ความเป็นไปได้ของการใช้พลังงานไอน้ำเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วในช่วงต้นยุคของเรา สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Geron's eolipil ซึ่งสร้างขึ้นโดยช่างชาวกรีกโบราณ Heron of Alexandria สิ่งประดิษฐ์โบราณสามารถนำมาประกอบกับกังหันไอน้ำซึ่งเป็นลูกบอลที่หมุนได้เนื่องจากแรงไอพ่นของไอน้ำ
มีความเป็นไปได้ที่จะปรับใช้ไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ในศตวรรษที่ 17 พวกเขาไม่ได้ใช้สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวเป็นเวลานาน แต่มีส่วนสำคัญในการพัฒนามนุษยชาติ นอกจากนี้ ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำนั้นน่าสนใจมาก
แนวคิด
เครื่องยนต์ไอน้ำประกอบด้วยเครื่องยนต์ความร้อนจากการเผาไหม้ภายนอกซึ่งจากพลังงานไอน้ำสร้างการเคลื่อนที่เชิงกลของลูกสูบซึ่งในทางกลับกันจะหมุนเพลา พลัง รถจักรไอน้ำเป็นเรื่องปกติที่จะวัดเป็นวัตต์
ประวัติการประดิษฐ์
ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำมีความเกี่ยวข้องกับความรู้เกี่ยวกับอารยธรรมกรีกโบราณ เป็นเวลานานที่ไม่มีใครใช้ผลงานของยุคนี้ ในศตวรรษที่ 16 มีความพยายามที่จะสร้างกังหันไอน้ำ นักฟิสิกส์และวิศวกรชาวตุรกี Takiyuddin ash-Shami ทำงานในอียิปต์
ความสนใจในปัญหานี้ปรากฏขึ้นอีกครั้งในศตวรรษที่ 17 ในปี ค.ศ. 1629 Giovanni Branca ได้เสนอกังหันไอน้ำรุ่นของเขาเอง อย่างไรก็ตาม สิ่งประดิษฐ์สูญเสียพลังงานไปมาก การพัฒนาเพิ่มเติมจำเป็นต้องมีสภาพเศรษฐกิจที่เหมาะสมที่จะปรากฏขึ้นในภายหลัง
Denis Papin ถือเป็นคนแรกที่คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำ การประดิษฐ์นี้เป็นกระบอกสูบที่มีลูกสูบที่ลอยขึ้นเนื่องจากไอน้ำและลดลงเนื่องจากการทำให้หนาขึ้น อุปกรณ์ของ Severy และ Newcomen (1705) มีหลักการทำงานเหมือนกัน อุปกรณ์ที่ใช้ในการสูบน้ำออกจากงานเหมือง
ในที่สุดอุปกรณ์ก็ได้รับการปรับปรุงโดย Watt ในปี พ.ศ. 2312
สิ่งประดิษฐ์ของเดนิส ปาแปง
Denis Papin เป็นแพทย์โดยการฝึกอบรม เกิดในฝรั่งเศส เขาย้ายไปอังกฤษในปี 1675 เขาเป็นที่รู้จักจากสิ่งประดิษฐ์มากมายของเขา หนึ่งในนั้นคือหม้อความดันที่เรียกว่า Papen's Cauldron
เขาสามารถระบุความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์สองอย่างคือจุดเดือดของของเหลว (น้ำ) และความดันที่ปรากฏขึ้น ด้วยเหตุนี้เขาจึงสร้างหม้อไอน้ำที่ปิดสนิทซึ่งภายในมีแรงดันเพิ่มขึ้นเนื่องจากน้ำต้มช้ากว่าปกติและอุณหภูมิการประมวลผลของผลิตภัณฑ์ที่วางไว้ในนั้นเพิ่มขึ้น ดังนั้นความเร็วในการทำอาหารจึงเพิ่มขึ้น
ในปี ค.ศ. 1674 นักประดิษฐ์ทางการแพทย์ได้สร้างเครื่องยนต์แบบผง งานของเขาประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อดินปืนติดไฟ ลูกสูบเคลื่อนที่ในกระบอกสูบ สูญญากาศที่อ่อนแอก่อตัวขึ้นในกระบอกสูบและความดันบรรยากาศทำให้ลูกสูบกลับสู่ตำแหน่งเดิม ก๊าซที่เป็นผลลัพธ์ออกมาทางวาล์ว และองค์ประกอบที่เหลือถูกทำให้เย็นลง
ในปี ค.ศ. 1698 Papen สามารถสร้างหน่วยได้โดยใช้หลักการเดียวกันโดยไม่ได้ใช้ดินปืน แต่ใช้น้ำ ดังนั้นเครื่องยนต์ไอน้ำเครื่องแรกจึงถูกสร้างขึ้น แม้จะมีความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญที่แนวคิดนี้อาจนำไปสู่ แต่ก็ไม่ได้ก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมากต่อนักประดิษฐ์ นี่เป็นเพราะว่าก่อนหน้านี้ช่างซ่อมคนอื่น Severy ได้จดสิทธิบัตรปั๊มไอน้ำแล้ว และเมื่อถึงเวลานั้นพวกเขาก็ยังไม่ได้ประดิษฐ์แอปพลิเคชันอื่นสำหรับหน่วยดังกล่าว
Denis Papin เสียชีวิตในลอนดอนในปี ค.ศ. 1714 แม้ว่าเขาจะเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรก แต่เขาก็ออกจากโลกนี้ไปด้วยความต้องการและความเหงา
สิ่งประดิษฐ์ของ Thomas Newcomen
Englishman Newcomen ประสบความสำเร็จมากขึ้นในแง่ของการจ่ายเงินปันผล เมื่อ Papen สร้างรถของเขา Thomas อายุ 35 ปี เขาศึกษางานของ Savery และ Papen อย่างรอบคอบ และสามารถเข้าใจข้อบกพร่องของการออกแบบทั้งสองได้ จากสิ่งเหล่านี้ เขาได้นำความคิดที่ดีที่สุดมาทั้งหมด
ในปี ค.ศ. 1712 จอห์น แคลลี่ ผู้เชี่ยวชาญด้านกระจกและช่างประปา ได้สร้างแบบจำลองแรกขึ้น นี่คือประวัติศาสตร์ของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำที่ยังคงดำเนินต่อไป
แบบจำลองที่สร้างขึ้นสามารถอธิบายสั้น ๆ ได้ดังนี้:
- การออกแบบผสมผสานระหว่างกระบอกสูบแนวตั้งกับลูกสูบ เช่นเดียวกับของพาเพน
- ไอน้ำถูกสร้างขึ้นในหม้อไอน้ำที่แยกจากกัน ซึ่งทำงานบนหลักการของเครื่อง Svery
- ความรัดกุมในกระบอกสูบไอน้ำเกิดขึ้นได้เนื่องจากหนังซึ่งพันรอบลูกสูบ
หน่วยของนิวโคเมนยกน้ำจากเหมืองโดยใช้ความดันบรรยากาศ ตัวเครื่องมีความโดดเด่นในด้านขนาดที่แข็งแรงและต้องใช้ถ่านหินจำนวนมากจึงจะใช้งานได้ แม้จะมีข้อบกพร่องเหล่านี้ แต่โมเดลของ Newcomen ก็ถูกใช้ในเหมืองมาเป็นเวลาครึ่งศตวรรษ มันยังอนุญาตให้เปิดเหมืองอีกครั้งที่ถูกทิ้งร้างเนื่องจากน้ำท่วมขังโดยน้ำใต้ดิน
ในปี ค.ศ. 1722 ผลิตผลงานของ Newcomen ได้พิสูจน์ประสิทธิภาพโดยสูบน้ำจากเรือใน Kronstadt ในเวลาเพียงสองสัปดาห์ ระบบกังหันลมสามารถทำได้ภายในหนึ่งปี
เนื่องจากรถยนต์รุ่นนี้มีพื้นฐานมาจากเวอร์ชันแรก ช่างเครื่องชาวอังกฤษจึงไม่สามารถขอรับสิทธิบัตรได้ นักออกแบบพยายามนำสิ่งประดิษฐ์นี้ไปใช้กับการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ แต่ล้มเหลว ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำไม่ได้จบเพียงแค่นั้น
สิ่งประดิษฐ์ของวัตต์
James Watt เป็นคนแรกที่คิดค้นอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดแต่ทรงพลัง เครื่องจักรไอน้ำเป็นเครื่องแรกในประเภทนี้ ช่างเครื่องจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์เริ่มซ่อมเครื่องกำเนิดไอน้ำของนิวโคเมนในปี ค.ศ. 1763 จากการปรับปรุงใหม่ เขาได้ค้นพบวิธีลดการใช้เชื้อเพลิงลง ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องทำให้กระบอกสูบอยู่ในสภาวะที่ร้อนตลอดเวลา อย่างไรก็ตามเครื่องจักรไอน้ำของวัตต์ยังไม่พร้อมจนกว่าปัญหาการควบแน่นของไอน้ำจะได้รับการแก้ไข
วิธีแก้ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อช่างซ่อมเดินผ่านร้านซักรีดและสังเกตว่ามีไอน้ำออกมาจากใต้ฝาหม้อต้ม เขาตระหนักว่าไอน้ำเป็นก๊าซ และเขาจำเป็นต้องเคลื่อนที่ในกระบอกสูบที่มีแรงดันลดลง
โดยการปิดผนึกด้านในของกระบอกสูบไอน้ำด้วยเชือกป่านที่ชุบด้วยน้ำมัน Watt สามารถละทิ้งความกดอากาศได้ นี่เป็นก้าวที่ยิ่งใหญ่
ในปี ค.ศ. 1769 ช่างเครื่องได้รับสิทธิบัตรซึ่งระบุว่าอุณหภูมิของเครื่องยนต์ในเครื่องยนต์ไอน้ำจะเท่ากับอุณหภูมิของไอน้ำเสมอ อย่างไรก็ตาม สิ่งต่าง ๆ สำหรับนักประดิษฐ์ผู้เคราะห์ร้ายไม่ได้เป็นไปอย่างที่คาดหวัง เขาถูกบังคับให้จำนองสิทธิบัตรหนี้
ในปี ค.ศ. 1772 เขาได้พบกับแมทธิว โบลตัน ซึ่งเป็นนักอุตสาหกรรมที่ร่ำรวย เขาซื้อและคืนสิทธิบัตรให้วัตต์ นักประดิษฐ์กลับไปทำงานโดยได้รับการสนับสนุนจากโบลตัน ในปี ค.ศ. 1773 เครื่องจักรไอน้ำของ Watt ผ่านการทดสอบและพบว่าใช้ถ่านหินน้อยกว่าแบบอื่นมาก หนึ่งปีต่อมา การผลิตรถยนต์ของเขาเริ่มขึ้นในอังกฤษ
ในปี ค.ศ. 1781 นักประดิษฐ์สามารถจดสิทธิบัตรการสร้างสรรค์ครั้งต่อไปของเขา - เครื่องยนต์ไอน้ำสำหรับการขับเคลื่อนเครื่องจักรอุตสาหกรรม หลังจากนั้นไม่นาน เทคโนโลยีทั้งหมดเหล่านี้จะทำให้สามารถเคลื่อนย้ายรถไฟและเรือกลไฟได้โดยใช้ไอน้ำ สิ่งนี้จะทำให้ชีวิตของคนกลับหัวกลับหางอย่างสมบูรณ์
หนึ่งในผู้ที่เปลี่ยนชีวิตของหลาย ๆ คนคือ James Watt ซึ่งเครื่องจักรไอน้ำได้เร่งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
สิ่งประดิษฐ์ของ Polzunov
โครงการเครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่สามารถขับเคลื่อนกลไกการทำงานต่างๆ ได้ถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2306 ได้รับการพัฒนาโดยช่างชาวรัสเซีย I. Polzunov ซึ่งทำงานที่โรงงานทำเหมืองในอัลไต
หัวหน้าโรงงานทำความคุ้นเคยกับโครงการนี้และได้รับความก้าวหน้าในการสร้างอุปกรณ์จากเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เครื่องจักรไอน้ำ Polzunov ได้รับการยอมรับและงานสร้างสรรค์ได้รับมอบหมายให้เป็นผู้เขียนโครงการ ฝ่ายหลังต้องการประกอบโมเดลในขนาดเล็กก่อนเพื่อระบุและขจัดข้อบกพร่องที่อาจมองไม่เห็นบนกระดาษ อย่างไรก็ตาม เขาได้รับคำสั่งให้เริ่มสร้างเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ทรงพลัง
Polzunov ได้รับผู้ช่วยโดยสองคนมีแนวโน้มที่จะเป็นช่างกลและอีกสองคนทำงานเสริม ใช้เวลาหนึ่งปีกับเก้าเดือนในการสร้างเครื่องจักรไอน้ำ เมื่อเครื่องจักรไอน้ำของ Polzunov ใกล้จะพร้อม เขาก็ล้มป่วยด้วยการบริโภค ผู้สร้างเสียชีวิตสองสามวันก่อนการทดสอบครั้งแรก
ทุกการกระทำในรถเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์ในปี ค.ศ. 1766 เมื่อนักเรียนของ Polzunov ทำการทดสอบครั้งสุดท้าย หนึ่งเดือนต่อมา อุปกรณ์ถูกนำไปใช้งาน
รถไม่เพียง แต่จ่ายเงินสำหรับเงินที่ใช้ไป แต่ยังทำกำไรให้กับเจ้าของด้วย ในฤดูใบไม้ร่วงหม้อน้ำเริ่มรั่วและงานก็หยุดลง หน่วยสามารถซ่อมแซมได้ แต่สิ่งนี้ไม่สนใจหัวหน้าโรงงาน รถถูกทิ้งร้าง และอีกหนึ่งทศวรรษต่อมาก็ถูกรื้อถอนโดยไม่จำเป็น
หลักการทำงาน
ต้องใช้หม้อต้มไอน้ำเพื่อใช้งานทั้งระบบ ไอน้ำที่สร้างขึ้นจะขยายตัวและกดบนลูกสูบ ส่งผลให้ชิ้นส่วนกลไกเคลื่อนที่
หลักการทำงานสำรวจได้ดีที่สุดโดยใช้ภาพประกอบด้านล่าง
ถ้าคุณไม่ลงรายละเอียด การทำงานของเครื่องจักรไอน้ำคือการแปลงพลังงานของไอน้ำเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลของลูกสูบ
ประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของงานทางกลที่มีประโยชน์ซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณความร้อนที่ใช้ไปในเชื้อเพลิง การคำนวณไม่ได้คำนึงถึงพลังงานที่ปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมเป็นความร้อน
ประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำวัดเป็นเปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติจะอยู่ที่ 1-8% เมื่อมีคอนเดนเซอร์และการขยายตัวของเส้นทางการไหล ตัวบ่งชี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 25%
ข้อดี
ข้อได้เปรียบหลักของอุปกรณ์ไอน้ำคือ หม้อไอน้ำสามารถใช้แหล่งความร้อนใดก็ได้ ทั้งถ่านหินและยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิง สิ่งนี้แตกต่างอย่างมากจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงบางประเภททั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเชื้อเพลิง
ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำได้แสดงให้เห็นข้อดีที่เห็นได้ชัดเจนแม้ในปัจจุบัน เนื่องจากพลังงานนิวเคลียร์สามารถนำมาใช้เป็นไอน้ำอนาล็อกได้ ด้วยตัวมันเอง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไม่สามารถแปลงพลังงานเป็นงานกลได้ แต่สามารถสร้างความร้อนได้จำนวนมาก จากนั้นใช้สร้างไอน้ำซึ่งจะทำให้รถเคลื่อนที่ได้ สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในลักษณะเดียวกัน
รถจักรไอน้ำทำงานได้ดีที่ระดับความสูง ประสิทธิภาพของพวกเขาไม่ได้รับผลกระทบจากความกดอากาศต่ำในภูเขา รถจักรไอน้ำยังคงใช้อยู่ในภูเขาของละตินอเมริกา
รถจักรไอน้ำรุ่นใหม่ใช้ในประเทศออสเตรียและสวิตเซอร์แลนด์ สิ่งเหล่านี้แสดงประสิทธิภาพสูงด้วยการปรับปรุงมากมาย พวกเขาไม่ต้องการการบำรุงรักษาและใช้เศษส่วนของน้ำมันเบาเป็นเชื้อเพลิง ในแง่ของตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจ เทียบได้กับตู้รถไฟไฟฟ้าสมัยใหม่ ในเวลาเดียวกัน รถจักรไอน้ำมีน้ำหนักเบากว่ารถจักรดีเซลและไฟฟ้ามาก นี่เป็นข้อได้เปรียบอย่างมากในภูมิประเทศที่เป็นภูเขา
ข้อบกพร่อง
ข้อเสียรวมถึงประการแรกคือประสิทธิภาพต่ำ ที่เพิ่มเข้ามาคือความเทอะทะของโครงสร้างและความเร็วต่ำ สิ่งนี้สังเกตเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะหลังจากการถือกำเนิดของเครื่องยนต์สันดาปภายใน
แอปพลิเคชัน
ผู้คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำนั้นรู้จักกันดีอยู่แล้ว ยังคงต้องค้นหาว่าพวกเขาถูกใช้ที่ไหน จนถึงกลางศตวรรษที่ยี่สิบ เครื่องยนต์ไอน้ำถูกใช้ในอุตสาหกรรม พวกเขายังใช้สำหรับการขนส่งทางรถไฟและไอน้ำ
โรงงานที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ:
- น้ำตาล;
- กล่องไม้ขีด;
- โรงงานกระดาษ
- สิ่งทอ;
- สถานประกอบการด้านอาหาร (ในบางกรณี)
กังหันไอน้ำเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์นี้ด้วย เครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังคงทำงานด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ประมาณ 80% ของไฟฟ้าทั่วโลกผลิตขึ้นโดยใช้กังหันไอน้ำ
ในเวลาอันสมควรถูกสร้างขึ้น ประเภทต่างๆการขนส่งที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำ บางคนไม่ได้หยั่งรากเพราะปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ในขณะที่บางคนยังคงทำงานอยู่ในปัจจุบัน
การขนส่งด้วยพลังไอน้ำ:
- รถยนต์;
- รถแทรกเตอร์;
- รถขุด;
- เครื่องบิน;
- หัวรถจักร;
- เรือ;
- รถแทรกเตอร์
นี่คือประวัติศาสตร์ของการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ เราสามารถพิจารณาตัวอย่างที่ดีของรถแข่ง Serpoll ที่สร้างขึ้นในปี 1902 โดยสังเขป มันสร้างสถิติโลกความเร็ว 120 กม. ต่อชั่วโมงบนบก นั่นคือเหตุผลที่รถยนต์ไอน้ำสามารถแข่งขันกับรถยนต์ไฟฟ้าและน้ำมันเบนซินได้
ดังนั้นในสหรัฐอเมริกาในปี 1900 เครื่องจักรไอน้ำส่วนใหญ่จึงถูกผลิตขึ้น พวกเขาพบกันตามท้องถนนจนถึงวัยสามสิบของศตวรรษที่ยี่สิบ
ยานพาหนะเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่เป็นที่นิยมหลังจากการถือกำเนิดของเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก รถยนต์ดังกล่าวประหยัดกว่าในขณะที่เบาและรวดเร็ว
Steampunk เป็นเทรนด์ในยุคของเครื่องจักรไอน้ำ
เมื่อพูดถึงเครื่องจักรไอน้ำ ฉันอยากจะพูดถึงเทรนด์ยอดนิยม - steampunk คำประกอบด้วยสอง คำภาษาอังกฤษ- "ไอน้ำ" และ "ประท้วง" Steampunk เป็นนิยายวิทยาศาสตร์ประเภทหนึ่งที่บอกเล่าเรื่องราวในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ในอังกฤษยุควิกตอเรีย ช่วงเวลานี้ในประวัติศาสตร์มักถูกเรียกว่ายุคแห่งไอน้ำ
ทุกงานมีหนึ่ง คุณสมบัติที่โดดเด่น- พวกเขาเล่าถึงชีวิตในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ XIX รูปแบบของคำบรรยายในเวลาเดียวกันคล้ายกับนวนิยายของ H.G. Wells "The Time Machine" แปลงอธิบายภูมิทัศน์ของเมือง อาคารสาธารณะ เทคโนโลยี ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับเรือบิน รถยนต์เก่า สิ่งประดิษฐ์ที่แปลกประหลาด ชิ้นส่วนโลหะทั้งหมดถูกยึดด้วยหมุดย้ำ เนื่องจากยังไม่ได้ใช้การเชื่อม
คำว่า "steampunk" มีต้นกำเนิดในปี 1987 ความนิยมเกิดขึ้นจากรูปลักษณ์ของ Difference Engine มันถูกเขียนในปี 1990 โดย William Gibson และ Bruce Sterling
ในตอนต้นของศตวรรษที่ XXI ภาพยนตร์ที่มีชื่อเสียงหลายเรื่องได้รับการปล่อยตัวในทิศทางนี้:
- "เครื่องย้อนเวลา";
- ลีกสุภาพบุรุษวิสามัญ;
- "แวน เฮลซิง"
ผู้บุกเบิก Steampunk ได้แก่ ผลงานของ Jules Verne และ Grigory Adamov ความสนใจในพื้นที่นี้เป็นครั้งคราวปรากฏในทุกด้านของชีวิต - จากภาพยนตร์ไปจนถึงเสื้อผ้าในชีวิตประจำวัน
เครื่องยนต์ไอน้ำถูกใช้เป็นเครื่องยนต์ขับเคลื่อนในสถานีสูบน้ำ หัวรถจักร เรือไอน้ำ รถแทรกเตอร์ รถไอน้ำ และยานพาหนะอื่นๆ เครื่องยนต์ไอน้ำมีส่วนทำให้เกิดการใช้เครื่องจักรในเชิงพาณิชย์อย่างแพร่หลายในโรงงานต่างๆ และเป็นพื้นฐานด้านพลังงานสำหรับการปฏิวัติอุตสาหกรรมในศตวรรษที่ 18 ต่อมาเครื่องยนต์ไอน้ำถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน กังหันไอน้ำ มอเตอร์ไฟฟ้า และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่า
การทำงานของเครื่องจักรไอน้ำ
การประดิษฐ์และการพัฒนา
อุปกรณ์แรกที่รู้จักซึ่งขับเคลื่อนโดยเรือข้ามฟากได้รับการอธิบายโดยนกกระสาแห่งอเล็กซานเดรียในศตวรรษแรก - ที่เรียกว่า "อ่างอาบน้ำของนกกระสา" หรือ "เอโอลิพิล" ไอน้ำที่หลุดออกจากหัวฉีดที่ติดอยู่กับลูกบอลทำให้เกิดการหมุน สันนิษฐานว่าการเปลี่ยนแปลงของไอน้ำเป็นการเคลื่อนไหวทางกลเป็นที่รู้จักในอียิปต์ในช่วงสมัยโรมันและใช้ในอุปกรณ์ธรรมดา
เครื่องยนต์อุตสาหกรรมเครื่องแรก
ไม่มีอุปกรณ์ใดที่อธิบายไว้ในการแก้ปัญหาที่เป็นประโยชน์ เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่ใช้ในการผลิตคือ "รถดับเพลิง" ซึ่งออกแบบโดย Thomas Severy วิศวกรทางทหารชาวอังกฤษในปี 1698 Severy ได้รับสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ของเขาในปี 1698 มันเป็นปั๊มไอน้ำแบบลูกสูบและเห็นได้ชัดว่าไม่ค่อยมีประสิทธิภาพเนื่องจากความร้อนของไอน้ำหายไปในแต่ละครั้งในระหว่างการทำความเย็นของภาชนะและค่อนข้างอันตรายในการทำงานเนื่องจากแรงดันไอน้ำสูงภาชนะและท่อ ของเครื่องยนต์ระเบิดบางครั้ง เนื่องจากอุปกรณ์นี้สามารถใช้ได้ทั้งหมุนวงล้อของโรงสีน้ำ และสูบน้ำออกจากเหมือง นักประดิษฐ์จึงเรียกเขาว่า "เพื่อนของคนงานเหมือง"
จากนั้นช่างตีเหล็กชาวอังกฤษ Thomas Newcomen ได้สาธิต "เครื่องยนต์บรรยากาศ" ของเขาในปี ค.ศ. 1712 ซึ่งเป็นเครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่มีความต้องการทางการค้า นี่คือเครื่องยนต์ไอน้ำ Severy ที่ได้รับการปรับปรุง โดย Newcomen ลดแรงดันไอน้ำในการทำงานลงอย่างมาก Newcomen อาจใช้คำอธิบายเกี่ยวกับการทดลองของ Papen ใน Royal Society of London ซึ่งเขาอาจเข้าถึงได้ผ่าน Robert Hooke เพื่อนสมาชิกที่ทำงานร่วมกับ Papen
แผนผังของเครื่องจักรไอน้ำ Newcomen
- ไอน้ำแสดงเป็นสีม่วง น้ำแสดงเป็นสีน้ำเงิน
- วาล์วเปิดจะแสดงเป็นสีเขียว วาล์วปิดเป็นสีแดง
การใช้งานเครื่องยนต์ Newcomen ครั้งแรกคือการสูบน้ำออกจากเพลาลึก ในปั๊มของเหมือง แขนโยกเชื่อมต่อกับแรงขับที่ลงไปในเหมืองไปยังห้องปั๊ม การเคลื่อนที่ของแรงขับแบบลูกสูบถูกส่งไปยังลูกสูบของปั๊มซึ่งจ่ายน้ำไปที่ด้านบน วาล์วของเครื่องยนต์ Newcomen รุ่นแรกๆ ถูกเปิดและปิดแบบแมนนวล การปรับปรุงครั้งแรกคือระบบอัตโนมัติของวาล์ว ซึ่งขับเคลื่อนโดยตัวเครื่องจักรเอง ในตำนานเล่าว่าการปรับปรุงนี้เกิดขึ้นในปี 1713 โดยเด็กชายฮัมฟรีย์ พอตเตอร์ ซึ่งต้องเปิดและปิดวาล์ว พอเหนื่อยก็มัดมือจับวาล์วด้วยเชือกแล้วไปเล่นกับเด็กๆ ในปี ค.ศ. 1715 ระบบควบคุมคันโยกได้ถูกสร้างขึ้นโดยกลไกของเครื่องยนต์เอง
เครื่องยนต์ไอน้ำสุญญากาศแบบสองสูบเครื่องแรกในรัสเซียได้รับการออกแบบโดยช่าง I.I.Polzunov ในปี ค.ศ. 1763 และสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1764 เพื่อขับเคลื่อนเครื่องเป่าลมที่โรงงาน Barnaul Kolyvano-Voskresensk
Humphrey Gainsborough สร้างแบบจำลองของเครื่องจักรไอน้ำพร้อมคอนเดนเซอร์ในปี 1760 ในปี ค.ศ. 1769 James Watt ช่างเครื่องชาวสก็อต (อาจใช้ความคิดของ Gainsborough) ได้จดสิทธิบัตรการปรับปรุงครั้งสำคัญครั้งแรกสำหรับเครื่องยนต์สุญญากาศของ Newcomen ซึ่งทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด การมีส่วนร่วมของวัตต์คือการแยกเฟสการควบแน่นของเครื่องยนต์สุญญากาศในห้องที่แยกจากกัน ในขณะที่ลูกสูบและกระบอกสูบอยู่ที่อุณหภูมิไอน้ำ วัตต์เพิ่มอีกสองสามเครื่องยนต์ของ Newcomen รายละเอียดที่สำคัญ: วางลูกสูบในกระบอกสูบเพื่อขับไอน้ำและเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบลูกสูบของลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนของล้อขับเคลื่อน
ตามสิทธิบัตรเหล่านี้ Watt ได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำในเบอร์มิงแฮม ในปี ค.ศ. 1782 เครื่องจักรไอน้ำของวัตต์มีความจุมากกว่าเครื่องจักรของนิวโคเมนถึง 3 เท่า การปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์วัตต์นำไปสู่การใช้พลังงานไอน้ำในอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ Newcomen เครื่องยนต์วัตต์ทำให้สามารถส่งสัญญาณการเคลื่อนที่แบบหมุนได้ ในขณะที่เครื่องยนต์ไอน้ำรุ่นแรกๆ ลูกสูบจะเชื่อมต่อกับแขนโยกมากกว่าที่จะเชื่อมต่อกับก้านสูบโดยตรง เครื่องยนต์นี้มีคุณสมบัติพื้นฐานของเครื่องยนต์ไอน้ำที่ทันสมัยอยู่แล้ว
ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอีกคือการใช้ไอน้ำแรงดันสูง (American Oliver Evans และ Richard Trevithick ชาวอังกฤษ) R. Trevithick ประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องยนต์สูบเดียวอุตสาหกรรมแรงดันสูงที่รู้จักกันในชื่อ "เครื่องยนต์ Cornish" พวกเขาทำงานที่ 50 psi หรือ 345 kPa (3.405 บรรยากาศ) อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น ก็เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวงต่อการระเบิดในเครื่องจักรและหม้อไอน้ำ ซึ่งในตอนแรกทำให้เกิดอุบัติเหตุมากมาย จากมุมมองนี้ องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูงคือวาล์วนิรภัย ซึ่งปล่อยแรงดันส่วนเกิน การดำเนินงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยเริ่มต้นด้วยการสะสมประสบการณ์และมาตรฐานขั้นตอนสำหรับการก่อสร้าง การใช้งาน และการบำรุงรักษาอุปกรณ์เท่านั้น
นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส Nicholas-Joseph Cugno ได้สาธิตรถจักรไอน้ำแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเองเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1769: "fardier à vapeur" (รถจักรไอน้ำ) บางทีสิ่งประดิษฐ์ของเขาถือได้ว่าเป็นรถยนต์คันแรก รถแทรคเตอร์ไอน้ำแบบขับเคลื่อนด้วยตัวเองกลายเป็นว่ามีประโยชน์มากในฐานะแหล่งพลังงานกลเคลื่อนที่ที่เคลื่อนเครื่องจักรทางการเกษตรอื่น ๆ เข้ามา เช่น เครื่องนวดข้าว เครื่องกด ฯลฯ ในปี ค.ศ. 1788 เรือกลไฟที่สร้างโดยจอห์น ฟิทช์ได้ดำเนินการให้บริการตามปกติใน แม่น้ำเดลาแวร์ระหว่างฟิลาเดลเฟีย (เพนซิลเวเนีย) และเบอร์ลิงตัน (รัฐนิวยอร์ก) เขายกผู้โดยสาร 30 คนขึ้นเครื่องและเดินด้วยความเร็ว 7-8 ไมล์ต่อชั่วโมง เรือกลไฟของ J. Fitch ไม่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์เนื่องจากเป็นเส้นทางบกที่ดีที่จะแข่งขันกับมัน ในปี ค.ศ. 1802 วิศวกรชาวสก็อต วิลเลียม ซิมิงตันได้สร้างเรือกลไฟที่สามารถแข่งขันได้ และในปี ค.ศ. 1807 วิศวกรชาวอเมริกัน โรเบิร์ต ฟุลตันใช้เครื่องยนต์ไอน้ำของวัตต์เพื่อขับเคลื่อนเรือกลไฟลำแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ เมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2347 รถจักรไอน้ำแบบรางแรกที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองซึ่งสร้างโดย Richard Trevithick ได้จัดแสดงอยู่ที่ Penidarren Steel Works ในเมือง Merthyr Tydville ทางตอนใต้ของเวลส์
เครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบ
เครื่องยนต์ลูกสูบใช้พลังงานไอน้ำเพื่อเคลื่อนลูกสูบในห้องหรือกระบอกสูบที่ปิดสนิท การทำงานของลูกสูบสามารถแปลงทางกลไกเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของปั๊มลูกสูบหรือเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนเพื่อขับเคลื่อนชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องมือกลหรือล้อรถ
เครื่องดูดฝุ่น
เครื่องยนต์ไอน้ำยุคแรกเริ่มเรียกว่า "รถดับเพลิง" และเครื่องยนต์ "บรรยากาศ" หรือ "ควบแน่น" ของวัตต์ พวกเขาทำงานบนหลักการสุญญากาศ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่า "มอเตอร์สูญญากาศ" เครื่องจักรดังกล่าวทำงานเพื่อขับเคลื่อนปั๊มแบบลูกสูบ อย่างไรก็ตาม ไม่มีหลักฐานว่ามีการใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น เมื่อเครื่องยนต์ไอน้ำแบบสุญญากาศทำงาน ที่จุดเริ่มต้นของวงจร ไอน้ำแรงดันต่ำจะเข้าสู่ห้องทำงานหรือกระบอกสูบ จากนั้นวาล์วทางเข้าจะปิดและไอน้ำจะเย็นลงและควบแน่น ในเครื่องยนต์ Newcomen น้ำหล่อเย็นจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรงและคอนเดนเสทระบายลงในตัวเก็บคอนเดนเสท สิ่งนี้จะสร้างสุญญากาศในกระบอกสูบ ความดันบรรยากาศในส่วนบนของกระบอกสูบจะกดทับลูกสูบและทำให้ลูกสูบเคลื่อนลงด้านล่างซึ่งก็คือจังหวะการทำงาน
การหล่อเย็นและการอุ่นเครื่องของกระบอกสูบรองของเครื่องอย่างต่อเนื่องทำให้สิ้นเปลืองและไม่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ไอน้ำเหล่านี้อนุญาตให้น้ำถูกสูบจากระดับความลึกที่ลึกกว่าที่เป็นไปได้ก่อนที่มันจะปรากฎ ในปีนั้น เครื่องจักรไอน้ำรุ่นหนึ่งปรากฏขึ้น ซึ่งสร้างโดยวัตต์ร่วมกับแมทธิว โบลตัน นวัตกรรมหลักคือการกำจัดกระบวนการควบแน่นในห้องแยกพิเศษ (คอนเดนเซอร์) ห้องนี้ถูกวางไว้ในอ่างน้ำเย็นและเชื่อมต่อกับกระบอกสูบโดยท่อที่วาล์วทับซ้อนกัน ปั๊มสุญญากาศขนาดเล็กพิเศษ (ต้นแบบของปั๊มคอนเดนเสท) เชื่อมต่อกับห้องควบแน่นซึ่งขับเคลื่อนด้วยตัวโยกและใช้เพื่อขจัดคอนเดนเสทออกจากคอนเดนเซอร์ ก่อตัว น้ำร้อนถูกป้อนโดยปั๊มพิเศษ (ต้นแบบของปั๊มป้อนอาหาร) กลับเข้าไปในหม้อไอน้ำ นวัตกรรมที่รุนแรงอีกประการหนึ่งคือการปิดปลายด้านบนของกระบอกสูบที่ทำงานซึ่งตอนนี้มีไอน้ำแรงดันต่ำอยู่ มีไอน้ำแบบเดียวกันอยู่ในเสื้อคู่ของกระบอกสูบที่รองรับมัน อุณหภูมิคงที่... ระหว่างการเคลื่อนที่ขึ้นของลูกสูบ ไอนี้จะถูกส่งผ่านท่อพิเศษไปยังส่วนล่างของกระบอกสูบ เพื่อให้เกิดการควบแน่นในจังหวะถัดไป ในความเป็นจริง เครื่องจักรหยุดเป็น "บรรยากาศ" และตอนนี้กำลังของมันขึ้นอยู่กับความแตกต่างของแรงดันระหว่างไอน้ำแรงดันต่ำกับสุญญากาศที่อาจได้รับ ในเครื่องยนต์ไอน้ำ Newcomen ลูกสูบได้รับการหล่อลื่นด้วยน้ำปริมาณเล็กน้อยจากด้านบนที่เทลงบนมัน ในรถของ Watt มันเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากตอนนี้มีไอน้ำอยู่ที่ส่วนบนของกระบอกสูบ จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้การหล่อลื่นด้วย ส่วนผสมของไขมันและน้ำมัน จาระบีชนิดเดียวกันนี้ถูกใช้ในซีลน้ำมันก้านสูบ
เครื่องยนต์ไอน้ำสุญญากาศ แม้จะมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพอย่างเห็นได้ชัด แต่ก็ค่อนข้างปลอดภัย แต่เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้ไอน้ำแรงดันต่ำ ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับเทคโนโลยีหม้อไอน้ำระดับต่ำทั่วไปในศตวรรษที่ 18 กำลังของเครื่องจักรถูกจำกัดด้วยแรงดันไอน้ำต่ำ ขนาดกระบอกสูบ อัตราการเผาไหม้เชื้อเพลิงและการระเหยของน้ำในหม้อไอน้ำ ตลอดจนขนาดของคอนเดนเซอร์ ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีสูงสุดจำกัดด้วยความแตกต่างของอุณหภูมิที่ค่อนข้างเล็กทั้งสองด้านของลูกสูบ ทำให้เครื่องดูดสูญญากาศสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมมีขนาดใหญ่เกินไปและมีราคาแพง
การบีบอัด
หน้าต่างทางออกของกระบอกสูบของเครื่องยนต์ไอน้ำปิดเร็วกว่าที่ลูกสูบจะไปถึงตำแหน่งสุดขั้วเล็กน้อย ซึ่งทำให้มีไอน้ำไอเสียจำนวนหนึ่งอยู่ในกระบอกสูบ ซึ่งหมายความว่ามีเฟสการบีบอัดในวงจรการทำงาน ซึ่งเรียกว่า "เบาะไอน้ำ" ซึ่งทำให้การเคลื่อนที่ของลูกสูบในตำแหน่งที่รุนแรงช้าลง นอกจากนี้ยังช่วยลดแรงดันตกกะทันหันที่จุดเริ่มต้นของเฟสไอดีเมื่อไอน้ำสดเข้าสู่กระบอกสูบ
ก้าวหน้า
เอฟเฟกต์ที่อธิบายไว้ของ "เบาะรองไอน้ำ" ยังได้รับการปรับปรุงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าการรับไอน้ำสดเข้าสู่กระบอกสูบเริ่มต้นค่อนข้างเร็วกว่าที่ลูกสูบจะไปถึงตำแหน่งสิ้นสุดนั่นคือมีการรับล่วงหน้าบางส่วน การเคลื่อนไปข้างหน้านี้มีความจำเป็นเพื่อให้ก่อนที่ลูกสูบจะเริ่มจังหวะการทำงานภายใต้การกระทำของไอน้ำสด ไอน้ำจะมีเวลาเติมช่องว่างตายที่เกิดขึ้นจากระยะก่อนหน้า กล่าวคือ ช่องทางไอดีและไอเสีย ปริมาตรของกระบอกสูบที่ไม่ได้ใช้สำหรับการเคลื่อนที่ของลูกสูบ
นามสกุลง่าย
การขยายตัวอย่างง่ายถือว่าไอน้ำใช้งานได้เฉพาะเมื่อขยายตัวในกระบอกสูบ และไอน้ำไอเสียจะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยตรงหรือเข้าสู่คอนเดนเซอร์พิเศษ ในกรณีนี้ สามารถใช้ความร้อนที่เหลือของไอน้ำได้ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ความร้อนแก่ห้องหรือยานพาหนะ ตลอดจนสำหรับการอุ่นน้ำที่เข้าสู่หม้อไอน้ำ
สารประกอบ
ในระหว่างกระบวนการขยายในกระบอกสูบของเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง อุณหภูมิของไอน้ำจะลดลงตามสัดส่วนของการขยายตัว เนื่องจากในกรณีนี้ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน (กระบวนการอะเดียแบติก) ปรากฎว่าไอน้ำเข้าสู่กระบอกสูบด้วยอุณหภูมิที่สูงกว่าที่ปล่อยออกมา ความผันผวนของอุณหภูมิดังกล่าวในกระบอกสูบทำให้ประสิทธิภาพของกระบวนการลดลง
หนึ่งในวิธีการจัดการกับความแตกต่างของอุณหภูมินี้ถูกเสนอในปี 1804 โดยวิศวกรชาวอังกฤษ Arthur Wolfe ผู้จดสิทธิบัตร เครื่องทำไอน้ำผสมแรงดันสูง Wolfe... ในเครื่องนี้ ไอน้ำที่อุณหภูมิสูงจากหม้อต้มไอน้ำถูกป้อนเข้าไปในกระบอกสูบแรงดันสูง และหลังจากนั้น ไอน้ำที่ระบายออกมาด้วยอุณหภูมิและความดันที่ต่ำกว่าก็เข้าสู่กระบอกสูบแรงดันต่ำ (หรือกระบอกสูบ) ซึ่งลดความแตกต่างของอุณหภูมิในแต่ละกระบอกสูบ ซึ่งโดยทั่วไปจะลดการสูญเสียอุณหภูมิและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องยนต์ไอน้ำ ไอน้ำแรงดันต่ำมีปริมาตรที่มากกว่า ดังนั้นจึงต้องใช้ปริมาตรกระบอกสูบที่มากขึ้น ดังนั้น ในเครื่องจักรผสม กระบอกสูบแรงดันต่ำจึงมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า (และบางครั้งก็ยาวกว่า) กว่ากระบอกสูบแรงดันสูง
สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการขยายตัวสองครั้งเนื่องจากการขยายตัวของไอน้ำเกิดขึ้นในสองขั้นตอน บางครั้งกระบอกสูบแรงดันสูงหนึ่งกระบอกอาจสัมพันธ์กับกระบอกสูบแรงดันต่ำสองกระบอก ส่งผลให้มีกระบอกสูบสามกระบอกที่มีขนาดใกล้เคียงกัน การจัดเรียงนี้ทำให้สมดุลได้ง่ายขึ้น
เครื่องผสมสองสูบสามารถจำแนกได้ดังนี้:
- ครอสคอมพาวด์- กระบอกสูบตั้งอยู่เคียงข้างกันท่อไอน้ำถูกข้าม
- สารประกอบตีคู่- กระบอกสูบเป็นแบบอนุกรมและใช้ก้านเดียว
- สารประกอบมุม- กระบอกสูบทำมุมเข้าหากัน โดยปกติ 90 องศา และทำงานบนข้อเหวี่ยงตัวเดียว
หลังจากทศวรรษที่ 1880 เครื่องยนต์ไอน้ำแบบผสมเริ่มแพร่หลายในการผลิตและการขนส่ง และกลายเป็นเครื่องยนต์ประเภทเดียวที่ใช้กับเรือกลไฟได้จริง การใช้รถจักรไอน้ำไม่แพร่หลายนักเนื่องจากยากเกินไปส่วนหนึ่งเป็นเพราะสภาพการทำงานของเครื่องยนต์ไอน้ำในการขนส่งทางรถไฟทำได้ยาก แม้ว่าตู้รถไฟแบบผสมไม่เคยกลายเป็นปรากฏการณ์มวลชน (โดยเฉพาะในสหราชอาณาจักรซึ่งหายากมากและไม่ได้ใช้เลยหลังจากทศวรรษที่ 1930) พวกเขาได้รับความนิยมในหลายประเทศ
ส่วนขยายหลายรายการ
แผนภาพอย่างง่ายของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบขยายสามส่วน
ไอน้ำแรงดันสูง (สีแดง) จากหม้อไอน้ำไหลผ่านตัวเครื่อง โดยปล่อยให้คอนเดนเซอร์อยู่ที่แรงดันต่ำ (สีน้ำเงิน)
การพัฒนาเชิงตรรกะของโครงร่างแบบผสมคือการเพิ่มขั้นตอนการขยายเพิ่มเติมเข้าไปซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน ผลที่ได้คือรูปแบบการขยายหลายแบบที่เรียกว่าเครื่องขยายสามหรือสี่เท่า เครื่องยนต์ไอน้ำเหล่านี้ใช้กระบอกสูบแบบ double-acting ซึ่งปริมาตรจะเพิ่มขึ้นตามแต่ละขั้นตอน บางครั้ง แทนที่จะเพิ่มปริมาตรของกระบอกสูบแรงดันต่ำ ก็มีการใช้จำนวนเพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับเครื่องจักรผสมบางรุ่น
ภาพทางด้านขวาแสดงการทำงานของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบขยายสามส่วน ไอน้ำไหลผ่านตัวรถจากซ้ายไปขวา บล็อกวาล์วของแต่ละกระบอกสูบตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของกระบอกสูบที่เกี่ยวข้อง
