증기 엔진의 발명 는 고대부터 시작된 오랜 발견 과정에 대한 이야기입니다. 1679년, 프랑스인 데니스 파팽 일종의 증기 압력솥을 디자인합니다. 가스 압력을 연구합니다. 1712년 토마스 뉴커먼 최초의 증기 기관을 개발합니다. , Dudley에서 물을 펌핑하는 데 사용됩니다. 영국의 탄광. 영어 제임스 와트 이는 또 다른 위대한 혁신의 원천이 될 것입니다:가압 증기의 사용은 기계 작동을 상당히 향상시킬 것입니다. Watt의 특허는 공개 영역에 속하게 되었고, 많은 건축업자들이 성능과 기술을 향상시켰습니다. 비록 유래는 아니었지만 증기기관은 19세기 산업혁명에 크게 기여했다.
증기를 이용한 기계적 에너지 생산
증기기관의 원리는 증기의 팽창과 냉각에 의해 증기의 열에너지가 기계에너지로 변환되는 것입니다. 움직이는 피스톤이 장착된 실린더의 증기. 에너지나 열 생산에 필요한 증기는 일반적으로 보일러에서 제공됩니다. 가장 단순한 보일러는 포화 증기를 얻기 위해 가열되는 물이 담긴 용기로 구성됩니다.
일반적인 가정용 난방 시스템에는 일반적으로 이러한 유형의 보일러가 있지만 산업 에너지 생산에 사용되는 증기 발전소에는 설계와 장비가 더 복잡한 보조 장치가 있습니다. 증기 기관의 효율은 낮은 경우가 많으며 이러한 이유로 증기 기관은 증기 터빈으로 대체되는 경우가 많습니다.
증기 엔진 튜닝
증기에 대한 최초의 연구는 고대로 거슬러 올라갑니다. 그때까지 기계 생산은 상당한 진전을 이룰 수 없었습니다. 왜냐하면 이용 가능한 유일한 원동력은 사람이나 동물의 항상 제한적인 물리적 에너지뿐이었기 때문입니다. 바람과 물과 같은 자연력은 지리적, 기후적 요인에 너무 의존합니다. 예로부터 증기의 탄성력은 온도의 영향으로 증가한다고 알려져 왔습니다. 알렉산드리아의 헤론(Heron of Alexandria, 약 1세기경)은 공압학(Pneumatics)에서 튜브 내 증기의 누출로 인해 회전 운동이 발생하는 일종의 속이 빈 금속 구인 에올리필(aeolipyle)을 설명했습니다.
17세기 초부터 사람들은 수증기를 산업 에너지원으로 사용하는 것을 생각했습니다. Giovanni Battista Délia Porta, 1601, Salomon de Caus, 1615년경, Edward 서머셋, 1663). 17세기 토리첼리(Torricelli)와 게리케(Guericke)의 연구는 증기 응축의 가능성에 초점을 맞췄습니다.
프랑스 물리학자 Denis Papin은 물을 끌어올리는 새로운 기계에 대한 설명과 사용법에서 폭로합니다. , 대량의 물을 가열하여 얻은 증기 압력 하에서 실린더 내에서 교대로 움직이는 피스톤으로 작동하는 기계에 대한 그의 아이디어입니다. 최초의 피스톤 엔진은 1690년에 개발되었으며 물을 펌핑하는 데 사용되었습니다. Papin의 기계는 호기심 이상으로 대기압에서 작동하는 기본 기계이므로 증기가 압축되지 않습니다.
이 연구의 첫 번째 실제 적용은 석탄 및 구리 광산에서 물을 배출하는 증기 펌프에 대한 것이었습니다. 1698년 Thomas Savery는 증기를 사용하는 최초의 펌핑 기계를 발명했습니다. 훨씬 더 독창적인 Thomas Newcomen의 기계(1705)는 우물 바닥에 있는 펌프에 막대로 연결된 진자를 진동시키는 피스톤을 작동시켰습니다.
1711~1712년경 영국 광산에 도입된 이 기계는 반세기가 넘는 기간 동안 많은 용도로 사용되었습니다(1760년경에 약 160개의 사례가 있었습니다). 그러나 그것이 기초한 원리는 실린더 내부에 외부 공기의 압력에 의해 피스톤이 밀리는 진공을 생성하는 것으로 구성되었습니다. 이를 위해서는 실린더를 교대로 가열하고 냉각해야 했으며 이로 인해 막대한 연료 손실이 발생했습니다.
