اصل کارکرد موتور بخار

فهرست

حاشیه نویسی

1. بخش نظری

1.1 جدول زمانی

1.2 موتور بخار

1.2.1 دیگ بخار

1.2.2 توربین های بخار

1.3 موتورهای بخار

1.3.1 اولین قایق های بخار

1.3.2 تولد دو چرخ

1.4 استفاده از موتورهای بخار

1.4.1 مزیت موتورهای بخار

1.4.2 کارایی

2. بخش عملی

2.1 ساخت مکانیسم

2.2 راه های بهبود ماشین و کارایی آن

2.3 پرسشنامه

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

کاربرد

موتور بخاراقدام مفید

حاشیه نویسی

این اثر علمی مشتمل بر 32 برگه شامل بخش نظری، عملی، کاربرد و نتیجه گیری می باشد. در بخش تئوری، با اصل کارکرد موتورهای بخار و مکانیسم ها، تاریخچه آنها و نقش کاربرد آنها در زندگی آشنا می شوید. بخش عملی جزئیات فرآیند طراحی و آزمایش مکانیسم بخار در خانه را شرح می دهد. این کار علمی می تواند به عنوان نمونه بارز کار و استفاده از انرژی بخار باشد.

معرفی

دنیای تسلیم در برابر هر هوسبازی طبیعت، که در آن ماشین‌ها توسط نیروی ماهیچه‌ای یا نیروی چرخ‌های آب و آسیاب‌های بادی به حرکت در می‌آیند - این دنیای فناوری قبل از ایجاد یک موتور بخار بود. در آتش، قادر به جابجایی یک مانع است. به عنوان مثال، یک ورق کاغذ) که در مسیر آن قرار دارد، این باعث می شود که فرد به این فکر کند که چگونه می توان از بخار به عنوان مایع کار استفاده کرد. در نتیجه، پس از آزمایش‌های فراوان، یک موتور بخار پدیدار شد و تصور کنید کارخانه‌هایی با دودکش‌های دودکننده، موتورهای بخار و توربین‌ها، لوکوموتیوهای بخار و کشتی‌های بخار - کل دنیای پیچیده و قدرتمند مهندسی بخار که توسط انسان ایجاد شده است. موتور بخار عملا تنها تنها بود. موتور جهانی و نقش بزرگی در توسعه بشر ایفا کرد.اختراع موتور بخار به عنوان انگیزه ای برای توسعه بیشتر وسایل نقلیه خدمت کرد. برای صد سال، این تنها موتور صنعتی بود که تطبیق پذیری آن امکان استفاده از آن را در کارخانه‌ها، راه‌آهن و نیروی دریایی فراهم کرد. و پس از قرن ها، اهمیت این اختراع به شدت احساس می شود.

فرضیه:

آیا می توان با دستان خود ساده ترین مکانیسمی را که برای یک زوج کار می کرد ساخت.

هدف کار: طراحی مکانیزمی با قابلیت حرکت روی یک جفت.

هدف پژوهش:

1. ادبیات علمی را مطالعه کنید.

2. طراحی و ساخت ساده ترین مکانیزمی که روی بخار کار می کرد.

3. فرصت هایی را برای افزایش کارایی در آینده در نظر بگیرید.

این اثر علمی به عنوان یک راهنما در درس فیزیک برای دانش آموزان دبیرستانی و علاقه مندان به این موضوع مفید خواهد بود.

1. تیeoآرهقسمت تیک

موتور بخار - یک موتور پیستونی حرارتی که در آن انرژی پتانسیل بخار آب حاصل از دیگ بخار به کار مکانیکی حرکت رفت و برگشتی پیستون یا حرکت چرخشی شفت تبدیل می شود.

بخار یکی از حامل‌های رایج گرما در سیستم‌های حرارتی با مایع یا سیال عامل گازی گرم شده همراه با آب و روغن‌های حرارتی است. بخار آب دارای چندین مزیت از جمله سهولت و انعطاف پذیری در استفاده، سمیت کم و توانایی تامین مقدار قابل توجهی انرژی به فرآیند است. می توان از آن در سیستم های مختلفی استفاده کرد که شامل تماس مستقیم مایع خنک کننده با عناصر مختلف تجهیزات است که به طور موثر به کاهش هزینه های انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بازپرداخت سریع کمک می کند.

قانون بقای انرژی یک قانون اساسی طبیعت است که به طور تجربی ایجاد شده و شامل این واقعیت است که انرژی یک سیستم فیزیکی جدا شده (بسته) در طول زمان حفظ می شود. به عبارت دیگر، انرژی نمی تواند از هیچ به وجود بیاید و نمی تواند در هیچ جا ناپدید شود، فقط می تواند از شکلی به شکل دیگر منتقل شود. از منظر بنیادی، طبق قضیه نوتر، قانون بقای انرژی نتیجه همگنی زمان است و از این نظر جهانی است، یعنی در سیستم هایی با ماهیت فیزیکی بسیار متفاوت ذاتی است.

1.1 جدول زمانی

4000 سال قبل از میلاد ه. - انسان چرخ را اختراع کرد.

3000 سال قبل از میلاد ه. - اولین جاده ها در روم باستان ظاهر شد.

2000 قبل از میلاد ه. - چرخ برای ما آشناتر شده است. او یک توپی، یک لبه و پره هایی داشت که آنها را به هم وصل می کرد.

1700 قبل از میلاد ه. - اولین جاده های آسفالت شده با بلوک های چوبی ظاهر شد.

312 قبل از میلاد ه. - اولین جاده های آسفالت شده در روم باستان ساخته شد. ضخامت سنگ تراشی به یک متر می رسید.

1405 - اولین کالسکه های بهاری اسب کشیده ظاهر شد.

1510 - کالسکه اسبی بدنه ای با دیوار و سقف به دست آورد. مسافران این فرصت را دارند که در طول سفر از آب و هوای بد محافظت کنند.

1526 - دانشمند و هنرمند آلمانی آلبرشت دورر پروژه جالبی از "گاری بدون اسب" را ایجاد کرد که توسط قدرت عضلانی مردم هدایت می شد. افرادی که در کنار کالسکه راه می رفتند دسته های مخصوصی را می چرخاندند. این چرخش به کمک چرخ دنده حلزونی به چرخ های کالسکه منتقل می شد. متأسفانه واگن ساخته نشد.

1600 - سایمون استوین یک قایق بادبانی روی چرخ ها ساخت که تحت تأثیر نیروی باد حرکت می کرد. او اولین طرح گاری بدون اسب شد.

1610 - واگن ها دو پیشرفت قابل توجه را تجربه کردند. اولاً کمربندهای غیر قابل اعتماد و خیلی نرمی که در طول سفر مسافران را تکان می دادند با فنرهای فولادی تعویض شدند. در مرحله دوم، مهار اسب بهبود یافته است. حالا اسب کالسکه را نه با گردن، بلکه با سینه می کشید.

1649 - اولین آزمایش ها را در مورد استفاده از فنر که قبلاً توسط یک فرد پیچ ​​خورده بود به عنوان نیروی محرک گذراند. کالسکه فنری توسط Johann Hauch در نورنبرگ ساخته شد. با این حال، مورخان این اطلاعات را زیر سوال می برند، زیرا نسخه ای وجود دارد که به جای یک فنر بزرگ، شخصی در داخل کالسکه نشسته بود که مکانیسم را به حرکت درآورد.