การเกิดขึ้นของเครื่องยนต์ไอน้ำประเภทนี้มีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับกองเรือ เนื่องจากข้อกำหนดด้านขนาดและน้ำหนักสำหรับยานพาหนะบนเรือไม่เข้มงวดมากนัก และที่สำคัญที่สุด รูปแบบดังกล่าวทำให้สามารถใช้คอนเดนเซอร์ที่ส่งกลับไอน้ำเสียใน รูปแบบของ น้ำจืดกลับไปที่หม้อไอน้ำ (ใช้เค็ม น้ำทะเลไม่สามารถจ่ายไฟให้กับหม้อไอน้ำได้) เครื่องยนต์ไอน้ำแบบใช้ภาคพื้นดินมักไม่มีปัญหากับการจ่ายน้ำ ดังนั้นจึงสามารถปล่อยไอน้ำเสียออกสู่บรรยากาศได้ ดังนั้นรูปแบบดังกล่าวจึงมีความเกี่ยวข้องน้อยกว่าสำหรับพวกเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากความซับซ้อน ขนาดและน้ำหนัก การครอบงำของเครื่องยนต์ไอน้ำแบบขยายหลายตัวสิ้นสุดลงด้วยการเกิดขึ้นและการใช้กังหันไอน้ำอย่างแพร่หลายเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กังหันไอน้ำสมัยใหม่ใช้หลักการเดียวกันในการแบ่งการไหลออกเป็นกระบอกสูบแรงดันสูง ปานกลาง และต่ำ
เครื่องอบไอน้ำแบบไหลตรง
เครื่องยนต์ไอน้ำแบบไหลตรงเกิดขึ้นจากความพยายามที่จะเอาชนะข้อเสียเปรียบประการหนึ่งในเครื่องยนต์ไอน้ำที่มีการจ่ายไอน้ำแบบเดิม ความจริงก็คือไอน้ำในเครื่องยนต์ไอน้ำทั่วไปเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากใช้หน้าต่างเดียวกันในแต่ละด้านของกระบอกสูบสำหรับทั้งทางเข้าและทางออกของไอน้ำ เมื่อไอน้ำเสียออกจากกระบอกสูบจะทำให้ผนังและช่องจ่ายไอน้ำเย็นลง ไอน้ำสดจึงใช้พลังงานส่วนหนึ่งในการให้ความร้อนซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง เครื่องยนต์ไอน้ำแบบไหลตรงมีพอร์ตเพิ่มเติม ซึ่งเปิดโดยลูกสูบเมื่อสิ้นสุดแต่ละเฟส และไอน้ำจะออกจากกระบอกสูบ ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรเมื่อไอน้ำเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว และการไล่ระดับอุณหภูมิของผนังกระบอกสูบยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากหรือน้อย เครื่องรีดตรงการขยายตัวแบบเดี่ยวมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับเครื่องผสมที่มีการจ่ายไอน้ำแบบทั่วไป นอกจากนี้ กังหันไอน้ำยังสามารถทำงานได้ที่ความเร็วสูงกว่า ดังนั้นก่อนการกำเนิดกังหันไอน้ำ กังหันไอน้ำจึงมักใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ต้องการความเร็วสูง
เครื่องยนต์ไอน้ำแบบไดเร็คโฟลว์มีทั้งแบบเดี่ยวและแบบคู่
กังหันไอน้ำ
กังหันไอน้ำคือชุดของจานหมุนที่ติดตั้งบนแกนเดียว เรียกว่าโรเตอร์เทอร์ไบน์ และชุดของดิสก์แบบอยู่กับที่ซึ่งยึดกับฐานซึ่งเรียกว่าสเตเตอร์ แผ่นโรเตอร์มีใบมีดอยู่ด้านนอก ไอน้ำจะถูกส่งไปยังใบมีดเหล่านี้และหมุนแผ่นดิสก์ แผ่นสเตเตอร์มีใบพัดที่คล้ายกัน โดยตั้งไว้ที่มุมตรงข้าม ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนเส้นทางการไหลของไอน้ำไปยังดิสก์โรเตอร์ต่อไปนี้ แผ่นโรเตอร์แต่ละแผ่นและแผ่นสเตเตอร์ที่เกี่ยวข้องกันจะเรียกว่าสเตจเทอร์ไบน์ จำนวนและขนาดของขั้นตอนของกังหันแต่ละอันถูกเลือกในลักษณะที่จะใช้พลังงานที่มีประโยชน์ของไอน้ำให้เกิดประโยชน์สูงสุดด้วยความเร็วและแรงดันเดียวกันกับที่จ่ายให้กับกังหัน ไอน้ำเสียที่ออกจากเทอร์ไบน์เข้าสู่คอนเดนเซอร์ กังหันหมุนด้วยความเร็วสูงมาก ดังนั้นจึงมักใช้การส่งสัญญาณลดขนาดพิเศษเมื่อถ่ายโอนการหมุนไปยังอุปกรณ์อื่น นอกจากนี้ กังหันไม่สามารถเปลี่ยนทิศทางของการหมุนได้ และมักต้องการกลไกการย้อนกลับเพิ่มเติม (บางครั้งใช้ขั้นตอนเพิ่มเติมของการหมุนย้อนกลับ)
กังหันแปลงพลังงานไอน้ำเป็นการหมุนโดยตรง และไม่ต้องการกลไกเพิ่มเติมในการแปลงการเคลื่อนที่แบบลูกสูบเป็นการหมุน นอกจากนี้ เทอร์ไบน์ยังมีขนาดกะทัดรัดกว่าเครื่องลูกสูบและมีแรงคงที่บนเพลาส่งออก เนื่องจากเทอร์ไบน์มีการออกแบบที่เรียบง่ายกว่า จึงมักต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า
เครื่องยนต์ไอน้ำประเภทอื่นๆ
แอปพลิเคชัน
เครื่องอบไอน้ำสามารถจำแนกได้ตามการใช้งานดังนี้:
เครื่องเครื่องเขียน
ค้อนไอน้ำ
เครื่องจักรไอน้ำในโรงงานน้ำตาลเก่า คิวบา
เครื่องทำไอน้ำแบบอยู่กับที่สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามโหมดการใช้งาน:
- เครื่องปรับความเร็วรอบ ซึ่งรวมถึงเครื่องรีด กว้านไอน้ำ และอื่นๆ ที่คล้ายกัน ซึ่งต้องหยุดบ่อยครั้งและเปลี่ยนทิศทางการหมุน
- เครื่องจ่ายไฟที่แทบจะไม่หยุดและไม่ควรเปลี่ยนทิศทางการหมุน ซึ่งรวมถึงมอเตอร์ไฟฟ้าในโรงไฟฟ้า เช่นเดียวกับมอเตอร์อุตสาหกรรมที่ใช้ในโรงงาน โรงงาน และรางเคเบิล ก่อนที่จะมีการใช้แรงดึงไฟฟ้าอย่างแพร่หลาย เครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานต่ำใช้กับโมเดลทางทะเลและในอุปกรณ์พิเศษ
เครื่องกว้านไอน้ำโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นมอเตอร์แบบอยู่กับที่ แต่มันถูกติดตั้งบนโครงฐานเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายได้ สามารถยึดด้วยสายเคเบิลไปยังจุดยึดและเคลื่อนย้ายด้วยการลากไปยังที่ใหม่
ยานพาหนะขนส่ง
เครื่องยนต์ไอน้ำถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะประเภทต่างๆ ได้แก่:
- ยานพาหนะทางบก:
- รถไอน้ำ
- รถแทรกเตอร์ไอน้ำ
- รถขุดไอน้ำและแม้กระทั่ง
- เครื่องบินไอน้ำ.
ในรัสเซีย รถจักรไอน้ำที่ปฏิบัติการครั้งแรกถูกสร้างขึ้นโดย E. A. และ M. E. Cherepanov ที่โรงงาน Nizhne-Tagil ในปี 1834 เพื่อขนส่งแร่ เขาพัฒนาความเร็ว 13 รอบต่อชั่วโมงและขนส่งสินค้ามากกว่า 200 pood (3.2 ตัน) ความยาวของทางรถไฟสายแรก 850 ม.
ข้อดีของเครื่องยนต์ไอน้ำ
ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ไอน้ำคือสามารถใช้แหล่งความร้อนเกือบทุกชนิดเพื่อแปลงเป็นงานกล ซึ่งแตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งแต่ละประเภทต้องใช้เชื้อเพลิงเฉพาะประเภท ข้อได้เปรียบนี้เห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อใช้พลังงานนิวเคลียร์ เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไม่สามารถสร้างพลังงานกลได้ แต่ผลิตได้เพียงความร้อน ซึ่งใช้ในการผลิตไอน้ำที่ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ไอน้ำ (โดยปกติคือกังหันไอน้ำ) นอกจากนี้ยังมีแหล่งความร้อนอื่นๆ ที่ไม่สามารถใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในได้ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ทิศทางที่น่าสนใจคือการใช้พลังงานของความแตกต่างของอุณหภูมิของมหาสมุทรโลกที่ระดับความลึกต่างกัน
เครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์สเตอร์ลิง ก็มีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งสามารถให้ประสิทธิภาพสูงมาก แต่มีน้ำหนักและขนาดที่ใหญ่กว่าเครื่องยนต์ไอน้ำสมัยใหม่อย่างมีนัยสำคัญ
รถจักรไอน้ำทำงานได้ดีที่ระดับความสูง เนื่องจากประสิทธิภาพไม่ลดลงเนื่องจากความกดอากาศต่ำ ปัจจุบันยังคงใช้รถจักรไอน้ำในพื้นที่ภูเขาของละตินอเมริกา แม้ว่าในพื้นที่ราบจะถูกแทนที่ด้วยตู้ระเนระนาดที่ทันสมัยกว่าก็ตาม
ในสวิตเซอร์แลนด์ (Brienz Rothhorn) และออสเตรีย (Schafberg Bahn) รถจักรไอน้ำแบบแห้งใหม่ได้พิสูจน์คุณค่าของพวกเขาแล้ว รถจักรไอน้ำประเภทนี้ได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของรุ่น Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) โดยมีการปรับปรุงที่ทันสมัยมากมาย เช่น การใช้ตลับลูกปืนลูกกลิ้ง ฉนวนกันความร้อนที่ทันสมัย การเผาไหม้เศษส่วนของน้ำมันเบา สายไอน้ำที่ได้รับการปรับปรุง เป็นต้น ... เป็นผลให้หัวรถจักรเหล่านี้มีการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง 60% และความต้องการการบำรุงรักษาลดลงอย่างมาก คุณสมบัติทางเศรษฐกิจของหัวรถจักรดังกล่าวเทียบได้กับหัวรถจักรดีเซลและไฟฟ้าในปัจจุบัน
นอกจากนี้ รถจักรไอน้ำยังมีน้ำหนักเบากว่าดีเซลและไฟฟ้าอย่างมาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อทางรถไฟบนภูเขา ลักษณะเฉพาะของเครื่องยนต์ไอน้ำคือไม่จำเป็นต้องมีเกียร์ส่งกำลังโดยตรงไปยังล้อ
ประสิทธิภาพ
ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (ประสิทธิภาพ) ของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของงานทางกลที่มีประโยชน์ต่อปริมาณความร้อนที่ใช้ไปในเชื้อเพลิง พลังงานที่เหลือจะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมในรูปความร้อน ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนคือ
ประวัติของเครื่องจักรไอน้ำย้อนไปถึงศตวรรษที่ 1 เมื่อนกกระสาแห่งอเล็กซานเดรียบรรยายเกี่ยวกับไอโอลิพิลเป็นครั้งแรก มากกว่า 1,500 ปีต่อมา ในปี ค.ศ. 1551 ทากิยุดดิน อัช-ชามี นักวิทยาศาสตร์ชาวออตโตมัน บรรยายถึงกังหันโบราณที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ และในปี 1629 จิโอวานนี บรังกาเป็นผู้ค้นพบที่คล้ายกัน อุปกรณ์เหล่านี้คือเครื่องพ่นไอน้ำหรือเฟืองขนาดเล็ก โดยพื้นฐานแล้ว นักประดิษฐ์ใช้การออกแบบดังกล่าวเพื่อแสดงพลังของไอน้ำ และเพื่อพิสูจน์ว่าไม่ควรมองข้าม
ในช่วงทศวรรษ 1700 นักขุดต้องเผชิญกับความท้าทายที่ร้ายแรง นั่นคือความต้องการสูบน้ำจากเหมืองลึก พลังไอน้ำแบบเดียวกันก็เข้ามาช่วย ด้วยความช่วยเหลือของพลังงานไอน้ำทำให้สามารถสูบน้ำออกจากเหมืองได้ แอปพลิเคชั่นนี้เปิดเผยศักยภาพของไอน้ำและนำไปสู่การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำปรากฏขึ้นในภายหลัง หลักการสำคัญที่อยู่เบื้องหลังเครื่องยนต์ไอน้ำคือการ "ควบแน่นไอน้ำเพื่อสร้างสุญญากาศบางส่วน"
Thomas Severi และเครื่องยนต์อุตสาหกรรมเครื่องแรก
Thomas Severi ได้ประดิษฐ์เครื่องสูบไอน้ำขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1698 เพื่อสูบน้ำออก สิ่งประดิษฐ์นี้มักเรียกกันว่า "รถดับเพลิง" หรือ "รถดับเพลิง" ปั๊มไอน้ำซึ่งจดสิทธิบัตรโดย Severi ทำงานด้วยน้ำเดือดจนเปลี่ยนเป็นไอน้ำโดยสมบูรณ์ จากนั้นไอน้ำแต่ละหยดก็พุ่งเข้าไปในถังและเกิดสุญญากาศขึ้นในภาชนะซึ่งเดิมมีน้ำอยู่ สูญญากาศนี้ใช้สูบน้ำจากเหมืองลึก แต่การตัดสินใจกลับกลายเป็นเพียงชั่วคราว เนื่องจากพลังงานไอน้ำเพียงพอที่จะสูบน้ำจากระดับความลึกหลายเมตรเท่านั้น ข้อเสียอีกประการของการออกแบบนี้คือการใช้แรงดันไอน้ำเพื่อระบายน้ำที่ดูดเข้าไปในถัง แรงดันหม้อไอน้ำสูงเกินไป ทำให้เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง
เครื่องจักรแรงดันต่ำ