James Watt의 개선 사항
증기 엔진의 주된 제약은 실제 구현과 신뢰할 수 있고 경제적으로 실행 가능한 결과를 달성하는 데 필요한 야금 기술에 있습니다. 획기적인 발전은 스코틀랜드의 기계공 제임스 와트(James Watt)에 의해 이루어졌습니다. 1763년 글래스고 대학의 실험에 사용된 뉴커먼의 기계 모델을 수리하기 위해 부름을 받은 그는 "불필요한 응축을 피하기 위해 증기가 피스톤에 작용하는 실린더는 항상 뜨거운 상태를 유지해야 했다"고 언급했습니다. 증기 그 자체... 원하는 진공을 얻으려면 별도의 용기에서 응축이 이루어져야 했으며, 실린더의 온도를 변경하지 않고도 온도를 필요한 만큼 낮출 수 있었습니다.» .
1765년 초에 Watt는 실린더와 별도의 축전기를 기계에 부착했습니다. 1769년에 그는 첫 번째 개선 사항에 대한 특허를 받았습니다. 그러나 1782년에 증기가 피스톤의 양쪽에 번갈아 공급되는 복동식 엔진을 완성하기까지 13년의 실험이 더 필요했습니다. 이 기계에는 피스톤의 진동 운동을 원형 운동으로 변환하여 모든 종류의 응용이 가능하도록 하는 장치도 제공되었습니다. 이 발명품은 18세기 말 이전에 약 500와트의 기계를 생산한 공장에서 와트의 파트너인 매튜 볼튼(Matthew Boulton)이 버밍엄 근처 소호에서 창설한 전문 기계팀 덕분에 널리 유통될 수 있었습니다. 세기.
증기기관의 느린 확산
영국과 기타 유럽 국가의 광산이나 면직 공장에 증기 기관이 조기에 적용되었는지 확인하기 위해 Newcomen의 기계가 슬로바키아의 Schemnitz에 조기에 설치되었습니다. 1722년; 1726년 프랑스 파시(Passy)에서는 영국에서도 평균 산업 직물에 대한 일반화를 의미하지 않습니다. 영국 산업에서 증기기관은 19세기 전반에 가장 현대적인 분야인 면화 산업, 야금, 기계공학, 광업에서만 사용되었습니다.
수상, 풍차, 승마 등 전통적인 형태의 모터가 여전히 널리 사용되고 있습니다. 기관차는 농업 탈곡에 사용되지만 규칙은 아닙니다. 역설적이게도 증기기관은 영국 경제가 둔화되고 생산성 면에서 선두를 잃은 1873년부터 1896년까지의 "대공황" 기간 동안 널리 보급될 것입니다.
프랑스, 독일, 스위스, 미국에서는 증기기관 도입이 느리고 늦었습니다. 물레방앗간은 19세기 말까지 강물이 강에 충분한 속도를 주고 흐름이 규칙적이며 가뭄이나 서리로 고통받지 않는 지역에서 지배적인 산업 엔진으로 남아 있었습니다. 제조업체는 더 경제적이기 때문에 이러한 선택을 했습니다. 물방앗간은 물을 가져오기 위해 땅을 파야 하기 때문에 설치 비용이 매우 높지만, 운영 비용은 거의 들지 않습니다. 증기기관의 구입가격은 저렴하지만 운전 및 유지관리 비용이 높다. 연료비 외에 가압시간이 길어 전담 정비사 비용을 지불하고 지속적으로 운전해야 한다. .
석탄 가격이 높은 국가에서는 대기업을 제외하고는 증기 기관이 널리 보급되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 파리의 Faubourg Saint-Antoine에서와 같이 전력 임대 회사는 거리의 회전축에 벨트를 연결하는 장인 작업장에 에너지를 분배할 수 있습니다. 프랑스에서는 특히 1920년대에 증기 엔진이 가장 널리 사용되는 산업용 엔진이 되었습니다. 1930년대에는 전력 생산을 위한 화력 발전소와 같이 단위 전력이 높은 기계가 남아 있었기 때문에 총 전력이 최고조에 달하고 그 수가 감소했습니다.
아직도 사용되는 원동력
왕복엔진을 회전운동으로 변환시키는 원리와 기술은 19세기말 외부연소를 내연기관, 가스, 엔진으로 대체한 엔진에서 찾아볼 수 있습니다. 기름. 크랭크축이 오일 속에서 회전하는 크랭크케이스나 항공기 엔진의 여러 스타 실린더 시스템과 같은 증기 엔진에서 많은 공정이 이루어집니다.
동시에 증기 기관은 Benoît Fourneyron(1802-1867)과 같은 엔지니어가 19세기에 발전시켰던 연속 운동 기술과 점차적으로 연관되었습니다. 수력학의 세기. 증기 터빈은 매우 빠른 속도로 회전하는 로터를 제조할 수 있었던 20세기 초 산업계와 해군에 등장했습니다. 마지막으로 원자력 발전소는 증기 유체를 사용하여 터빈을 움직이는 외연 기관입니다.
참고문헌
- 증기 엔진의 역사, Robert Henry Thurston 저. 디쿠프맨, 2014.
- 증기 기관, Louis Figuier 저. CIPP, 2015.