1680 - اولین نمونه های حمل و نقل عمومی با اسب در شهرهای بزرگ ظاهر شد.

1690 - استفان فارفلر از نورنبرگ گاری سه چرخی ایجاد کرد که با کمک دو دسته که توسط دستان چرخانده می شوند حرکت می کند. به لطف این درایو، طراح واگن می توانست بدون کمک پاهای خود از مکانی به مکان دیگر حرکت کند.

1698 - توماس ساوری انگلیسی اولین دیگ بخار را ساخت.

1741 - لئونتی لوکیانوویچ شمشورنکوف، مکانیک خودآموخته روسی، "گزارشی" را در توصیف یک "کالسکه خودگردان" به دفتر استانی نیژنی نووگورود فرستاد.

1769 - مخترع فرانسوی کوگنو اولین ماشین بخار جهان را ساخت.

1784 - جیمز وات اولین موتور بخار را ساخت.

1791 - ایوان کولیبین یک کالسکه خودکششی سه چرخ طراحی کرد که می توانست دو مسافر را در خود جای دهد. درایو با استفاده از مکانیزم پدال انجام شد.

1794 - موتور بخار کوگنو به عنوان یک کنجکاوی مکانیکی دیگر به "مخزن ماشین آلات، ابزار، مدل ها، نقشه ها و توصیفات انواع هنرها و صنایع دستی" تحویل داده شد.

1800 - این نظر وجود دارد که در این سال بود که اولین دوچرخه جهان در روسیه ساخته شد. نویسنده آن سرف یفیم آرتامونوف بود.

1808 - اولین دوچرخه فرانسوی در خیابان های پاریس ظاهر شد. از چوب ساخته شده بود و از یک میله متقاطع تشکیل شده بود که دو چرخ را به هم وصل می کرد. برخلاف دوچرخه مدرن، هیچ دسته یا پدال نداشت.

1810 - صنعت حمل و نقل در آمریکا و کشورهای اروپایی شروع به ظهور کرد. در شهرهای بزرگ، کل خیابان‌ها و حتی محله‌هایی که با مربیان چیره‌دستی پراکنده بودند ظاهر شد.

1816 - مخترع آلمانی کارل فردریش دریس ماشینی شبیه دوچرخه مدرن ساخت. به محض اینکه در خیابان های شهر ظاهر شد ، نام "ماشین در حال اجرا" را دریافت کرد ، زیرا صاحب آن ، با پاهای خود فشار می آورد ، در واقع در امتداد زمین می دوید.

1834 - یک خدمه قایقرانی طراحی شده توسط M. Hakuet در پاریس آزمایش شد. این خدمه دکلی به ارتفاع 12 متر داشتند.

1868 - اعتقاد بر این است که در این سال فرانسوی ارنه میشاد نمونه اولیه موتور سیکلت مدرن را ایجاد کرد.

1871 - مخترع فرانسوی لوئی پررو موتور بخار دوچرخه را ساخت.

1874 - یک تراکتور چرخ بخار در روسیه ساخته شد. خودروی انگلیسی "Evelyn Porter" به عنوان نمونه اولیه مورد استفاده قرار گرفت.

1875 - اولین موتور بخار آمادئوس بدلی در پاریس به نمایش گذاشته شد.

1884 - لویی کاپلند آمریکایی موتورسیکلتی ساخت که روی آن یک موتور بخار در بالای چرخ جلو نصب شده بود. این طراحی می تواند تا 18 کیلومتر در ساعت شتاب بگیرد.

1901 - در روسیه، یک ماشین بخار مسافری کارخانه دوچرخه مسکو "دوکس" ساخته شد.

1902 - لئون سرپولت در یکی از ماشین های بخار خود رکورد سرعت جهانی - 120 کیلومتر در ساعت را ثبت کرد.

یک سال بعد، او رکورد دیگری را ثبت کرد - 144 کیلومتر در ساعت.

1905 - اف. ماریوت آمریکایی در ماشین بخار از سرعت 200 کیلومتر فراتر رفت.

1.2 بخارموتور

موتوری که با بخار کار می کند. بخار حاصل از گرم کردن آب برای نیروی محرکه استفاده می شود. در برخی از موتورها، بخار پیستون های سیلندر را مجبور به حرکت می کند. این یک حرکت رفت و برگشتی ایجاد می کند. مکانیسم متصل معمولاً آن را به حرکت چرخشی تبدیل می کند. لوکوموتیوهای بخار (لوکوموتیو) از موتورهای رفت و برگشتی استفاده می کنند. از توربین های بخار نیز به عنوان موتور استفاده می شود که با چرخاندن یک سری چرخ با پره، حرکت چرخشی مستقیم می دهد. توربین های بخار ژنراتورهای برق و پروانه کشتی را به حرکت در می آورند. در هر موتور بخار، گرمای حاصل از گرم کردن آب در دیگ بخار (دیگ بخار) به انرژی حرکتی تبدیل می شود. گرما را می توان از سوختن سوخت در یک کوره یا از یک راکتور هسته ای تامین کرد. اولین موتور بخار در تاریخ نوعی پمپ بود که با کمک آن آب سیل معادن را پمپاژ می کردند. در سال 1689 توسط توماس ساوری اختراع شد. در این دستگاه با طراحی بسیار ساده، بخار به مقدار کمی آب متراکم می‌شود و به همین دلیل خلأ جزئی ایجاد می‌شود که در نتیجه آب از شفت معدن به بیرون مکیده می‌شود. در سال 1712، توماس نیوکامن پمپ پیستونی با بخار را اختراع کرد. در دهه 1760 جیمز وات طراحی نیوکامن را بهبود بخشید و موتورهای بخار بسیار کارآمدتری ایجاد کرد. به زودی از آنها در کارخانه ها برای برق انداختن ماشین ابزار استفاده شد. در سال 1884، مهندس انگلیسی چارلز پارسون (1854-1931) اولین توربین بخار عملی را اختراع کرد. طرح های او به قدری کارآمد بودند که به زودی جایگزین موتورهای بخار رفت و برگشتی در نیروگاه ها شدند. شگفت‌انگیزترین دستاورد در زمینه موتورهای بخار، ایجاد یک موتور بخار کاملاً بسته و در حال کار با ابعاد میکروسکوپی بود. دانشمندان ژاپنی آن را با استفاده از تکنیک های مورد استفاده برای ساخت مدارهای مجتمع ایجاد کردند. جریان کمی که از عنصر گرمایش الکتریکی می گذرد، قطرات آب را به بخار تبدیل می کند که پیستون را حرکت می دهد. اکنون دانشمندان باید کشف کنند که این دستگاه در چه زمینه هایی می تواند کاربردهای عملی پیدا کند.