การใช้ถ่านหินที่สูงซึ่งมีอยู่ในเครื่องยนต์ไอน้ำของ Newcomen นั้นลดลงด้วยนวัตกรรมของ James Watt กระบอกสูบของเครื่องแรงดันต่ำติดตั้งระบบป้องกันความร้อน คอนเดนเซอร์แยก และกลไกการระบายน้ำสำหรับน้ำกลั่น ดังนั้นการใช้ถ่านหินในเครื่องจักรแรงดันต่ำจึงลดลงมากกว่า 50%
Ivan Polzunov และเครื่องจักรไอน้ำสองสูบแรก
เครื่องจักรไอน้ำของรัสเซียเครื่องแรกถูกคิดค้นโดย Ivan Polzunov เครื่องยนต์ไอน้ำสองสูบมีกำลังมากกว่าเครื่องยนต์ดูดอากาศตามธรรมชาติของอังกฤษ พวกมันมีกำลังถึง 24 กิโลวัตต์ แบบจำลองของเครื่องจักรไอน้ำสองสูบของ Polzunov จัดแสดงในพิพิธภัณฑ์ Barnaul
เครื่องจักรไอน้ำของ Thomas Newcomen
ในปี ค.ศ. 1712 Thomas Newcomen ได้ประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำซึ่งประสบความสำเร็จอย่างมากจากมุมมองเชิงปฏิบัติ โมเดลของเขาประกอบด้วยลูกสูบหรือกระบอกสูบที่ขับเคลื่อนบล็อกไม้ขนาดใหญ่เพื่อเริ่มปั๊มน้ำ การเคลื่อนตัวถอยหลังในรถเกิดจากแรงโน้มถ่วง ซึ่งผลักส่วนท้ายของดาดฟ้าลงมาจากด้านปั๊ม เครื่องของ Newcomen ใช้งานมา 50 ปีแล้ว จากนั้นได้รับการยอมรับว่าไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากต้องใช้พลังงานจำนวนมากสำหรับการทำงานแบบแอคทีฟ จำเป็นต้องทำให้กระบอกสูบอุ่นขึ้นเนื่องจากเย็นลงอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นผลมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจำนวนมาก
การปรับปรุงโดย James Watt
James Watt ปฏิวัติประวัติศาสตร์ของเครื่องยนต์ไอน้ำโดยแนะนำคอนเดนเซอร์ที่แยกจากกันในการออกแบบดั้งเดิม เขาแนะนำนวัตกรรมนี้ในปี พ.ศ. 2308 แต่เพียง 11 ปีต่อมาก็เป็นไปได้ที่จะบรรลุการออกแบบที่สามารถใช้ได้ใน ระดับอุตสาหกรรม... ที่สุด ปัญหาใหญ่ในการดำเนินการตามแนวคิดของวัตต์ประกอบด้วยเทคโนโลยีการสร้างลูกสูบขนาดใหญ่เพื่อรักษาปริมาณสูญญากาศที่ต้องการ แต่ในไม่ช้าเทคโนโลยีก็มีความก้าวหน้าอย่างมาก และทันทีที่สิทธิบัตรได้รับเงินทุนเพียงพอ เครื่องยนต์ไอน้ำของ Watt ก็เริ่มถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในทางรถไฟและเรือ ในสหรัฐอเมริกา มีรถยนต์มากกว่า 60,000 คันที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำตั้งแต่ปี พ.ศ. 2440 ถึง พ.ศ. 2470
เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง
ในปี 1800 Richard Trevithick ได้ประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำแรงดันสูง เมื่อเทียบกับการออกแบบเครื่องจักรไอน้ำที่คิดค้นขึ้นก่อนหน้านี้ ตัวเลือกนี้มีประสิทธิภาพมากที่สุด แต่ความสำเร็จที่แท้จริงคือการออกแบบที่เสนอโดยโอลิเวอร์ อีแวนส์ มีพื้นฐานมาจากแนวคิดในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ด้วยไอน้ำ มากกว่าการควบแน่นของไอน้ำเพื่อสร้างสุญญากาศ อีแวนส์คิดค้นเครื่องยนต์ไอน้ำแรงดันสูงแบบไม่ควบแน่นเครื่องแรกในปี 1805 รถจอดนิ่งและพัฒนา 30 รอบต่อนาที เดิมทีเครื่องนี้ใช้ขับเลื่อย เครื่องจักรดังกล่าวได้รับการสนับสนุนจากถังเก็บน้ำขนาดใหญ่ ซึ่งได้รับความร้อนจากแหล่งความร้อนที่วางอยู่ใต้ถังโดยตรง ซึ่งทำให้สามารถผลิตไอน้ำในปริมาณที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในไม่ช้า เครื่องยนต์ไอน้ำเหล่านี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในเรือยนต์และบนรถไฟ ในปี 1802 และ 1829 ตามลำดับ เกือบครึ่งศตวรรษต่อมา รถจักรไอน้ำคันแรกก็ปรากฏตัวขึ้น Charles Algernon Parsons เป็นผู้ประดิษฐ์กังหันไอน้ำเครื่องแรกในปี 1880 ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์ไอน้ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์และการต่อเรือ
เครื่องยนต์ไอน้ำคอร์นิช
Richard Trevetik พยายามปรับปรุงปั๊มไอน้ำที่คิดค้นโดย Watt มันถูกดัดแปลงเพื่อใช้ในหม้อคอร์นิชที่คิดค้นโดย Treveticus ประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำคอร์นิชได้รับการปรับปรุงอย่างมากโดย William Sims, Arthur Wolfe และ Samuel Gruz เครื่องยนต์ไอน้ำคอร์นิชที่ปรับปรุงใหม่ประกอบด้วยท่อหุ้มฉนวน เครื่องยนต์ และหม้อไอน้ำเพื่อประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น
ติดต่อกับ
เครื่องจักรไอน้ำสุญญากาศสองสูบเครื่องแรกในรัสเซียได้รับการออกแบบโดยช่าง I.I. Polzunov ในปี 1763 และสร้างขึ้นในปี 1764 ใน Barnaul James Watt ซึ่งเป็นสมาชิกของคณะกรรมการเพื่อยอมรับการประดิษฐ์ของ Polzunov ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2327 ในลอนดอนได้รับสิทธิบัตรสำหรับเครื่องจักรไอน้ำและถือเป็นผู้ประดิษฐ์!Polzunov, Ivan Ivanovich
- ช่างซ่อมเครื่องยนต์ไอน้ำเครื่องแรกในรัสเซีย ลูกชายของทหารของ บริษัท ภูเขา Yekaterinburg เขาเข้าโรงเรียนเลขคณิต Yekaterinburg เมื่ออายุสิบปีซึ่งเขาจบการศึกษาจากหลักสูตรด้วยยศนักศึกษาเครื่องกล ในบรรดาคนหนุ่มสาวหลายคน Polzunov ถูกส่งไปยัง Barnaul เพื่อไปยังโรงงานทำเหมืองของรัฐซึ่งในปี 1763 เขาเป็น shikhtmeister Polzunov มีส่วนร่วมในการก่อสร้างเครื่องจักรด้วยเครื่องยนต์น้ำที่ใช้ในโรงถลุงแร่และเหมืองแร่ ดึงความสนใจไปที่ความยากลำบากในการจัดเครื่องจักรดังกล่าวในพื้นที่ห่างไกลจากแม่น้ำ และตัดสินใจใช้ไอน้ำเป็นเครื่องยนต์ มีหลักฐานบางอย่างที่ชี้ให้เห็นว่าความคิดนี้ไม่ได้มาหาเขาอย่างอิสระ แต่อยู่ภายใต้อิทธิพลของหนังสือของ Schlatter: "คำแนะนำที่ครอบคลุมสำหรับธุรกิจแร่" (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก 1760) ในบทที่สิบซึ่งมีคำอธิบายแรกของ เครื่องจักรไอน้ำ คือ เครื่องจักร ซึ่งพิมพ์เป็นภาษา Russian Newcomen Polzunov ใช้ความคิดของเขาอย่างกระตือรือร้นเริ่มศึกษาความแรงและคุณสมบัติของไอน้ำวาดรูปสร้างแบบจำลอง หลังจากแน่ใจว่าหลังจากการวิจัยและการทดลองเป็นเวลานานว่าเป็นไปได้ที่จะแทนที่แรงผลักดันของน้ำด้วยไอน้ำและพิสูจน์บนแบบจำลอง Polzunov ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2306 หันไปหาหัวหน้าโรงงาน Kolyvano-Voskresensk พลตรี AI Poroshin ด้วย จดหมายฉบับหนึ่งซึ่งหลังจากกำหนดแรงจูงใจที่กระตุ้นให้เขาค้นหากองกำลังใหม่ เขาขอเงินทุนเพื่อสร้าง "เครื่องจักรที่ร้อนแรง" ที่เขาคิดค้นขึ้น เกี่ยวกับโครงการของ Polzunov ถูกรายงานไปยังคณะรัฐมนตรีของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวพร้อมกับคำร้องขอให้ปล่อยเงินที่จำเป็นสำหรับการก่อสร้างรถยนต์ ตามรายงานของคณะรัฐมนตรีมีพระราชกฤษฎีกาของ Catherine II ซึ่งเธอ "ให้กำลังใจอย่างมาก" มอบ Polzunov ให้กับช่างเครื่องด้วยเงินเดือนและยศกัปตันวิศวกรสั่งให้ออก 400 รูเบิลเป็นรางวัล . และชี้ให้เห็นว่า "ถ้าไม่จำเป็นที่โรงงานก็ส่งเงินไปที่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กด้วยเงิน" เป็นเวลาสองหรือสามปีไปที่ Academy of Sciences เพื่อเติมเต็มการศึกษา แต่ทางการไม่ได้ปล่อยตัว Polzunov และขอให้ส่งตัวเขาไปที่ Academy of Sciences สักระยะเพื่อยกเลิก "เพราะที่นี่ ในการที่จะนำเครื่องนั้นมาปฏิบัติเป็นคู่ มีความจำเป็นอย่างยิ่ง" ด้วยเหตุนี้ Polzunov ต้องอยู่ในไซบีเรียจนกว่าจะสิ้นสุดคดี ก่อนหน้านั้นการออก 400 รูเบิลดังกล่าวก็ถูกเลื่อนออกไปเช่นกัน ตามการประเมินที่เสนอโดยเขา จำนวนเงินและวัสดุที่จำเป็นถูกปล่อยให้เขา และเขาได้รับโอกาสในการเริ่มการก่อสร้าง 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2308 โปลซูนอฟได้รายงานแล้วว่า งานเตรียมการแล้วเสร็จและจะเริ่มเดินเครื่องในเดือนตุลาคมปีเดียวกัน แต่คราวนี้รถยังไม่พร้อม ปัญหาที่คาดไม่ถึงมากมายและความไร้ประสบการณ์ของคนงานทำให้งานคืบหน้าช้าลง นอกจากนี้ วัสดุจำนวนมากที่จำเป็นในการสร้างรถไม่สามารถหาได้ในไซบีเรีย ฉันต้องเขียนจดหมายจากเยคาเตรินเบิร์กและรอการจัดส่งภายในหลายเดือน ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2308 Polzunov ทำรถเสร็จโดยใช้เงินไป 7435 รูเบิล 51 kopecks อย่างไรก็ตาม เขาไม่เห็นการประดิษฐ์ของเขาใช้งานจริง การทดสอบรถมีกำหนดที่ Barnaul เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2309 และในวันที่ 16 พฤษภาคมของปีเดียวกัน Polzunov เสียชีวิตแล้ว "จากกล่องเสียงเลือดออกรุนแรง" เครื่องของ Polzunov ภายใต้การแนะนำของนักเรียน Levzin และ Chernitsin ละลาย 9335 p แร่ Zmeenogorsk ใน Barnaul ภายในสองเดือน แต่ในไม่ช้าการดำเนินการใน Barnaul ก็ถูกยกเลิก "โดยไม่จำเป็น" และไม่มีข้อมูลว่าใช้กับสิ่งเหล่านั้นหรือไม่ ที่ไม่มีเครื่องยนต์พลังน้ำ โรงงาน Zmeinogorsk และเหมือง Semenovsky ซึ่งเดิมทีนักประดิษฐ์และผู้บังคับบัญชาของเขาตั้งใจไว้เดิมที ในปี ค.ศ. 1780 "สร้างโดย Polzunov เครื่องจักรและโครงสร้างทำงานเป็นคู่ถูกทำลาย " พิพิธภัณฑ์เหมืองแร่ Barnaul มีโมเดลรถของ Polzunov Polzunov ไม่เป็นที่รู้จักอย่างที่บางคนเป็นเกียรติในการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรก อย่างไรก็ตาม รถของ Polzunov เป็นเครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกที่สร้างขึ้นในรัสเซียและไม่ได้รับคำสั่งจากต่างประเทศ การใช้เครื่องจักรไอน้ำในปี พ.ศ. 2308 ไม่ใช่เพื่อการยกน้ำ แต่เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรมอื่น ควรถือเป็นการประดิษฐ์ที่เป็นอิสระ เนื่องจากในอังกฤษ การใช้เครื่องยนต์ไอน้ำสำหรับการฉีดอากาศครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2308 เท่านั้น
การสะสมความรู้เชิงปฏิบัติใหม่ในศตวรรษที่ 16 - 17 นำไปสู่การเพิ่มความคิดของมนุษย์ที่ไม่เคยได้ยินมาก่อน เครื่องหมุนวงล้อน้ำและลม ตั้งเครื่องสูบลม ช่วยให้นักโลหะวิทยายกแร่จากเหมือง กล่าวคือ ที่มือมนุษย์ไม่สามารถรับมือกับงานหนักได้ พลังงานของน้ำและลมเข้ามาช่วย ความสำเร็จหลักของเทคโนโลยีในสมัยนั้นไม่ได้เกิดจากนักวิทยาศาสตร์และวิทยาศาสตร์มากนักเนื่องจากการทำงานที่อุตสาหะของนักประดิษฐ์ที่มีทักษะ ความสำเร็จในเทคโนโลยีการขุดในการสกัดแร่และแร่ธาตุต่าง ๆ นั้นยอดเยี่ยมมาก จำเป็นต้องยกแร่ที่ขุดได้หรือถ่านหินออกจากเหมือง สูบน้ำบาดาลที่ท่วมพัฒนาตลอดเวลา จ่ายอากาศไปยังเหมืองตลอดเวลา และต้องใช้แรงงานจำนวนมากอีกหลายอย่างเพื่อให้การขุดไม่หยุด . ดังนั้น อุตสาหกรรมที่กำลังพัฒนาจึงต้องการพลังงานมากขึ้นเรื่อยๆ และสามารถจัดหาได้ในสมัยนั้นโดยหลักกังหันน้ำ พวกเขาได้เรียนรู้ที่จะสร้างพลังมากพอแล้ว เนื่องด้วยกำลังของล้อที่เพิ่มขึ้น ทำให้มีการใช้โลหะมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับเพลาและชิ้นส่วนอื่นๆ ในฝรั่งเศส ริมแม่น้ำแซน ในปี 1682 อาจารย์ R. Salem ภายใต้การนำของ A. de Ville ได้สร้างการติดตั้งที่ใหญ่ที่สุดในเวลานั้น ประกอบด้วยล้อ 13 ล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 ม. ซึ่งทำหน้าที่ขับเคลื่อนปั๊มมากกว่า 200 ตัวที่ จัดหาน้ำให้สูงกว่า 160 ม. และจัดหาน้ำสำหรับน้ำพุที่แวร์ซายและมาร์ลี โรงสีฝ้ายแห่งแรกใช้มอเตอร์ไฮดรอลิก เครื่องปั่นด้ายของ Arkwright ใช้พลังงานน้ำตั้งแต่เริ่มต้น อย่างไรก็ตาม กังหันน้ำสามารถติดตั้งได้เฉพาะในแม่น้ำเท่านั้น ควรให้น้ำไหลเต็มที่และเร็ว และหากโรงงานทอผ้าหรือโรงงานโลหะยังสามารถสร้างขึ้นบนฝั่งแม่น้ำได้ ก็จะต้องพัฒนาแหล่งแร่หรือตะเข็บถ่านหินเฉพาะในสถานที่ที่เกิดเท่านั้น และพลังงานก็จำเป็นเช่นกันในการสูบน้ำบาดาลที่ท่วมท้นเหมืองและยกแร่หรือถ่านหินที่ขุดขึ้นสู่ผิวน้ำ ดังนั้นในเหมืองที่ห่างไกลจากแม่น้ำจึงจำเป็นต้องใช้พลังของสัตว์เท่านั้น
