증기엔진의 발명

증기엔진의 히스토리

연소기관, 가스터빈 및 원자로가 추진하는 세계에서 증기 기관은 과거의 유물처럼 보일 수 있습니다. 그러나 이 판도를 바꾸는 발명이 없었다면 현대 세계는 훨씬 뒤쳐졌을것입니다. 틀림없이 산업혁명의 가장 중요한 발전인 증기 엔진은 광업, 제조, 농업 및 운송 분야의 주요 발전을 촉진했습니다. 그리고 18세기와 19세기의 몇몇 저명한 인물들이 증기엔진을 개발하고 개선한것으로 알려져 있지만 증기동력 기계의 역사는 실제로 산업혁명 이전으로 거의 2,000 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 고대 증기 터빈: 서기 1세기초, 알렉산드리아의 영웅인 그리스 발명가가 세계 최초의 원시 증기터빈을 설계했습니다. Heron의 aeolipile은 한 쌍의 튜브에 장착 된 속이 빈 구체로 구성되어 있습니다. 불에 의해 아래에서 가열된 튜브는 증기를 구체로 이동시켰고, 증기는 구체의 적도에서 튀어 나온 다른 일련의 튜브를 통해 방출되었습니다. 이 장치를 통한 증기의 움직임은 구체를 회전시켜 추진수단으로 증기를 사용할 가능성을 보여주었습니다. Hero의 aeolipile은 생산속도를 높이는 수단이 아니라 참신함으로 만들어졌지만, 그럼에도 불구하고 증기를 회전운동으로 변환하는 장치로써 최초로 알려져있습니다. 그러나 Heron의 aeolipile이 보여주는 힘을 실용적인 목적으로 활용하려는 시도는 17세기가 되어서야 이루어졌습니다. 최초의 실용적인 증기엔진은 매우 구체적인 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 침수 된 광산에서 물을 제거하는 방법입니다. 17세기 유럽인들이 주요 연료공급원으로 목재에서 석탄 으로 전환함에 따라 광산이 깊어졌고 그결과 지하수원을 관통한 후 종종 침수되었습니다. Jerónimo de Ayanz라는 스페인 광산 관리자는 침수광산 문제를 해결한 최초의 사람으로 생각됩니다. 1606년 de Ayanz는 증기동력을 사용하여 광산에서 물을 공급하는 기계에 대한 최초의 특허를 등록했습니다. 이 발명가는 세계 최초의 에어컨 시스템 중 하나를 발명한 것으로도 알려져 있으며 그의 증기 엔진을 사용하여 세비야 과달카날의 은광에서 물을 제거했습니다. 이 발명가는 광산에 사용하기 위해 증기로 작동하는 기계를 처음으로 특허를 받았지만 영국인은 일반적으로 최초의 증기 엔진을 발명한 것으로 알려져 있습니다. 1698년에 엔지니어이자 발명가 인 Thomas Savery는 증기압력을 사용하여 침수된 광산에서 효과적으로 물을 끌어 올 수있는 기계의 특허를 받았습니다. Savery는 압력솥을 발명한 프랑스 태생의 영국 물리학 자 Denis Papin이 제시한 원리를 응용했습니다. 실린더와 피스톤 증기 엔진을 둘러싼 Papin의 아이디어는 이전에는 작동하는 엔진을 만드는데 사용되지 않았지만 1705년에 Savery는 Papin의 아이디어를 유용한 발명품으로 바꾸었습니다. 두개의 증기 보일러를 사용하여 Savery는 광산에서 물을 펌핑하기위한 거의 연속적인 시스템을 고안했습니다. 그러나 Savery시스템의 초기 성공에도 불구하고 그의 엔진은 얕은 깊이에서만 물을 끌어올수 있다는 사실을 발견했습니다. 이는 증기엔진이 깊은 광산에서 작동하려면 극복해야하는 문제였습니다. Savery시스템의 결함으로 많은 안타까운 폭발을 초래했었는데 유럽의 광산 소유주들에게는 운좋게도 1711년에 또다른 영국인 Thomas Newcomen이 광산에서 물을 펌핑하는 더 나은방법을 개발했습니다. 이 시스템은 축적된 증기 압력의 필요성을 제거하는 재설계된 증기 엔진을 사용했습니다. Newcomen의 대기엔진 (사용한 증기압이 대기압에 가까웠기 때문에 이름이 붙여짐)은 물펌프를 작동하기 위해 증기를 사용한 최초의 상업적 성공 기계였습니다. Savery의 증기엔진의 초기 렌더링을 개선했음에도 Newcomen의 대기 엔진에 결함이 있었습니다. 이기계는 매우 비효율적이어서 가장 중요한 증기 실린더 (증기 압력이 운동으로 변환되는 엔진 부분)를 냉각하기 위해 일정한 냉수를 흘려야하고 실린더를 재가열하기 위한 일정한 에너지원이 필요했습니다. 이 큰단점에도 불구하고 Newcomen의 엔진설계는 향후 50년 동안 계속 광산에서 쓰여고 그 외에도 물레방아 밑에서 위로 물을 퍼올려 습지를 배수하고 마을과 발전소, 공장에 공급하는 데 사용되었습니다. 하지만 1765년, Newcomen 엔진의 운명은 끝났습니다. 그해에 Glasgow University에 고용 된 스코틀랜드 악기 제조업자인 James Watt는 Newcomen 엔진의 작은 모델을 수리하기 시작했습니다. Watt는 Newcomen의 기계가 대량의 증기를 소비하는 것에 당황해 이 비효율성을 해결하려면 증기 실린더의 지속적인 냉각과 재가열을 제거해야한다는 것을 깨달았습니다. 이를위해 Watt는 별도의 응축기를 개발하여 증기실린더를 일정한 온도로 유지하고 Newcomen 엔진의 기능을 획기적으로 향상 시켰습니다. 재정적인 이유로 Watt는 새롭고 개선된 대기엔진을 즉시 제조할수 없었습니다. 그러나 1776 년에 그는 단지 광산에서 물을 펌핑하는 것 그이상을 위해 증기엔진을 사용하는 데 어려움을 겪고있는 영국 제조업체이자 기술자인 Matthew Boulton과 파트너십을 맺었습니다. Boulton의 재정적 지원을 받아 Watt는 Watt의 분리형 응축기와 함께 기존 증기실린더의 출력을 두배로 늘린 평행 운동메커니즘을 특징으로 하는 단동(그리고 나중에는 이중작동) 회전식 증기엔진을 개발했습니다. 또한 Boulton-Watt 엔진은 이기계의 운전자가 원심 분리기라고 하는 장치로 엔진속도를 제어 할수있는 최초의 엔진이었습니다. 개선된 엔진은 Boulton and Watts의 직원 인 William Murdoch가 개발한 새로운 기어 시스템을 사용하여 왕복운동을 회전 운동으로 변환했습니다. 증기 엔진에 대한 Watt의 개선은 Boulton의 증기 동력 국가에 대한 비전과 결합되어 영국과 궁극적으로 미국전역에서 증기엔진의 신속한 채택을 촉진했습니다. 1800년대에는 증기엔진이 공장, 양조장 및 기타 여러 제조 작업에 동력을 공급했습니다. 그리고 1852년 증기 동력 비행선의 첫 비행이 이루어졌습니다.