علاقه به بخار آب، به عنوان یک منبع انرژی مقرون به صرفه، همراه با اولین دانش علمی پیشینیان ظاهر شد. مردم سه هزار سال است که سعی کرده اند این انرژی را رام کنند. مراحل اصلی این مسیر چیست؟ تأملات و پروژه های چه کسی به بشر آموخته است که حداکثر سود را از آن استخراج کند؟

پیش نیازهای پیدایش موتورهای بخار

نیاز به مکانیسم هایی که بتواند فرآیندهای فشرده کار را تسهیل کند همیشه وجود داشته است. تا اواسط قرن هجدهم از آسیاب های بادی و چرخ های آبی برای این منظور استفاده می شد. امکان استفاده از انرژی باد به طور مستقیم به تغییرات آب و هوایی بستگی دارد. و برای استفاده از چرخ های آب، کارخانه هایی باید در کناره های رودخانه ها ساخته می شد که همیشه راحت و مصلحت نیست. و اثربخشی هر دو بسیار کم بود. یک موتور اساساً جدید مورد نیاز بود،به راحتی مدیریت می شود و از این کاستی ها خالی است.

تاریخچه اختراع و بهبود موتورهای بخار

ایجاد یک موتور بخار نتیجه تفکر زیاد، موفقیت و شکست امیدهای بسیاری از دانشمندان است.

آغاز راه

اولین پروژه های مجرد فقط کنجکاوی جالبی بودند. مثلا، ارشمیدسیک تفنگ بخار ساخت حواصیل اسکندریهاز انرژی بخار برای باز کردن درهای معابد باستانی استفاده کرد. و محققان یادداشت هایی در مورد کاربرد عملی انرژی بخار برای به کار انداختن مکانیسم های دیگر در این کار پیدا کردند لئوناردو داوینچی.

مهم ترین پروژه ها در این زمینه را در نظر بگیرید.

در قرن شانزدهم، مهندس عرب، تاگی الدین، طرحی را برای یک توربین بخار اولیه توسعه داد. با این حال، به دلیل پراکندگی قوی جت بخار عرضه شده به پره های چرخ توربین، کاربرد عملی دریافت نکرد.

سریع به جلو به فرانسه قرون وسطی. فیزیکدان و مخترع با استعداد دنیس پاپین، پس از بسیاری از پروژه های ناموفق، در طرح زیر متوقف می شود: یک سیلندر عمودی با آب پر شده بود، که یک پیستون روی آن نصب شده بود.

سیلندر گرم شد، آب جوش آمد و تبخیر شد. بخار در حال گسترش پیستون را بلند کرد. در نقطه بالای خیز ثابت شد و انتظار می رفت که سیلندر خنک شود و بخار متراکم شود. پس از متراکم شدن بخار، خلاء در سیلندر ایجاد شد. پیستون که از چفت و بست رها شده بود، تحت تأثیر فشار اتمسفر وارد خلاء شد. این سقوط پیستون بود که قرار بود به عنوان ضربه کار استفاده شود.

بنابراین، حرکت مفید پیستون در اثر ایجاد خلاء ناشی از متراکم شدن بخار و فشار خارجی (اتمسفر) ایجاد شد.

چون ماشین بخار پاپینمانند بسیاری از پروژه های بعدی، آنها را ماشین های بخار اتمسفر نامیدند.

این طراحی یک اشکال بسیار مهم داشت - تکرار چرخه ارائه نشده است.دنیس این ایده را مطرح می کند که بخار را نه در یک سیلندر، بلکه به طور جداگانه در یک دیگ بخار دریافت کند.

دنیس پاپین به عنوان مخترع یک ​​جزئیات بسیار مهم - دیگ بخار وارد تاریخ ایجاد موتورهای بخار شد.

و از آنجایی که آنها شروع به دریافت بخار خارج از سیلندر کردند، خود موتور وارد دسته موتورهای احتراق خارجی شد. اما به دلیل عدم وجود مکانیزم توزیع که عملکرد بی وقفه را تضمین می کند، این پروژه ها به سختی کاربرد عملی پیدا کرده اند.

مرحله جدیدی در توسعه موتورهای بخار

حدود 50 سال است که برای پمپاژ آب در معادن زغال سنگ استفاده می شود. پمپ بخار توماس نیوکامن.او تا حد زیادی طرح های قبلی را تکرار کرد، اما حاوی نکات جدید بسیار مهمی بود - یک لوله برای خروج بخار متراکم و یک شیر اطمینان برای آزاد کردن بخار اضافی.

اشکال مهم آن این بود که سیلندر باید قبل از تزریق بخار گرم می شد، سپس قبل از متراکم شدن خنک می شد. اما نیاز به چنین موتورهایی به حدی بود که با وجود ناکارآمدی آشکار آنها، آخرین نسخه از این ماشین ها تا سال 1930 مورد استفاده قرار گرفت.

در سال 1765 مکانیک انگلیسی جیمز وات،درگیر بهبود ماشین نیوکامن، کندانسور را از سیلندر بخار جدا کرد.

گرم نگه داشتن سیلندر به طور مداوم امکان پذیر شد. راندمان دستگاه بلافاصله افزایش یافت. در سال های بعد، وات مدل خود را به طور قابل توجهی بهبود بخشید و آن را به دستگاهی برای تامین بخار از یک طرف به طرف دیگر مجهز کرد.

استفاده از این دستگاه نه تنها به عنوان پمپ، بلکه برای راندن ماشین ابزارهای مختلف نیز امکان پذیر شد. وات حق اختراع خود را - یک موتور بخار مداوم - دریافت کرد. تولید انبوه این ماشین ها آغاز می شود.

در آغاز قرن نوزدهم، بیش از 320 وات موتور بخار در انگلستان مشغول به کار بودند. سایر کشورهای اروپایی نیز شروع به خرید آنها کردند. این امر به افزایش قابل توجه تولید صنعتی در بسیاری از صنایع، هم در خود انگلستان و هم در کشورهای همسایه کمک کرد.

بیست سال زودتر از وات، در روسیه، مکانیک آلتای ایوان ایوانوویچ پولزونوف روی پروژه موتور بخار کار کرد.

مقامات کارخانه به او پیشنهاد کردند که واحدی بسازد که دمنده کوره ذوب را به حرکت درآورد.

ماشینی که او ساخت دو سیلندر بود و عملکرد مداوم دستگاه متصل به آن را تضمین می کرد.

با موفقیت بیش از یک ماه و نیم کار، دیگ شروع به نشت کرد. خود پولزونوف در این زمان دیگر زنده نبود. ماشین تعمیر نشد. و خلقت شگفت انگیز یک مخترع روسی فراموش شد.

به دلیل عقب ماندگی روسیه در آن زمان جهان با تاخیر زیادی از اختراع I. I. Polzunov مطلع شد ....

بنابراین، برای راه اندازی یک موتور بخار، لازم است که بخار تولید شده توسط دیگ بخار، در حال انبساط، روی پیستون یا پره های توربین فشار بیاورد. و سپس حرکت آنها به قسمت های مکانیکی دیگر منتقل شد.