เจ้าของเหมืองในอังกฤษในปี 1702 ต้องเก็บม้าไว้ 500 ตัว เพื่อใช้งานเครื่องสูบน้ำที่สูบน้ำออกจากเหมือง ซึ่งไม่เป็นประโยชน์อย่างยิ่ง
อุตสาหกรรมที่กำลังพัฒนาต้องการเครื่องยนต์ที่ทรงพลังชนิดใหม่ ซึ่งจะทำให้สามารถสร้างการผลิตได้ทุกที่ แรงผลักดันแรกสำหรับการสร้างเครื่องยนต์ใหม่ที่สามารถทำงานได้ทุกที่ ไม่ว่าจะมีแม่น้ำอยู่ใกล้ๆ หรือไม่ก็ตาม คือความต้องการปั๊มและลิฟต์ในโลหะวิทยาและเหมืองแร่อย่างแม่นยำ
มนุษย์รู้จักความสามารถของไอน้ำในการทำงานเชิงกล ร่องรอยแรกของการใช้ไอน้ำอย่างชาญฉลาดในกลไกถูกกล่าวถึงในปี ค.ศ. 1545 ในสเปนเมื่อกัปตันเรือ
Blasco de Garay ได้ออกแบบเครื่องจักรซึ่งเขาใช้ขับเคลื่อนล้อพายด้านข้างของเรือ และตามคำสั่งของ Charles V ได้รับการทดสอบครั้งแรกที่ท่าเรือบาร์เซโลนาเมื่อขนส่งสินค้ามูลค่า 4,000 เซ็นต์โดยเรือในระยะ 3 ไมล์ทะเล สองชั่วโมง. นักประดิษฐ์ได้รับรางวัล แต่เครื่องจักรถูกทิ้งไว้โดยไม่ใช้และถูกส่งให้ถูกลืมเลือน
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 ในประเทศที่มีการผลิตที่พัฒนามากที่สุด องค์ประกอบของเทคโนโลยีเครื่องจักรใหม่ถือกำเนิดขึ้นโดยใช้คุณสมบัติและพลังของไอน้ำ
ความพยายามในช่วงแรกๆ ในการสร้างเครื่องยนต์ความร้อนนั้นเกี่ยวข้องกับความจำเป็นในการสูบน้ำจากเหมืองที่มีการสกัดเชื้อเพลิง ในปี ค.ศ. 1698 โธมัส เซเวรี ชาวอังกฤษ ซึ่งเคยเป็นคนงานเหมืองและเป็นกัปตันของนาวิกโยธิน ได้เสนอการสูบน้ำครั้งแรกโดยใช้ลิฟต์ไอน้ำ สิทธิบัตรของ Severi อ่านว่า: “สิ่งประดิษฐ์ใหม่ในการระดมน้ำและการเคลื่อนที่สำหรับการผลิตทุกประเภทด้วยแรงขับเคลื่อนของไฟเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการระบายเหมือง การจ่ายน้ำไปยังเมือง และการผลิตพลังขับเคลื่อนสำหรับโรงงานทุกชนิดที่ไม่สามารถควบคุมพลังงานน้ำหรือการทำงานที่คงที่ได้ ของลม"ลิฟต์น้ำ Severi ทำงานโดยใช้หลักการดูดน้ำเนื่องจากความดันบรรยากาศเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยง ซึ่งเกิดสุญญากาศขึ้นระหว่างการควบแน่นของไอน้ำด้วยน้ำเย็น เครื่องยนต์ไอน้ำของ Severi นั้นไม่ประหยัดอย่างยิ่งและไม่สะดวกในการใช้งาน ไม่สามารถดัดแปลงให้ใช้งานเครื่องจักรได้ ใช้น้ำร้อนปริมาณมาก ประสิทธิภาพไม่สูงกว่า 0.3% อย่างไรก็ตาม ความต้องการสูบน้ำออกจากเหมืองมีมากจนแม้แต่เครื่องจักรไอน้ำขนาดใหญ่ เช่น ปั๊ม ก็ได้รับการยอมรับ
Thomas Newcomen (1663-1729) - นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ ช่างตีเหล็กตามอาชีพ ร่วมกับคนจรจัด เจ. คาวลีย์ เขาสร้างปั๊มไอน้ำ ทดลองปรับปรุงซึ่งกินเวลาประมาณ 10 ปี จนกระทั่งเริ่มทำงานได้อย่างถูกต้อง เครื่องยนต์ไอน้ำของ Newcomen ไม่ใช่เครื่องยนต์อเนกประสงค์ ข้อดีของ Newcomen คือเขาเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่นำแนวคิดเรื่องการใช้ไอน้ำมาใช้กับเครื่องจักร สมาคมนักประวัติศาสตร์เทคโนโลยีแห่งบริเตนใหญ่มีชื่อของเขา ในปี ค.ศ. 1711 Newcomen, Cowley และ Severi ได้ก่อตั้ง "บริษัทผู้ถือสิทธิ์ของการประดิษฐ์การติดตั้งสำหรับการระดมน้ำด้วยไฟ" ในขณะที่นักประดิษฐ์เหล่านี้ได้รับสิทธิบัตรสำหรับ "การใช้พลังแห่งไฟ" งานทั้งหมดของพวกเขาเกี่ยวกับการผลิตเครื่องจักรไอน้ำได้ดำเนินการด้วยความมั่นใจอย่างเข้มงวดที่สุด Trivald ชาวสวีเดนซึ่งกำลังปรับแต่งเครื่องจักรของ Newcomen เขียนว่า: “... นักประดิษฐ์ Newcomen และ Cowley ต่างสงสัยและระมัดระวังในการเก็บตัวเองและลูก ๆ ไว้เป็นความลับเกี่ยวกับการสร้างและการใช้สิ่งประดิษฐ์ของพวกเขา ทูตสเปนถึง ลานอังกฤษที่มาจากลอนดอนพร้อมกับชาวต่างชาติจำนวนมากเพื่อดูสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้ไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าไปในห้องที่เครื่องตั้งอยู่ " แต่ในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 18 สิทธิบัตรสิ้นสุดลง และวิศวกรหลายคนเริ่มผลิตอุปกรณ์ยกน้ำ วรรณคดีได้อธิบายทัศนคติเหล่านี้
การแพร่กระจายของเครื่องจักรไอน้ำสากลในอังกฤษเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 ยืนยันความสำคัญอย่างมากของการประดิษฐ์ใหม่ ถ้าในทศวรรษระหว่าง พ.ศ. 2318 ถึง พ.ศ. 2328 มีการสร้างเครื่องจักรแบบ double-acting 66 เครื่องที่มีความจุรวม 1288 แรงม้า จากนั้นตั้งแต่ปี 1785 ถึง 1795 144 เครื่องแสดงสองครั้งที่มีความจุรวม 2009 แรงม้า ถูกสร้างขึ้นแล้วและในอีกห้าปีข้างหน้า - จาก 1795 ถึง 1800 - 79 คัน ความจุรวม 1296 แรงม้า
อันที่จริง การใช้เครื่องจักรไอน้ำในอุตสาหกรรมเริ่มต้นขึ้นในปี 1710 เมื่อคนงานชาวอังกฤษ Newcomen และ Cowley ได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำขึ้นมาเป็นครั้งแรกซึ่งขับเคลื่อนปั๊มที่ติดตั้งในเหมืองเพื่อสูบน้ำออกมา
อย่างไรก็ตามเครื่องของ Newcomen ไม่ใช่เครื่องยนต์ไอน้ำในความหมายสมัยใหม่ของคำเนื่องจากแรงผลักดันในนั้นไม่ใช่ไอน้ำ แต่เป็นความดันอากาศในบรรยากาศ ดังนั้นรถคันนี้จึงถูกเรียกว่า "บรรยากาศ" แม้ว่าไอน้ำจะทำหน้าที่ในเครื่อง เช่นเดียวกับในเครื่อง Severi ส่วนใหญ่เพื่อสร้างสุญญากาศในกระบอกสูบ ลูกสูบที่เคลื่อนที่ได้ก็ถูกเสนอไว้แล้วที่นี่ ซึ่งเป็นส่วนหลักของเครื่องยนต์ไอน้ำสมัยใหม่
ในรูป 4.1 แสดงลิฟต์ไอน้ำ Newcomen-Cowley เมื่อแกนดูด 1 และโหลด 2 ลดลง ลูกสูบ 4 เพิ่มขึ้นและไอน้ำเข้าสู่กระบอกสูบ 5 ผ่านวาล์วเปิด 7 จากหม้อไอน้ำ 8 ซึ่งแรงดันเกินบรรยากาศเล็กน้อย ไอน้ำทำหน้าที่ยกลูกสูบบางส่วนในกระบอกสูบที่เปิดอยู่ด้านบน แต่บทบาทหลักคือการสร้างสุญญากาศในตัว เพื่อจุดประสงค์นี้ เมื่อลูกสูบของเครื่องไปถึงตำแหน่งบน วาล์ว 7 ถูกปิด และน้ำเย็นถูกฉีดจากภาชนะ 3 ผ่านวาล์ว 6 เข้าไปในกระบอกสูบ ไอน้ำควบแน่นอย่างรวดเร็วและความดันบรรยากาศส่งลูกสูบกลับไปที่ด้านล่างของกระบอกสูบ ทำให้ก้านสูบยกขึ้น คอนเดนเสทถูกระบายออกจากกระบอกสูบโดยท่อ 9 ลูกสูบถูกยกขึ้นอีกครั้งเนื่องจากการจ่ายไอน้ำ และกระบวนการที่อธิบายไว้ข้างต้นซ้ำแล้วซ้ำอีก เครื่อง Newcomen เป็นเครื่องยนต์แบบแบตช์
เครื่องจักรไอน้ำ Newcomen นั้นสมบูรณ์แบบกว่าเครื่องจักร Severi ใช้งานง่ายกว่า ประหยัดกว่า และมีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตามเครื่องจักรของรุ่นแรกทำงานอย่างไม่ประหยัดเพื่อสร้างพลังหนึ่งแรงม้าต่อชั่วโมงถ่านหินมากถึง 25 กิโลกรัมถูกเผานั่นคือประสิทธิภาพประมาณ 0.5% การแนะนำระบบจ่ายไอน้ำและการไหลของน้ำแบบอัตโนมัติทำให้การบำรุงรักษาเครื่องง่ายขึ้น เวลาจังหวะลูกสูบลดลงเหลือ 12-16 นาที ซึ่งลดขนาดของเครื่องจักรและทำให้การออกแบบมีราคาถูกลง แม้จะมีการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูง แต่เครื่องจักรประเภทนี้ก็แพร่หลายอย่างรวดเร็ว ในทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 18 เครื่องจักรเหล่านี้ทำงานไม่เพียง แต่ในอังกฤษ แต่ยังทำงานในหลายประเทศในยุโรป - ในออสเตรีย, เบลเยียม, ฝรั่งเศส, ฮังการี, สวีเดนพวกเขาถูกใช้ในอุตสาหกรรมถ่านหินและเพื่อการจ่ายน้ำมาเกือบศตวรรษ ไปยังเมืองต่างๆ ในรัสเซีย เครื่องสร้างบรรยากาศไอน้ำเครื่องแรกของนิวโคเมนได้รับการติดตั้งในปี พ.ศ. 2315 ในเมืองครอนสตัดท์เพื่อสูบน้ำจากท่าเรือ ความชุกของเครื่องจักร Newcomen นั้นพิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ารถคันสุดท้ายของประเภทนี้ในอังกฤษถูกรื้อถอนในปี 1934 เท่านั้น
Ivan Ivanovich Polzunov (1728–1766) เป็นนักประดิษฐ์ชาวรัสเซียที่มีพรสวรรค์ซึ่งเกิดในครอบครัวของทหาร ในปี ค.ศ. 1742 Nikita Bakharev ช่างเครื่องของโรงงาน Yekaterinburg ต้องการนักเรียนที่มีไหวพริบ ทางเลือกตกเป็นของ I. Polzunov และ S. Cheremisinov วัยสิบสี่ปี ซึ่งยังคงเรียนอยู่ที่ Arithmetic School การศึกษาเชิงทฤษฎีที่โรงเรียนทำให้เกิดความคุ้นเคยในทางปฏิบัติกับการทำงานของเครื่องจักรที่ทันสมัยที่สุดและการติดตั้งของโรงงาน Yekaterinburg ในรัสเซีย ในปี ค.ศ. 1748 Polzunov ถูกย้ายไป Barnaul เพื่อทำงานที่โรงงาน Kolyvano-Voskresensk หลังจาก การศึกษาด้วยตนเองหนังสือเกี่ยวกับโลหะวิทยาและแร่วิทยาในเดือนเมษายน ค.ศ. 1763 โปลซูนอฟเสนอโครงการเครื่องจักรไอน้ำดั้งเดิมโดยสิ้นเชิง ซึ่งแตกต่างจากเครื่องจักรทั้งหมดที่รู้จักกันในขณะนั้น ตรงที่ออกแบบมาเพื่อขับเครื่องเป่าลมและเป็นหน่วยต่อเนื่อง ในบันทึกของเขาเกี่ยวกับ "เครื่องดับเพลิง" ลงวันที่ 26 เมษายน พ.ศ. 2306 Polzunov ในคำพูดของเขาต้องการ " ...โดยการพับเครื่องดับเพลิงเพื่อปราบปรามการจัดการน้ำและสำหรับกรณีเหล่านี้ให้ทำลายให้หมดและแทนที่จะสร้างเขื่อนสำหรับฐานที่เคลื่อนย้ายได้ของโรงงานให้จัดตั้งขึ้นเพื่อให้สามารถรับภาระทั้งหมดที่กำหนดไว้ในตัวเองซึ่งมักจะจำเป็นสำหรับ ผิงไฟ สวมใส่ และสิ่งที่จำเป็น เพื่อแก้ไขตามความประสงค์ของเรา " แล้วท่านก็เขียนว่า "การที่จะบรรลุสง่าราศีนี้ (หากกองกำลังยอมให้) ปิตุภูมิและเพื่อให้เกิดประโยชน์แก่ราษฎรทั้งปวง เพราะความรู้อันใหญ่หลวงเกี่ยวกับการใช้สิ่งที่ไม่ค่อยคุ้นเคยในเรื่องนี้ วัน (เช่นวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ) เป็นประเพณี" ในอนาคตนักประดิษฐ์ใฝ่ฝันที่จะดัดแปลงเครื่องจักรให้เข้ากับความต้องการด้านอื่นๆ โครงการ II Polzunova ได้รับการแนะนำให้รู้จักกับนายกรัฐมนตรีซาร์ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก การตัดสินใจของ Catherine II เป็นดังนี้: "พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวของเธอไม่ใช่แค่เขา Polzunov ยินดีอย่างสุดซึ้ง แต่สำหรับกำลังใจอันยิ่งใหญ่ที่เธอยอมจำนน: ยินดีต้อนรับ Evo, Polzunov สู่กลไกด้วยยศและเงินเดือนของกัปตัน- ร้อยโทและให้รางวัลแก่เขา 400 รูเบิล" ...
