang er stoom op de cilinder werd aangebracht.

Het zuigerontwerp van Newcomen creëerde effectief een scheiding tussen het water dat wordt weggepompt en de cilinder die wordt gebruikt om de pompkracht te creëren. Dit verbeterde aanzienlijk ten opzichte van de efficiëntie van het oorspronkelijke ontwerp van Savery. Omdat Savery's echter een breed patent had op zijn eigen stoompomp, moest Newcomen samenwerken met Savery om de zuigerpomp te patenteren.

Verbeteringen van James Watt

Schot James Watt de stoommachine aanzienlijk verbeterd en ontwikkeld in de tweede helft van de 18de eeuw , waardoor het een echt levensvatbaar stuk machine werd dat hielp bij het starten van de Industriële revolutie . De eerste grote innovatie van Watt's was om een ​​aparte condensor op te nemen, zodat de stoom niet gekoeld hoefde te worden in dezelfde cilinder die de zuiger bevatte. Dit betekende dat de zuigercilinder op een veel constantere temperatuur bleef, waardoor het brandstofverbruik van de motor aanzienlijk toenam. Watt ontwikkelde ook een motor die een as kon draaien in plaats van een op-en-neer pompende actie, evenals een vliegwiel dat een soepele krachtoverdracht tussen de motor en de werklast mogelijk maakte. Met deze en andere innovaties werd de stoommachine toepasbaar op een verscheidenheid aan fabrieksprocessen, en Watt en zijn zakenpartner, Matthew Boulton, bouwden enkele honderden motoren voor industrieel gebruik.

Latere stoommachines

Het begin van de 19e eeuw zag een belangrijke innovatie van hogedrukstoommachines, die veel efficiënter waren dan de lagedrukontwerpen van Watt's en de andere stoommachinepioniers. Dit leidde tot de ontwikkeling van veel kleinere, krachtigere stoommachines die konden worden gebruikt om treinen en boten aan te drijven en om een ​​breder scala aan industriële taken uit te voeren, zoals het draaien van zagen in molens. Twee belangrijke vernieuwers van deze motoren waren de Amerikaan Oliver Evans en de Engelsman Richard Trevithick. In de loop van de tijd werden stoommachines vervangen door de verbrandingsmotor voor de meeste soorten voortbeweging en industrieel werk, maar het gebruik van stoomgeneratoren om elektriciteit op te wekken blijft tegenwoordig een belangrijk onderdeel van de elektriciteitsproductie.