استفاده از موتورهای بخار در حمل و نقل

علیرغم این واقعیت که راندمان موتورهای بخار در آن زمان از 5٪ تجاوز نمی کرد، در پایان قرن 18 آنها شروع به استفاده فعال در کشاورزی و حمل و نقل کردند:

• در فرانسه ماشینی با موتور بخار وجود دارد.
• در ایالات متحده آمریکا، یک قایق بخار بین شهرهای فیلادلفیا و برلینگتون شروع به حرکت می کند.
• در انگلستان، یک لوکوموتیو راه آهن با موتور بخار نشان داده شد.
• یک دهقان روسی از استان ساراتوف یک تراکتور کاترپیلار ساخته شده توسط او با ظرفیت 20 اسب بخار را به ثبت رساند. با.؛
• بارها برای ساخت هواپیما با موتور بخار تلاش شده است، اما متاسفانه قدرت کم این واحدها با وزن زیاد هواپیما، این تلاش ها را ناموفق ساخته است.

در پایان قرن نوزدهم، موتورهای بخار که نقش خود را در پیشرفت فنی جامعه ایفا کردند، جای خود را به موتورهای الکتریکی دادند.

دستگاه های بخار در قرن بیست و یکم

با ظهور منابع جدید انرژی در قرن 20 و 21، نیاز به استفاده از انرژی بخار دوباره ظاهر می شود. توربین های بخار در حال تبدیل شدن به بخشی جدایی ناپذیر از نیروگاه های هسته ای هستند.بخاری که آنها را تغذیه می کند از سوخت هسته ای به دست می آید.

از این توربین ها در نیروگاه های حرارتی چگالشی نیز استفاده زیادی می شود.

در تعدادی از کشورها آزمایشاتی برای به دست آوردن بخار ناشی از انرژی خورشیدی در حال انجام است.

موتورهای بخار رفت و برگشتی نیز فراموش نمی شوند. در مناطق کوهستانی به عنوان لوکوموتیو لوکوموتیوهای بخار هنوز استفاده می شوند.

این کارگران قابل اعتماد هم ایمن تر و هم ارزان تر هستند. آنها نیازی به خطوط برق ندارند و سوخت - چوب و زغال سنگ ارزان قیمت - همیشه در دسترس هستند.

فن آوری های مدرن اجازه می دهد تا 95٪ از انتشار گازهای گلخانه ای را به اتمسفر جذب کند و کارایی را تا 21٪ افزایش دهد، به طوری که مردم تصمیم گرفته اند هنوز از آنها جدا نشوند و روی نسل جدیدی از لوکوموتیوهای بخار کار می کنند.

اگر این پیام برای شما مفید بود، خوشحال می شوم شما را ببینم

من با زغال سنگ و آب زندگی می کنم و هنوز انرژی کافی برای رفتن 100 مایل در ساعت دارم! این دقیقاً همان کاری است که یک لوکوموتیو بخار می تواند انجام دهد. اگرچه این دایناسورهای مکانیکی غول پیکر اکنون در بیشتر راه آهن های جهان منقرض شده اند، فناوری بخار در قلب مردم زنده است و لوکوموتیوهایی مانند این هنوز به عنوان جاذبه های گردشگری در بسیاری از راه آهن های تاریخی عمل می کنند.

اولین موتورهای بخار مدرن در اوایل قرن هجدهم در انگلستان اختراع شد و آغاز انقلاب صنعتی بود.

امروز دوباره به انرژی بخار برمی گردیم. با توجه به ویژگی های طراحی، در طول فرآیند احتراق، یک موتور بخار آلودگی کمتری نسبت به یک موتور احتراق داخلی تولید می کند. این ویدیو را تماشا کنید تا ببینید چگونه کار می کند.

چه چیزی موتور بخار قدیمی را تامین می کرد؟

انجام هر کاری که فکرش را بکنید انرژی می خواهد: اسکیت بورد، پرواز با هواپیما، خرید یا رانندگی در خیابان. بیشتر انرژی که امروزه برای حمل و نقل استفاده می کنیم از نفت تامین می شود، اما همیشه اینطور نبود. تا اوایل قرن بیستم، زغال سنگ سوخت مورد علاقه جهان بود و همه چیز از قطار و کشتی گرفته تا هواپیمای بخار بد اختراع شده توسط دانشمند آمریکایی ساموئل پی. لنگلی، رقیب اولیه برادران رایت، را تامین می کرد. چه چیزی در مورد زغال سنگ خاص است؟ مقدار زیادی از آن در داخل زمین وجود دارد، بنابراین نسبتاً ارزان و به طور گسترده در دسترس بود.

زغال سنگ یک ماده شیمیایی آلی است، به این معنی که بر اساس عنصر کربن است. زغال سنگ در طی میلیون ها سال زمانی تشکیل می شود که بقایای گیاهان مرده در زیر سنگ ها دفن می شوند، تحت فشار فشرده می شوند و توسط گرمای داخلی زمین می جوشند. به همین دلیل به آن سوخت فسیلی می گویند. توده های زغال سنگ در واقع توده های انرژی هستند. کربن درون آنها توسط ترکیباتی به نام پیوندهای شیمیایی به اتم های هیدروژن و اکسیژن متصل می شود. وقتی زغال سنگ را روی آتش می سوزانیم، پیوندها می شکند و انرژی به صورت گرما آزاد می شود.

زغال‌سنگ حاوی حدود نیمی از انرژی در هر کیلوگرم سوخت‌های فسیلی تمیزتر مانند بنزین، گازوئیل و نفت سفید است – و این یکی از دلایلی است که موتورهای بخار مجبور به سوزاندن بسیار زیاد آن هستند.

آیا موتورهای بخار آماده یک بازگشت حماسی هستند؟

روزی روزگاری، موتور بخار غالب بود - همانطور که می دانید ابتدا در قطارها و تراکتورهای سنگین، اما در نهایت در اتومبیل ها. امروزه درک آن سخت است، اما در آغاز قرن بیستم، بیش از نیمی از خودروها در ایالات متحده با بخار کار می کردند. موتور بخار به قدری بهبود یافته بود که در سال 1906 یک موتور بخار به نام موشک استنلی حتی رکورد سرعت زمینی را نیز داشت - سرعت بی پروا 127 مایل در ساعت!

اکنون، ممکن است فکر کنید که موتور بخار تنها به این دلیل موفق بود که موتورهای احتراق داخلی (ICE) هنوز وجود نداشتند، اما در واقع، موتورهای بخار و اتومبیل‌های ICE به طور همزمان توسعه یافتند. از آنجا که مهندسان قبلاً 100 سال تجربه با موتورهای بخار داشتند، موتور بخار شروع بسیار خوبی داشت. در حالی که موتورهای میل لنگ دستی دست اپراتورهای بدبخت را شکستند، تا سال 1900 موتورهای بخار کاملاً خودکار بودند - و بدون کلاچ یا گیربکس (بخار فشار ثابتی را ایجاد می کند، برخلاف موتور احتراق داخلی)، کار کردن بسیار آسان است. تنها نکته این است که باید چند دقیقه صبر کنید تا دیگ گرم شود.

با این حال، در چند سال کوتاه، هنری فورد خواهد آمد و همه چیز را تغییر خواهد داد. اگرچه موتور بخار از نظر فنی نسبت به موتور احتراق داخلی برتری داشت، اما با قیمت فوردهای تولیدی مطابقت نداشت. سازندگان خودروهای بخار سعی کردند دنده ها را عوض کنند و اتومبیل های خود را به عنوان محصولات لوکس و درجه یک بفروشند، اما در سال 1918 فورد مدل T شش برابر ارزان تر از Steanley Steamer (محبوب ترین ماشین بخار در آن زمان) بود. با ظهور موتور استارت برقی در سال 1912 و بهبود مداوم در راندمان موتور احتراق داخلی، دیری نپایید که موتور بخار از جاده های ما ناپدید شد.