เครื่องจักรของ Newcomen ซึ่งทำงานได้อย่างสมบูรณ์เหมือนอุปกรณ์ยกน้ำ ไม่สามารถตอบสนองความต้องการเร่งด่วนสำหรับเครื่องยนต์สากลได้ พวกเขาเป็นเพียงการปูทางสำหรับการสร้างเครื่องจักรไอน้ำแบบต่อเนื่องอเนกประสงค์เท่านั้น
ในระยะเริ่มต้นของการพัฒนาเครื่องยนต์ไอน้ำ จำเป็นต้องแยกแยะ "รถดับเพลิง" ของหัวหน้าคนงานเหมืองชาวรัสเซียชื่อ Polzunov เครื่องยนต์นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อขับเคลื่อนกลไกของหนึ่งในเตาหลอมของโรงงาน Barnaul
ตามโครงการของ Polzunov (รูปที่ 4.2) ไอน้ำจากหม้อไอน้ำ (1) ถูกป้อนเข้าในกระบอกสูบด้านซ้าย (2) ซึ่งยกลูกสูบ (3) ไปที่ตำแหน่งบนสุด จากนั้นจึงฉีดกระแสน้ำเย็น (4) จากอ่างเก็บน้ำเข้าไปในกระบอกสูบ ซึ่งนำไปสู่การควบแน่นของไอน้ำ เนื่องจากความดันบรรยากาศบนลูกสูบ ลูกสูบจึงลอยขึ้นในกระบอกสูบด้านขวาซึ่งเป็นผลมาจากแรงดันไอน้ำ การกระจายไอน้ำในเครื่อง Polzunov ดำเนินการโดยอุปกรณ์อัตโนมัติพิเศษ (5) แรงทำงานต่อเนื่องจากลูกสูบของเครื่องจักรถูกส่งไปยังรอก (6) ซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลา จากนั้นการเคลื่อนที่จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์จ่ายไอน้ำและไอน้ำ ปั๊มป้อน และเพลาทำงาน ซึ่ง เครื่องเป่าลมถูกขับเคลื่อน
เครื่องยนต์ Polzunov เป็นของประเภท "บรรยากาศ" แต่ในนั้นนักประดิษฐ์ได้แนะนำผลรวมของการทำงานของกระบอกสูบสองกระบอกที่มีลูกสูบบนเพลาเดียวซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าจังหวะของเครื่องยนต์สม่ำเสมอมากขึ้น เมื่อกระบอกสูบอันใดอันหนึ่งไม่ทำงาน อีกอันหนึ่งมีจังหวะการทำงาน เครื่องยนต์มีระบบจ่ายไอน้ำอัตโนมัติและไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องจักรที่ใช้งานได้เป็นครั้งแรก ครั้งที่สอง Polzunov สร้างรถของเขาในสภาพที่ยากลำบากอย่างยิ่งด้วยมือของเขาเองโดยไม่ต้องใช้เงินทุนและเครื่องจักรพิเศษที่จำเป็น ไม่มีช่างฝีมือผู้ชำนาญในการกำจัด: ฝ่ายบริหารของโรงงานมอบหมายให้นักเรียนสี่คนไปที่ Polzunov และมอบหมายคนงานที่เกษียณแล้วสองคน ขวานและเครื่องมือง่ายๆ อื่นๆ ที่ใช้ในการผลิตเครื่องจักรทั่วไปในสมัยนั้นแทบไม่มีประโยชน์เลย Polzunov ต้องออกแบบและสร้างอุปกรณ์ใหม่สำหรับการประดิษฐ์ของเขาอย่างอิสระ การสร้างเครื่องจักรขนาดใหญ่ สูงประมาณ 11 เมตรตรงจากแผ่นงาน ไม่ได้ทดสอบแม้แต่กับรุ่นที่ไม่มีผู้เชี่ยวชาญ ต้องใช้ความพยายามอย่างมาก รถถูกสร้างขึ้น แต่เมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2309 I.I. Polzunov เสียชีวิตจากการบริโภคที่หายวับไปโดยไม่ได้มีชีวิตอยู่หนึ่งสัปดาห์ก่อนการทดสอบ "เครื่องจักรขนาดใหญ่" ตัวเครื่องได้รับการทดสอบโดยนักเรียนของ Polzunov ไม่เพียงแต่จ่ายเพื่อตัวเองเท่านั้น แต่ยังทำกำไรได้ด้วย ทำงานเป็นเวลา 2 เดือน ไม่มีการปรับปรุงใดๆ เพิ่มเติม และหลังจากการพังทลายก็ถูกละทิ้งและลืมไป หลังจากเครื่องยนต์ Polzunov ครึ่งศตวรรษผ่านไปก่อนที่เครื่องจักรไอน้ำจะเริ่มใช้ในรัสเซีย
James Watt - นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษ ผู้สร้างเครื่องจักรไอน้ำสากล สมาชิกของ Royal Society of London - เกิดที่ Greenock สกอตแลนด์ ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1757 เขาทำงานเป็นช่างเครื่องที่มหาวิทยาลัยกลาสโกว์ ซึ่งเขาได้ทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติของไอน้ำและทำการวิจัยเกี่ยวกับการพึ่งพาอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวกับแรงดัน ในปี ค.ศ. 1763–ค.ศ. 1764 ขณะปรับโมเดลเครื่องยนต์ไอน้ำ Newcomen เขาเสนอให้ลดการใช้ไอน้ำโดยแยกเครื่องควบแน่นไอน้ำออกจากกระบอกสูบ นับจากนั้นเป็นต้นมา เขาเริ่มทำงานเพื่อปรับปรุงเครื่องยนต์ไอน้ำ ศึกษาคุณสมบัติของไอน้ำ สร้างเครื่องจักรใหม่ ฯลฯ ซึ่งดำเนินไปตลอดชีวิตของเขา บนอนุสาวรีย์ของ Watt ใน Westminster Abbey มีการสลักจารึกไว้ว่า "... ใช้พลังแห่งความคิดสร้างสรรค์ในการปรับปรุงเครื่องจักรไอน้ำ เขาได้ขยายการผลิตในประเทศของเขา เพิ่มพลังของมนุษย์เหนือธรรมชาติ และได้ตำแหน่งที่โดดเด่น ในหมู่นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดและผู้มีพระคุณที่แท้จริงของมนุษยชาติ” ในการค้นหาเงินทุนเพื่อสร้างเครื่องยนต์ของเขา วัตต์เริ่มฝันถึงงานที่ร่ำรวยนอกประเทศอังกฤษ ในช่วงต้นทศวรรษ 70 เขาบอกเพื่อน ๆ ว่า "เขาเบื่อบ้านเกิด" และเริ่มพูดอย่างจริงจังเกี่ยวกับการย้ายไปรัสเซีย รัฐบาลรัสเซียเสนอให้วิศวกรชาวอังกฤษ "ประกอบอาชีพตามรสนิยมและความรู้ของเขา" โดยได้รับเงินเดือน 1,000 ปอนด์สเตอร์ลิงต่อปี การจากไปของวัตท์ไปยังรัสเซียถูกขัดขวางโดยสัญญาที่เขาทำไว้ในปี ค.ศ. 1772 กับนายทุนโบลตัน เจ้าของโรงงานวิศวกรรมในเมืองโซโห ใกล้กับเบอร์มิงแฮม โบลตันรู้มานานแล้วเกี่ยวกับการประดิษฐ์เครื่องจักรใหม่ที่ "ร้อนแรง" แต่ลังเลที่จะอุดหนุนการก่อสร้าง โดยสงสัยในคุณค่าของเครื่องจักรที่ใช้ได้จริง เขารีบสรุปข้อตกลงกับวัตต์ก็ต่อเมื่อมีภัยคุกคามที่แท้จริงของนักประดิษฐ์ที่จะเดินทางไปรัสเซีย ข้อตกลงที่เชื่อมโยงวัตต์กับโบลตันได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมาก โบลตันได้แสดงตัวเองว่าเป็นคนฉลาดและมองไปข้างหน้า เขาไม่หวงค่าใช้จ่ายในการสร้างรถ โบลตันตระหนักว่าอัจฉริยะของวัตต์ ซึ่งหลุดพ้นจากความกังวลเล็กๆ น้อยๆ ที่เหน็ดเหนื่อยกับขนมปังชิ้นหนึ่ง จะเผยออกมาเต็มกำลังและทำให้นายทุนกล้าได้กล้าเสีย นอกจากนี้ โบลตันเองยังเป็นวิศวกรเครื่องกลรายใหญ่อีกด้วย แนวคิดทางเทคนิคของ Watt ก็ทำให้เขาหลงใหลเช่นกัน โรงงานโซโหมีชื่อเสียงในด้านอุปกรณ์ระดับเฟิร์สคลาสในขณะนั้น มีพนักงานที่มีทักษะ ดังนั้น วัตต์จึงยอมรับข้อเสนอของโบลตันในการเริ่มผลิตเครื่องจักรไอน้ำใหม่ที่โรงงานแห่งนี้อย่างกระตือรือร้น ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 70 จนถึงสิ้นชีวิต Watt ยังคงเป็นหัวหน้าช่างของโรงงาน เครื่องแสดงสองครั้งเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นที่โรงงานโซโหเมื่อปลายปี พ.ศ. 2317
เครื่องจักรของ Newcomen ได้รับการปรับปรุงอย่างมากตลอดศตวรรษของการมีอยู่ของมัน แต่ก็ยังคง "บรรยากาศ" และไม่ตอบสนองความต้องการของเทคโนโลยีการผลิตที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งจำเป็นต้องมีการจัดระบบการเคลื่อนที่แบบหมุนด้วยความเร็วสูง
การค้นหานักประดิษฐ์จำนวนมากมุ่งเป้าไปที่การบรรลุเป้าหมายนี้ ในอังกฤษเพียงแห่งเดียวในช่วงไตรมาสสุดท้ายของศตวรรษที่สิบแปด มีการออกสิทธิบัตรมากกว่าหนึ่งโหลสำหรับมอเตอร์สากลของระบบต่างๆ อย่างไรก็ตาม มีเพียง James Watt เท่านั้นที่สามารถเสนอเครื่องจักรไอน้ำแบบสากลให้กับอุตสาหกรรมได้
วัตต์เริ่มทำงานกับเครื่องจักรไอน้ำเกือบจะพร้อมกันกับ Polzunov แต่ภายใต้เงื่อนไขที่ต่างกัน ในอังกฤษในเวลานี้ อุตสาหกรรมกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว วัตต์ได้รับการสนับสนุนอย่างแข็งขันจาก Bolton เจ้าของโรงงานหลายแห่งในอังกฤษ ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นสหายของเขา รัฐสภา มีโอกาสใช้บุคลากรด้านวิศวกรรมที่มีคุณสมบัติสูง ในปี พ.ศ. 2312 วัตต์ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ไอน้ำที่มีคอนเดนเซอร์แยกต่างหาก จากนั้นจึงใช้แรงดันไอน้ำส่วนเกินในเครื่องยนต์ ซึ่งช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมาก วัตต์เป็นเพียงผู้สร้างเครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบ
ในรูป 4.3 เป็นไดอะแกรมของหนึ่งในเครื่องยนต์ไอน้ำเครื่องแรกของวัตต์ หม้อไอน้ำ 1 ที่มีกระบอกสูบลูกสูบ 3 เชื่อมต่อกับสายไอน้ำ 2 ซึ่งไอน้ำจะเข้าสู่ช่องด้านบนเหนือลูกสูบ 4 เป็นระยะและเข้าไปในโพรงด้านล่างใต้ลูกสูบของกระบอกสูบ ช่องเหล่านี้เชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์ด้วยท่อ 5 ซึ่งไอน้ำเสียจะถูกควบแน่นด้วยน้ำเย็นและสร้างสุญญากาศ เครื่องมีบาลานซ์บาลานซ์ 6 ที่เชื่อมต่อลูกสูบกับเพลาข้อเหวี่ยงกับก้านสูบ 7 ซึ่งต่อท้ายด้วยมู่เล่ 8
เป็นครั้งแรกที่เครื่องจักรใช้หลักการดับเบิ้ลแอคชั่นของไอน้ำ ซึ่งประกอบด้วยการฉีดไอน้ำสดเข้าไปในกระบอกสูบของเครื่องสลับกันเข้าไปในห้องที่ลูกสูบทั้งสองด้าน การแนะนำหลักการของการขยายตัวของไอน้ำของวัตต์ประกอบด้วยการนำไอน้ำสดเข้าสู่กระบอกสูบเพียงส่วนหนึ่งของจังหวะลูกสูบเท่านั้นจากนั้นไอน้ำก็ถูกตัดออกและการเคลื่อนที่ต่อไปของลูกสูบเกิดขึ้นเนื่องจาก การขยายตัวของไอน้ำและแรงดันตกคร่อม
ดังนั้นในเครื่องจักรของ Watt แรงผลักดันที่เด็ดขาดไม่ใช่ความกดอากาศ แต่เป็นความยืดหยุ่นของไอแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนลูกสูบ หลักการใหม่ของการใช้ไอน้ำจำเป็นต้องเปลี่ยนการออกแบบเครื่องจักรโดยสิ้นเชิง โดยเฉพาะกระบอกสูบและการจ่ายไอน้ำ เพื่อกำจัดการควบแน่นของไอน้ำในกระบอกสูบ ขั้นแรก Watt ได้แนะนำแจ็คเก็ตไอน้ำของกระบอกสูบ ซึ่งเขาเริ่มให้ความร้อนกับผนังที่ทำงานด้วยไอน้ำ และหุ้มฉนวนด้านนอกของเสื้อแจ็กเก็ตไอน้ำ เนื่องจากวัตต์ไม่สามารถใช้กลไกข้อเหวี่ยงในรถของเขาเพื่อสร้างการเคลื่อนที่แบบหมุนที่สม่ำเสมอ (สิทธิบัตรป้องกันถูกนำไปใช้สำหรับการถ่ายโอนดังกล่าวโดยนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส Picard) จากนั้นในปี ค.ศ. 1781 เขาจึงได้รับสิทธิบัตรสำหรับวิธีการแปลงโยกห้าวิธี เคลื่อนที่เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนต่อเนื่อง ในตอนแรกเขาใช้ดาวเคราะห์หรือวงล้อสุริยะเพื่อจุดประสงค์นี้ ในที่สุด Watt ได้แนะนำตัวควบคุมความเร็วแบบแรงเหวี่ยงเพื่อเปลี่ยนปริมาณไอน้ำที่จ่ายให้กับกระบอกสูบของเครื่องเมื่อจำนวนรอบการหมุนเปลี่ยนไป ดังนั้น วัตต์ในเครื่องจักรไอน้ำของเขาจึงได้วางหลักการพื้นฐานของโครงสร้างและการทำงานของเครื่องจักรไอน้ำสมัยใหม่
