A gőzgép feltalálása és fejlesztése

A gőzmotorok olyan mechanizmusok, amelyek hőt vesznek igénybe gőz előállításához, amely viszont mechanikus folyamatokat hajt végre, általánosan ismert néven munka. Míg számos feltaláló és innovátor dolgozott a gőz energiafelhasználás különböző szempontjain, addig a korai gőzgép motorjainak fő fejlesztése három feltalálót és három fő motortervet foglal magában.

Az elsõ munkához használt gõzmotort az angol szabadalmazta Thomas Savery 1698-ban használták fel a vizet a bányaaknákból. Az alapvető folyamat hengert tartalmazott, amelyet vízzel megtöltöttek. A gőzt ezután a hengerbe juttatják, kiszorítva a vizet, amely egyirányú szelepen keresztül áramlik ki. Miután az összes víz kiürült, a palackot hideg vízzel permetezték, hogy csökkentse a palack hőmérsékletét és kondenzálja a benne lévő gőzt. Ez vákuumot hozott létre a henger belsejében, amely további vizet vett fel a henger újratöltéséhez, a szivattyú ciklusának befejezésével.

Egy másik angol, Thomas Newcomen, továbbfejlesztették a Slavery szivattyúján egy olyan tervvel, amelyet 1712 körül fejlesztett ki. A Newcomen motorjában egy henger belsejében dugattyú található. A dugattyú tetejét egy forgógerenda egyik végéhez csatlakoztattuk. A gerenda másik végéhez szivattyú mechanizmust csatlakoztattak, hogy vizet vegyenek, amikor a gerenda felfelé dől. A szivattyú meghajtásához gőzt juttattak a dugattyúhengerhez. Ugyanakkor egy ellensúly húzta le a gerendát a szivattyú végén, ami a dugattyút a gőzhenger tetejéhez emelte. Miután a henger tele volt gőzzel, hideg vizet permeteztek a henger belsejébe, ez gyorsan kondenzálta a gőzt és vákuumot hoz létre a henger belsejében. Ennek következtében a dugattyú leesett, és a gerendát a dugattyú végén felfelé és a szivattyú végén mozgatta. A ciklust ezután automatikusan megismételjük mindaddig, amíg gőzt vezetünk a hengerre.

A Newcomen dugattyú-kialakítása hatékonyan megkülönböztette a kiszívott vizet és a szivattyúteljesítmény létrehozásához használt hengert. Ez jelentősen javította a Slavery eredeti terve hatékonyságát. Mivel azonban Savery széles szabadalommal rendelkezik a saját gőzszivattyúján, a Newcomennek együtt kellett működnie Savery-vel a dugattyús szivattyú szabadalmaztatására.

skót James Watt jelentősen továbbfejlesztette és továbbfejlesztette a gőzgép működését az év második felében 18. század, így valóban életképes gépgé vált, amely elősegítette a Ipari forradalom. A Watt első jelentős újítása egy külön kondenzátor beépítése volt, hogy a gőzt nem kellene lehűteni ugyanabban a hengerben, amelyben a dugattyú található. Ez azt jelentette, hogy a dugattyúhenger sokkal egyenletesebb hőmérsékleten maradt, jelentősen növelve a motor üzemanyag-hatékonyságát. A Watt kifejlesztett egy motort is, amely képes tengely forgatására, nem pedig fel-le szivattyúzás, hanem egy lendkerék, amely lehetővé tette a motor és a munkaterhelés közötti egyenletes energiaátadást. Ezekkel és más újításokkal a gőzgép sokféle gyárban alkalmazhatóvá vált A Watt és üzleti partnere, Matthew Boulton több száz motort épített ipari felhasználásra.

A 19. század elején a nagynyomású gőzmotorok jelentős innovációt hajtottak végre, amelyek sokkal hatékonyabbak voltak, mint a Watt és a többi gőzgép motorok úttörőinek alacsony nyomású kivitele. Ez sokkal kisebb, erősebb gőzmozdonyok kifejlesztéséhez vezetett, amelyeket fel lehetne használni a vonatok és a hajók meghajtására és az ipari feladatok szélesebb skálájának elvégzésére, például a fűrészek működtetésére a malmokban. E motorok két fontos újítója az amerikai Oliver Evans és az angol angol Richard Trevithick volt. Az idő múlásával a gőzgép motorokat a belső égésű motor váltotta fel a legtöbb típusú és ipari mozdonyra munka, de a gőzfejlesztők villamosenergia-előállításhoz történő felhasználása továbbra is fontos része az elektromos energiatermelésnek Ma.