تحت فشار

در 90 سال گذشته، موتورهای بخار در آستانه انقراض باقی مانده‌اند و جانوران غول‌پیکر به نمایشگاه‌های خودروهای قدیمی راه یافته‌اند، اما نه چندان. با این حال، بی سر و صدا، در پس زمینه، تحقیقات بی سر و صدا به جلو حرکت کرده است، تا حدی به دلیل اتکای ما به توربین های بخار برای تولید نیرو، و همچنین به این دلیل که برخی افراد معتقدند که موتورهای بخار در واقع می توانند عملکرد بهتری از موتورهای احتراق داخلی داشته باشند.

ICE ها دارای معایب ذاتی هستند: آنها به سوخت های فسیلی نیاز دارند، آلودگی زیادی تولید می کنند و پر سر و صدا هستند. از طرف دیگر موتورهای بخار بسیار بی صدا، بسیار تمیز هستند و تقریباً از هر سوختی می توانند استفاده کنند. موتورهای بخار، به لطف فشار ثابت، نیازی به دنده ندارند - حداکثر گشتاور و شتاب را فوراً در حالت استراحت به دست می آورید. برای رانندگی در شهر، جایی که توقف و استارت مقادیر زیادی سوخت فسیلی مصرف می کند، قدرت مداوم موتورهای بخار می تواند بسیار جالب باشد.

فناوری راه طولانی را پیموده است و از دهه 1920 - اول از همه، ما اکنون هستیم استادان مواد. موتورهای بخار اولیه برای تحمل گرما و فشار به دیگ های بزرگ و سنگین نیاز داشتند و در نتیجه حتی موتورهای بخار کوچک چند تن وزن داشتند. با استفاده از مواد مدرن، موتورهای بخار می توانند مانند پسرعموهای خود سبک باشند. یک کندانسور مدرن و نوعی دیگ بخار را داخل آن بیندازید و می توانید یک موتور بخار با راندمان مناسب و زمان گرم شدن مناسب بسازید که به جای چند دقیقه در ثانیه اندازه گیری می شود.

در سال های اخیر، این دستاوردها در برخی از پیشرفت های هیجان انگیز ترکیب شده اند. در سال 2009، یک تیم بریتانیایی رکورد جدیدی را با سرعت باد 148 مایل در ساعت به ثبت رساندند و در نهایت رکورد موشک استنلی را که برای بیش از 100 سال پابرجا بود، شکست. در دهه 1990، یک بخش تحقیق و توسعه فولکس واگن به نام Enginion ادعا کرد که یک موتور بخار ساخته است که از نظر کارایی با یک موتور احتراق داخلی قابل مقایسه است، اما آلایندگی کمتری دارد. در سال‌های اخیر، Cyclone Technologies ادعا می‌کند که یک موتور بخار ساخته است که کارایی آن دو برابر موتور احتراق داخلی است. با این حال، تا به امروز، هیچ موتوری راه خود را به یک وسیله نقلیه تجاری پیدا نکرده است.

با حرکت رو به جلو، بعید است که موتورهای بخار هرگز از موتور احتراق داخلی خارج شوند، البته فقط به دلیل حرکت عظیم Big Oil. با این حال، یک روز، زمانی که در نهایت تصمیم گرفتیم نگاهی جدی به آینده حمل و نقل شخصی بیندازیم، شاید لطف آرام، سبز و سرزنده انرژی بخار فرصتی دوباره پیدا کند.

موتورهای بخار زمان ما

فن آوری.

انرژی نوآورانه NanoFlowcell® در حال حاضر نوآورانه‌ترین و قدرتمندترین سیستم ذخیره‌سازی انرژی برای کاربردهای موبایل و ثابت است. برخلاف باتری‌های معمولی، nanoFlowcell® با الکترولیت‌های مایع (bi-ION) تغذیه می‌شود که می‌توانند دور از خود سلول ذخیره شوند. اگزوز خودرو با این فناوری بخار آب است.

مانند یک پیل جریان معمولی، سیالات الکترولیتی با بار مثبت و منفی به طور جداگانه در دو مخزن ذخیره می شوند و مانند یک پیل جریان معمولی یا پیل سوختی، از طریق مبدل (عنصر واقعی سیستم نانوفلوسل) در مدارهای جداگانه پمپ می شوند.

در اینجا، دو مدار الکترولیت فقط توسط یک غشای تراوا از هم جدا می شوند. تبادل یونی به محض عبور محلول های الکترولیت مثبت و منفی از یکدیگر در دو طرف غشای مبدل انجام می شود. این انرژی شیمیایی متصل به بی یون را به الکتریسیته تبدیل می کند که سپس مستقیماً در دسترس مصرف کنندگان برق قرار می گیرد.

مانند وسایل نقلیه هیدروژنی، "اگزوز" تولید شده توسط وسایل نقلیه الکتریکی نانوفلوسل بخار آب است. اما آیا انتشار بخار آب از وسایل نقلیه الکتریکی آینده سازگار با محیط زیست است؟

منتقدان تحرک الکتریکی به طور فزاینده ای سازگاری زیست محیطی و پایداری منابع انرژی جایگزین را زیر سوال می برند. برای بسیاری، وسایل نقلیه الکتریکی یک سازش متوسط ​​بین رانندگی بدون آلایندگی و فناوری مضر برای محیط زیست است. باتری‌های معمولی لیتیوم یون یا هیدرید فلزی نه پایدار هستند و نه سازگار با محیط زیست - حتی اگر تبلیغات «تحرک الکترونیکی» خالص را نشان دهد، نباید تولید، استفاده یا بازیافت شوند.

NanoFlowcell Holdings همچنین اغلب در مورد پایداری و سازگاری زیست‌محیطی فناوری نانوفلوسل و الکترولیت‌های دو یونی سؤال می‌شود. هم خود سلول نانوفلوسل و هم محلول های الکترولیت bi-ION مورد نیاز برای تامین انرژی آن به روشی سازگار با محیط زیست از مواد خام سازگار با محیط زیست تولید می شوند. فناوری nanoFlowcell در حین کار کاملاً غیر سمی است و به هیچ وجه به سلامت آسیب نمی رساند. Bi-ION که از محلول آبی کم نمک (نمک های آلی و معدنی محلول در آب) و حامل های انرژی واقعی (الکترولیت ها) تشکیل شده است، هنگام استفاده و بازیافت نیز سازگار با محیط زیست است.