เครื่องยนต์ไอน้ำของ Watt ทำงานโดยใช้ไอน้ำแรงดันต่ำอิ่มตัว 0.2–0.3 MPa ที่รอบต่อนาทีต่ำ เครื่องยนต์ไอน้ำที่ดัดแปลงในลักษณะนี้ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม ลดการใช้ถ่านหินได้หลายเท่าต่อ hp / ชั่วโมง (แรงม้าต่อชั่วโมง) เมื่อเทียบกับเครื่องจักรของ Newcomen และแทนที่กังหันน้ำจากอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ในช่วงกลางทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ 18 ในที่สุดการออกแบบของเครื่องจักรไอน้ำก็ได้รับการพัฒนา และเครื่องยนต์ไอน้ำแบบสองจังหวะก็กลายเป็นเครื่องยนต์ความร้อนแบบสากล ซึ่งพบว่ามีการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในเกือบทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจของหลายประเทศ ในศตวรรษที่ 19 โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบยกเหมือง โบลเวอร์พลังไอน้ำ โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบกลิ้ง ค้อนไอน้ำ ปั๊มไอน้ำ ฯลฯ เริ่มแพร่หลาย
เพิ่มประสิทธิภาพมากขึ้น โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำประสบความสำเร็จโดย Arthur Wolff ร่วมสมัยของ Watt ในอังกฤษ โดยแนะนำการขยายตัวของไอน้ำหลายครั้งอย่างต่อเนื่องใน 2, 3 และ 4 ขั้นตอน ในขณะที่ไอน้ำส่งผ่านจากกระบอกสูบหนึ่งไปยังอีกกระบอกสูบหนึ่ง
การปฏิเสธบาลานเซอร์และการใช้ไอน้ำขยายหลายครั้งนำไปสู่การสร้างเครื่องจักรรูปแบบใหม่ที่สร้างสรรค์ เครื่องยนต์ขยายคู่เริ่มมีรูปทรงกระบอกสองสูบ - กระบอกสูบแรงดันสูง (HPC) และกระบอกสูบแรงดันต่ำ (LPC) ซึ่งได้รับไอน้ำเสียหลังจาก HPC กระบอกสูบถูกจัดวางในแนวนอน (เครื่องผสม, รูปที่ 4.4, a) หรือตามลำดับ เมื่อลูกสูบทั้งสองติดตั้งอยู่บนแกนทั่วไป (เครื่องตีคู่, รูปที่ 4.4, b)
คุ้มค่ามากสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพ ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 19 เครื่องยนต์ไอน้ำเริ่มใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิสูงถึง 350 ° C ซึ่งทำให้สามารถลดการใช้เชื้อเพลิงลงเหลือ 4.5 กิโลกรัมต่อแรงม้าต่อชั่วโมง การใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งถูกเสนอครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส G.A. เกิร์น.
George Stephenson (1781-1848) เกิดในครอบครัวชนชั้นแรงงานและทำงานในเหมืองถ่านหินนิวคาสเซิลซึ่งพ่อและปู่ของเขาทำงานด้วย เขาศึกษาด้วยตนเองเป็นจำนวนมาก ศึกษาฟิสิกส์ กลศาสตร์ และวิทยาศาสตร์อื่น ๆ มีความสนใจในกิจกรรมสร้างสรรค์ ความสามารถที่โดดเด่นของ Stephenson ทำให้เขาได้รับตำแหน่งช่างยนต์ และในปี 2366 เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าวิศวกรของบริษัทในการก่อสร้างทางรถไฟสาธารณะสายแรก สต็อกตัน-ดาร์ลิงตัน ซึ่งเปิดโอกาสให้เขาได้งานออกแบบและสร้างสรรค์
ในรัสเซีย รถจักรไอน้ำคันแรกถูกสร้างขึ้นโดยช่างชาวรัสเซียและนักประดิษฐ์ Cherepanovs - Efim Alekseevich (พ่อ, 1774-1842) และ Miron Efimovich (ลูกชาย, 1803-1849) ซึ่งทำงานที่โรงงาน Nizhniy Tagil และอดีตข้ารับใช้ของ Demidov พ่อพันธุ์แม่พันธุ์ . ผ่านการศึกษาด้วยตนเอง Cherepanovs กลายเป็นคนที่มีการศึกษาพวกเขาไปเยี่ยมชมโรงงานในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและมอสโกอังกฤษและสวีเดน สำหรับกิจกรรมที่สร้างสรรค์ของพวกเขา Miron Cherepanov และภรรยาของเขาได้รับอิสรภาพในปี 1833 Efim Cherepanov และภรรยาของเขาได้รับอิสรภาพในปี 1836 Cherepanovs ได้สร้างเครื่องจักรไอน้ำที่แตกต่างกันประมาณ 20 เครื่องซึ่งทำงานที่โรงงาน Nizhniy Tagil
แรงดันไอน้ำสูงสำหรับเครื่องยนต์ไอน้ำถูกใช้ครั้งแรกโดย Oliver Evans ในอเมริกา สิ่งนี้นำไปสู่การลดการใช้เชื้อเพลิงลงได้อีกถึง 3 กิโลกรัมต่อแรงม้าต่อชั่วโมง ต่อมา นักออกแบบรถจักรไอน้ำเริ่มใช้เครื่องยนต์ไอน้ำหลายสูบ ไอน้ำแรงดันเกิน และอุปกรณ์ถอยหลัง
ในศตวรรษที่สิบแปด มีความต้องการที่เข้าใจได้ค่อนข้างมากที่จะใช้เครื่องจักรไอน้ำในการขนส่งทางบกและทางน้ำ ในการพัฒนาเครื่องจักรไอน้ำ ทิศทางที่เป็นอิสระถูกสร้างขึ้นโดยหัวรถจักร - โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำแบบเคลื่อนที่ การติดตั้งประเภทนี้ครั้งแรกได้รับการพัฒนาโดย John Smith ผู้สร้างชาวอังกฤษ อันที่จริง การพัฒนาการขนส่งด้วยไอน้ำเริ่มต้นด้วยการติดตั้งท่อควันในหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ซึ่งเพิ่มการผลิตไอน้ำอย่างมีนัยสำคัญ
มีความพยายามมากมายในการพัฒนาตู้รถไฟไอน้ำ - ตู้รถไฟไอน้ำ, โมเดลปฏิบัติการถูกสร้างขึ้น (รูปที่ 4.5, 4.6) ในจำนวนนี้รถจักรไอน้ำ "Raketa" ที่สร้างขึ้นโดยนักประดิษฐ์ชาวอังกฤษที่มีพรสวรรค์ George Stephenson (1781-1848) ในปี 1825 โดดเด่น (ดูรูปที่ 4.6, a, b)
Rocket ไม่ใช่รถจักรไอน้ำคันแรกที่ออกแบบและสร้างโดย Stephenson แต่คันนี้แซงหน้าคนอื่น ๆ ในหลาย ๆ ด้านและได้รับการยอมรับว่าเป็นหัวรถจักรที่ดีที่สุดในนิทรรศการพิเศษใน Reyhill และได้รับการแนะนำสำหรับทางรถไฟ Liverpool-Manchester ใหม่ซึ่งต่อมา เวลาเป็นแบบอย่าง ในปีพ.ศ. 2366 สตีเฟนสันได้จัดตั้งโรงงานรถจักรไอน้ำแห่งแรกในเมืองนิวคาสเซิล ในปี พ.ศ. 2372 มีการจัดการแข่งขันรถจักรไอน้ำที่ดีที่สุดซึ่งผู้ชนะคือรถของเจ. สตีเฟนสัน รถจักรไอน้ำ "Raketa" ของเขาซึ่งพัฒนาขึ้นโดยใช้หม้อไอน้ำแบบท่อควันซึ่งมีมวลรถไฟ 17 ตันพัฒนาความเร็ว 21 กม. / ชม. ต่อมาความเร็วของ "จรวด" เพิ่มขึ้นเป็น 45 กม. / ชม.
รถไฟเริ่มเล่นในศตวรรษที่ 18 บทบาทที่ยิ่งใหญ่ รถไฟโดยสารแห่งแรกในรัสเซียที่มีความยาว 27 กม. สร้างขึ้นโดยผู้ประกอบการต่างชาติในปี พ.ศ. 2380 ระหว่างเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กและปาฟลอฟสค์โดยการตัดสินใจของรัฐบาลซาร์ รถไฟรางคู่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก-มอสโก เริ่มดำเนินการในปี พ.ศ. 2394
ในปี 1834 พ่อและลูกชายของ Cherepanovs ได้สร้างรถจักรไอน้ำรัสเซียคันแรก (ดูรูปที่ 4.6, c, d) ซึ่งขนส่งสินค้าที่มีน้ำหนัก 3.5 ตันด้วยความเร็ว 15 กม. / ชม. ตู้รถไฟที่ตามมาของพวกเขาบรรทุกได้ 17 ตัน
มีความพยายามในการใช้เครื่องจักรไอน้ำในการขนส่งทางน้ำตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 18 ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันดีว่านักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ดี. ปาแปง (ค.ศ. 1647–ค.ศ. 1714) สร้างเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องจักรไอน้ำ จริงอยู่ Papen ไม่ประสบความสำเร็จในเรื่องนี้
ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยนักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน Robert Fulton (1765–1815) ซึ่งเกิดใน Little Briton (ปัจจุบันคือ Fulton) ในเพนซิลเวเนีย เป็นเรื่องน่าแปลกที่ความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ครั้งแรกในการสร้างเครื่องจักรไอน้ำสำหรับอุตสาหกรรม การรถไฟ และการขนส่งทางน้ำตกเป็นของผู้ที่มีพรสวรรค์จำนวนมากที่เชี่ยวชาญด้านความรู้ผ่านการศึกษาด้วยตนเอง ฟุลตันก็ไม่มีข้อยกเว้นในเรื่องนี้ ต่อมาเมื่อได้เป็นวิศวกรเครื่องกล ฟุลตันซึ่งมาจากครอบครัวที่ยากจน ก็เริ่มมีการศึกษาด้วยตนเองเป็นจำนวนมาก ฟุลตันอาศัยอยู่ในอังกฤษ ซึ่งเขาทำงานก่อสร้างโครงสร้างไฮดรอลิกและแก้ปัญหาทางเทคนิคอื่นๆ อีกหลายประการ ขณะอยู่ในฝรั่งเศส (ในปารีส) เขาได้สร้างเรือดำน้ำ "นอติลุส" และเรือไอน้ำ ซึ่งได้รับการทดสอบในแม่น้ำแซน แต่นั่นเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น
ความสำเร็จที่แท้จริงมาถึงฟุลตันในปี พ.ศ. 2350 หลังจากกลับมาอเมริกา เขาได้สร้างเรือกลไฟล้อขนาด 15 ตัน Claremont ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำขนาด 20 ลิตร ซึ่งในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2350 ทำการบินครั้งแรกจากนิวยอร์กไปยังออลบานีด้วยความยาวประมาณ 280 กม.
การพัฒนาเพิ่มเติมของบริษัทขนส่งทั้งทางน้ำและทางน้ำดำเนินไปค่อนข้างเร็ว สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยการเปลี่ยนจากโครงสร้างไม้เป็นโครงสร้างเหล็กของเรือ การเพิ่มกำลังและความเร็วของเครื่องยนต์ไอน้ำ การแนะนำของใบพัด และปัจจัยอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง
ด้วยการประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำ มนุษย์เรียนรู้ที่จะเปลี่ยนพลังงานที่มีความเข้มข้นในเชื้อเพลิงเป็นการเคลื่อนไหวเป็นงาน
เครื่องจักรไอน้ำเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์เพียงไม่กี่อย่างในประวัติศาสตร์ที่เปลี่ยนภาพของโลกไปอย่างมาก ปฏิวัติอุตสาหกรรม การขนส่ง และกระตุ้นให้เกิดความรู้ทางวิทยาศาสตร์รูปแบบใหม่ เป็นเครื่องยนต์สากลของอุตสาหกรรมและการขนส่งตลอดศตวรรษที่ 19 แต่ความสามารถของเครื่องยนต์ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับเครื่องยนต์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโรงไฟฟ้าและการใช้กลไกด้วยความเร็วสูงเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 อีกต่อไป
กังหันความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพสูงกำลังเข้าสู่เวทีเทคนิคในฐานะเครื่องยนต์ความร้อนใหม่แทนที่จะเป็นเครื่องยนต์ไอน้ำความเร็วต่ำ