درایو نانوفلوسل در خودروهای الکتریکی چگونه کار می کند؟ مشابه یک خودروی بنزینی، محلول الکترولیت در یک وسیله نقلیه الکتریکی با سلول نانو جریان مصرف می شود. در داخل نانوسلول (سلول جریان واقعی)، یک محلول الکترولیت با بار مثبت و یک محلول الکترولیتی با بار منفی در سراسر غشای سلول پمپ می شود. واکنش - تبادل یونی - بین محلول های الکترولیت با بار مثبت و منفی انجام می شود. بنابراین، انرژی شیمیایی موجود در بی یون ها به شکل الکتریسیته آزاد می شود که سپس برای به حرکت درآوردن موتورهای الکتریکی استفاده می شود. این تا زمانی اتفاق می افتد که الکترولیت ها در سراسر غشاء پمپ شوند و واکنش نشان دهند. در مورد درایو QUANTiNO با نانو فلوسل، یک مخزن مایع الکترولیت برای بیش از 1000 کیلومتر کافی است. پس از تخلیه مخزن باید دوباره پر شود.

چه نوع "ضایعاتی" توسط یک وسیله نقلیه الکتریکی با سلول نانو جریان تولید می شود؟ در خودروهای موتور احتراق داخلی معمولی، احتراق سوخت‌های فسیلی (بنزین یا گازوئیل) گازهای خروجی خطرناکی را تولید می‌کند - عمدتاً دی‌اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و دی‌اکسید گوگرد - که تجمع آن‌ها توسط بسیاری از محققان به عنوان علت تغییرات آب و هوایی شناسایی شده است. تغییر دادن. با این حال، تنها انتشار گازهای گلخانه‌ای توسط وسیله نقلیه نانوفلوسل در حین رانندگی - تقریباً مانند یک وسیله نقلیه هیدروژنی - تقریباً به طور کامل آب است.

پس از انجام تبادل یونی در نانوسل، ترکیب شیمیایی محلول الکترولیت bi-ION تقریباً بدون تغییر باقی ماند. این دیگر واکنشی نیست و بنابراین "صرف شده" در نظر گرفته می شود زیرا نمی توان آن را شارژ کرد. بنابراین، برای کاربردهای موبایل فن‌آوری نانوفلوسل، مانند وسایل نقلیه الکتریکی، تصمیم گرفته شد که الکترولیت محلول را در حین حرکت به صورت میکروسکوپی تبخیر و آزاد کند. در سرعت های بالاتر از 80 کیلومتر در ساعت، محفظه مایع الکترولیتی زباله از طریق نازل های اسپری بسیار ظریف با استفاده از یک ژنراتور که توسط انرژی درایو هدایت می شود، تخلیه می شود. الکترولیت ها و نمک ها از قبل به صورت مکانیکی فیلتر می شوند. انتشار آب تصفیه شده فعلی به صورت بخار آب سرد (میکروفین میست) کاملاً با محیط زیست سازگار است. فیلتر در حدود 10 گرم تعویض می شود.

مزیت این راه حل فنی این است که باک خودرو در هنگام رانندگی معمولی خالی می شود و به راحتی و بدون نیاز به پمپاژ می توان آن را به سرعت پر کرد.

یک راه حل جایگزین، که تا حدودی پیچیده تر است، جمع آوری محلول الکترولیت مصرف شده در یک مخزن جداگانه و ارسال آن برای بازیافت است. این راه حل برای کاربردهای مشابه نانوفلوسل ثابت در نظر گرفته شده است.

با این حال، بسیاری از منتقدان اکنون پیشنهاد می‌کنند که نوع بخار آبی که از تبدیل هیدروژن در سلول‌های سوختی، یا از تبخیر مایع الکترولیتی در مورد نانولوله‌ها آزاد می‌شود، از نظر تئوری یک گاز گلخانه‌ای است که می‌تواند بر تغییرات آب و هوایی تأثیر بگذارد. چگونه چنین شایعاتی به وجود می آید؟

ما به انتشار بخار آب از نظر اهمیت زیست‌محیطی آن‌ها نگاه می‌کنیم و می‌پرسیم که چقدر بخار آب بیشتر از استفاده گسترده از وسایل نقلیه نانو فلوسل در مقایسه با فن‌آوری‌های سنتی محرک انتظار می‌رود و اینکه آیا این انتشار H2O می‌تواند اثرات زیست‌محیطی منفی داشته باشد. چهارشنبه.

مهمترین گازهای گلخانه ای طبیعی - همراه با CH 4 , O 3 و N 2 O - بخار آب و CO 2 ، دی اکسید کربن و بخار آب برای حفظ آب و هوای جهانی بسیار مهم هستند. تابش خورشیدی که به زمین می رسد جذب می شود و زمین را گرم می کند که به نوبه خود گرما را به جو می فرستد. با این حال، بیشتر این گرمای تابشی از جو زمین به فضا بازمی‌گردد. دی اکسید کربن و بخار آب دارای خواص گازهای گلخانه ای هستند و یک "لایه محافظ" را تشکیل می دهند که از خروج گرمای تابشی به فضا جلوگیری می کند. در یک زمینه طبیعی، این اثر گلخانه ای برای بقای ما بر روی زمین حیاتی است - بدون دی اکسید کربن و بخار آب، جو زمین با حیات دشمن خواهد بود.

اثر گلخانه ای تنها زمانی مشکل ساز می شود که مداخله غیرقابل پیش بینی انسان چرخه طبیعی را مختل کند. وقتی انسان علاوه بر گازهای گلخانه‌ای طبیعی، با سوزاندن سوخت‌های فسیلی، غلظت بیشتری از گازهای گلخانه‌ای را در اتمسفر ایجاد کند، گرمایش جو زمین را افزایش می‌دهد.

انسان به عنوان بخشی از بیوسفر، ناگزیر با وجود خود بر محیط و در نتیجه سیستم آب و هوا تأثیر می گذارد. رشد مداوم جمعیت زمین پس از عصر حجر و ایجاد سکونتگاه‌ها در چندین هزار سال پیش که با گذار از زندگی عشایری به کشاورزی و دامداری همراه است، قبلاً بر اقلیم تأثیر گذاشته است. نزدیک به نیمی از جنگل‌ها و جنگل‌های اصلی جهان برای مقاصد کشاورزی پاکسازی شده‌اند. جنگل ها - همراه با اقیانوس ها - تولید کننده اصلی بخار آب هستند.

بخار آب جاذب اصلی تشعشعات حرارتی در جو است. بخار آب به طور متوسط ​​0.3٪ از جرم جو، دی اکسید کربن فقط 0.038٪ است، به این معنی که بخار آب 80٪ از جرم گازهای گلخانه ای در جو را تشکیل می دهد (حدود 90٪ حجمی) و با در نظر گرفتن 36 تا 66% مهمترین گاز گلخانه ای است که وجود ما را بر روی زمین تضمین می کند.

جدول 3: سهم اتمسفر از مهمترین گازهای گلخانه ای و سهم مطلق و نسبی افزایش دما (زیتل)

موتور بخار یک موتور حرارتی است که در آن انرژی بالقوه بخار در حال انبساط به انرژی مکانیکی داده شده به مصرف کننده تبدیل می شود.

با استفاده از نمودار ساده شده شکل با اصل عملکرد دستگاه آشنا می شویم. 1.

داخل سیلندر 2 یک پیستون 10 است که می تواند تحت فشار بخار به جلو و عقب حرکت کند. سیلندر دارای چهار کانال است که می توانند باز و بسته شوند. دو کانال بخار بالایی1 و3 توسط یک خط لوله به دیگ بخار متصل می شوند و از طریق آنها بخار تازه می تواند وارد سیلندر شود. از طریق دو کلاهک پایینی 9 و 11، جفتی که قبلاً کار را به پایان رسانده است، از سیلندر خارج می شود.

نمودار لحظه ای را نشان می دهد که کانال های 1 و 9 باز هستند، کانال های 3 و11 بسته بنابراین، بخار تازه از دیگ بخار از طریق کانال1 وارد حفره سمت چپ سیلندر می شود و با فشار آن پیستون را به سمت راست حرکت می دهد. در این زمان، بخار خروجی از حفره سمت راست سیلندر از طریق کانال 9 خارج می شود. با موقعیت سمت راست پیستون، کانال ها1 و9 بسته هستند و 3 عدد برای ورودی بخار تازه و 11 عدد برای خروجی بخار اگزوز باز هستند که در نتیجه پیستون به سمت چپ حرکت می کند. در سمت چپ انتهایی پیستون، کانال ها باز می شوند1 و 9 و کانال های 3 و 11 بسته می شوند و این روند تکرار می شود. بنابراین، یک حرکت رفت و برگشتی مستقیم از پیستون ایجاد می شود.

برای تبدیل این حرکت به چرخشی از مکانیزم به اصطلاح میل لنگ استفاده می شود. این شامل یک میله پیستون - 4 است که در یک سر به پیستون متصل می شود، و در طرف دیگر، به صورت محوری، با استفاده از یک لغزنده (تقاطع) 5، کشویی بین موازی های راهنما، با یک میله اتصال 6، که حرکت را به پیستون منتقل می کند. شفت اصلی 7 از طریق زانو یا میل لنگ 8.

مقدار گشتاور روی شفت اصلی ثابت نیست. در واقع، قدرتآر ، در امتداد ساقه (شکل 2)، می تواند به دو جزء تجزیه شود:به هدایت شده در امتداد شاتون، ون , عمود بر صفحه موازی های راهنما. نیروی N هیچ تأثیری بر حرکت ندارد، بلکه فقط لغزنده را در برابر موازی های راهنما فشار می دهد. زوربه در امتداد شاتون منتقل می شود و روی میل لنگ عمل می کند. در اینجا دوباره می توان آن را به دو جزء تجزیه کرد: نیروز هدایت شده در امتداد شعاع میل لنگ و فشار دادن شفت به یاتاقان ها و نیروتی عمود بر میل لنگ و باعث چرخش شفت می شود. بزرگی نیروی T با در نظر گرفتن مثلث AKZ تعیین می شود. از آنجایی که زاویه ZAK = ? +؟، پس

T = K گناه (? + ?).

اما از مثلث OCD قدرت

K= پ/ cos ?

از همین رو

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

در حین کار دستگاه برای یک دور شفت، زوایای? و? و قدرتآر به طور مداوم در حال تغییر هستند، و بنابراین مقدار نیروی پیچشی (مماسی)تی نیز متغیر برای ایجاد چرخش یکنواخت شفت اصلی در طول یک چرخش، یک فلایویل سنگین روی آن نصب می شود که به دلیل اینرسی آن سرعت زاویه ای ثابت چرخش شفت حفظ می شود. در آن لحظاتی که قدرتتی افزایش می یابد، نمی تواند بلافاصله سرعت چرخش شفت را افزایش دهد تا زمانی که فلایویل شتاب بگیرد، که فوراً اتفاق نمی افتد، زیرا فلایویل دارای جرم زیادی است. در آن لحظات که اثر تولید شده توسط نیروی پیچشتی ، کار نیروهای مقاومت ایجاد شده توسط مصرف کننده کمتر می شود ، چرخ طیار مجدداً به دلیل اینرسی نمی تواند بلافاصله سرعت خود را کاهش دهد و با انتشار انرژی دریافتی در هنگام شتاب به پیستون کمک می کند تا بر بار غلبه کند.

در موقعیت های افراطی زوایای پیستون؟ +؟ = 0، بنابراین sin (? + ?) = 0 و بنابراین، T = 0. از آنجایی که هیچ نیروی چرخشی در این موقعیت ها وجود ندارد، اگر دستگاه بدون چرخ طیار بود، خواب باید متوقف می شد. به این موقعیت های شدید پیستون، موقعیت های مرده یا نقاط مرده می گویند. میل لنگ نیز به دلیل اینرسی فلایویل از آنها عبور می کند.

در موقعیت های مرده، پیستون با پوشش سیلندر تماس پیدا نمی کند، فضایی به اصطلاح مضر بین پیستون و پوشش باقی می ماند. حجم فضای مضر نیز شامل حجم کانال های بخار از اندام های توزیع بخار به سیلندر می شود.

سکتهاس به مسیری که پیستون طی می کند در هنگام حرکت از یک موقعیت افراطی به موقعیت دیگر می گویند. اگر فاصله از مرکز میل اصلی تا مرکز میل لنگ - شعاع میل لنگ - با R نشان داده شود، S = 2R است.

جابجایی سیلندر V ساعت حجم توصیف شده توسط پیستون نامیده می شود.

به طور معمول، موتورهای بخار دارای عملکرد دو طرفه (دو طرفه) هستند (شکل 1 را ببینید). گاهی اوقات از ماشین های تک اثر استفاده می شود که در آنها بخار فقط از طرف پوشش به پیستون فشار وارد می کند. طرف دیگر سیلندر در چنین ماشین هایی باز می ماند.

بسته به فشاری که بخار از سیلندر خارج می‌شود، ماشین‌ها به دو دسته اگزوز تقسیم می‌شوند، در صورت خروج بخار به اتمسفر، متراکم شدن، در صورت ورود بخار به کندانسور (یخچال که در آن فشار کاهش یافته حفظ می‌شود) و استخراج گرما، در که بخار تخلیه شده در دستگاه برای هر منظوری (گرمایش، خشک کردن و غیره) استفاده می شود.

روند اختراع یک موتور بخار، همانطور که اغلب در فناوری اتفاق می افتد، تقریباً یک قرن طول کشید، بنابراین انتخاب تاریخ برای این رویداد کاملاً دلخواه است. با این حال، هیچ کس انکار نمی کند که پیشرفتی که منجر به انقلاب فناوری شد توسط جیمز وات اسکاتلندی انجام شد.

مردم از زمان های قدیم در مورد استفاده از بخار به عنوان مایع کار فکر می کردند. با این حال ، فقط در اواخر قرن XVII-XVIII. توانست راهی برای تولید کار مفید با کمک بخار پیدا کند. یکی از اولین تلاش ها برای قرار دادن بخار در خدمت انسان در انگلستان در سال 1698 انجام شد: ماشین مخترع Savery برای تخلیه معادن و پمپاژ آب طراحی شد. درست است، اختراع Savery هنوز یک موتور به معنای کامل کلمه نبود، زیرا به غیر از چند سوپاپ دستی باز و بسته، هیچ قطعه متحرکی نداشت. ماشین Savery به این صورت عمل می کرد: ابتدا یک مخزن آب بندی شده با بخار پر می شد، سپس سطح بیرونی مخزن را با آب سرد خنک می کردند و باعث متراکم شدن بخار می شد و خلاء جزئی در مخزن ایجاد می شد. پس از آن، آب - به عنوان مثال، از پایین معدن - از طریق لوله ورودی به مخزن مکیده شد و پس از ورود قسمت بعدی بخار، به بیرون پرتاب شد.

اولین موتور بخار با پیستون توسط فرانسوی دنیس پاپین در سال 1698 ساخته شد. آب در داخل یک سیلندر عمودی با یک پیستون گرم می شد و بخار حاصله پیستون را به سمت بالا هل می داد. با سرد شدن و متراکم شدن بخار، پیستون توسط فشار اتمسفر به پایین رانده شد. از طریق سیستمی از بلوک‌ها، موتور بخار پاپین می‌تواند مکانیسم‌های مختلفی مانند پمپ‌ها را به حرکت درآورد.

ماشین کامل تری در سال 1712 توسط آهنگر انگلیسی توماس نیوکامن ساخته شد. همانطور که در دستگاه پاپین، پیستون در یک سیلندر عمودی حرکت می کرد. بخار از دیگ بخار وارد پایه سیلندر شده و پیستون را بالا می برد. هنگامی که آب سرد به داخل سیلندر تزریق شد، بخار متراکم شد، خلاء در سیلندر ایجاد شد و تحت تأثیر فشار اتمسفر، پیستون به پایین افتاد. این حرکت برگشتی آب را از سیلندر خارج کرده و به وسیله یک زنجیر متصل به راکر که مانند تاب حرکت می کند، میله پمپ را به سمت بالا بالا می برد. هنگامی که پیستون در انتهای حرکت خود قرار داشت، مجدداً بخار وارد سیلندر شد و با کمک وزنه تعادلی که روی میله پمپ یا روی راکر نصب شده بود، پیستون به موقعیت اولیه خود رسید. پس از آن، چرخه تکرار شد.

دستگاه نیوکومن بیش از 50 سال است که به طور گسترده در اروپا استفاده می شود. در دهه 1740، دستگاهی با استوانه ای به طول 2.74 متر و قطر 76 سانتی متر در یک روز کاری را انجام داد که تیمی متشکل از 25 نفر و 10 اسب در شیفت کاری در یک هفته انجام دادند. و با این حال کارایی آن بسیار پایین بود.

چشمگیرترین انقلاب صنعتی در انگلستان، عمدتاً در صنعت نساجی، خود را نشان داد. اختلاف بین عرضه پارچه و تقاضای فزاینده سریع، بهترین ذهن های طراحی را به سمت توسعه ماشین های ریسندگی و بافندگی جذب کرد. تاریخ فناوری انگلیسی برای همیشه شامل نام های Cartwright، Kay، Crompton، Hargreaves بود. اما ماشین‌های ریسندگی و بافندگی که آنها ایجاد کردند، به یک موتور جهانی و کیفی جدید نیاز داشتند که به طور مداوم و یکنواخت (که چرخ آب نمی‌توانست آن را فراهم کند) ماشین‌ها را به حرکت چرخشی یک طرفه سوق دهد. در اینجا بود که استعداد مهندس معروف، "جادوگر گرینوک" جیمز وات با تمام شکوه ظاهر شد.

وات در شهر گرینوک اسکاتلند در خانواده یک کشتی ساز به دنیا آمد. جیمز در دو سال اول که به عنوان کارآموز در کارگاه‌های گلاسکو کار می‌کرد، مدارک یک حکاکی، استاد در ساخت ابزارهای ریاضی، نقشه‌برداری، نوری و ابزارهای ناوبری مختلف را به دست آورد. به توصیه عمویش، استاد، جیمز به عنوان مکانیک وارد دانشگاه محلی شد. در اینجا بود که وات کار بر روی موتورهای بخار را آغاز کرد.

جیمز وات در تلاش بود ماشین بخار-اتمسفر نیوکامن را بهبود بخشد، که به طور کلی فقط برای پمپاژ آب خوب بود. برای او واضح بود که ایراد اصلی دستگاه نیوکامن گرمایش و سرمایش متناوب سیلندر است. در سال 1765، وات این ایده را مطرح کرد که اگر قبل از چگالش، بخار از طریق یک خط لوله با یک سوپاپ به یک مخزن جداگانه هدایت شود، سیلندر می تواند همیشه داغ بماند. علاوه بر این، وات چندین پیشرفت دیگر انجام داد که در نهایت موتور بخار-اتمسفر را به یک موتور بخار تبدیل کرد. به عنوان مثال، او یک مکانیسم لولایی اختراع کرد - "متوازی الاضلاع وات" (به این دلیل که بخشی از پیوندها نامیده می شود - اهرم هایی که ترکیب آن را تشکیل می دهند متوازی الاضلاع است) که حرکت رفت و برگشتی پیستون را به حرکت چرخشی شفت اصلی تبدیل می کند. . حالا بافندگی ها می توانستند به طور مداوم کار کنند.

در سال 1776 دستگاه Watt مورد آزمایش قرار گرفت. بازده آن دو برابر دستگاه نیوکامن بود. در سال 1782، وات اولین موتور بخار دو اثره جهانی را ایجاد کرد. بخار به طور متناوب از یک طرف پیستون و سپس از طرف دیگر وارد سیلندر می شد. بنابراین پیستون با کمک بخار هم حرکت کاری و هم حرکت معکوس ایجاد می کرد که در ماشین های قبلی چنین نبود. از آنجایی که میله پیستون در یک موتور بخار دو کاره یک عمل کشش و فشار را انجام می داد، سیستم محرک قدیمی زنجیر و بازوهای چرخان که فقط به کشش پاسخ می دادند، باید دوباره ساخته می شد. وات یک سیستم پیوند ایجاد کرد و از یک مکانیسم سیاره ای برای تبدیل حرکت رفت و برگشتی میله پیستون به حرکت چرخشی استفاده کرد که با استفاده از یک چرخ لنگر سنگین، یک کنترل کننده سرعت گریز از مرکز، یک دریچه دیسکی و یک مانومتر برای اندازه گیری فشار بخار استفاده می کرد. "موتور بخار چرخشی" که توسط وات ثبت شده است ابتدا به طور گسترده در کارخانه های ریسندگی و بافندگی و بعداً در سایر شرکت های صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. موتور وات برای هر خودرویی مناسب بود و مخترعان مکانیزم های خودکششی نیز در بهره برداری از این امر دیر نگذاشتند.

موتور بخار وات واقعاً اختراع قرن بود و شروع انقلاب صنعتی را رقم زد. اما مخترع به همین جا بسنده نکرد. همسایه ها بیش از یک بار با تعجب تماشا کردند که وات اسب ها را در علفزار می راند و وزنه های مخصوص انتخاب شده را می کشید. بنابراین یک واحد قدرت وجود داشت - اسب بخار که بعداً به رسمیت شناخته شد.

متأسفانه، مشکلات مالی وات را در بزرگسالی وادار کرد تا بررسی‌های ژئودتیکی انجام دهد، روی ساخت کانال‌ها کار کند، بنادر و اسکله‌های تفریحی بسازد و در نهایت با کارآفرین جان ربک، که به زودی دچار فروپاشی کامل مالی شد، وارد یک اتحاد بردگی اقتصادی شود.