왜 증기 기관차는 모두 피스톤로드 기구이지, 동력이 더 강하고 효율이 높은 터빈이 아닌가?

1940 ~ 50 년대 철도에서 사용된 내연기관의 전력은 열차를 움직이기에 충분했기 때문에, 이 피스톤 연결기구는 정교한 증기터빈보다 철도의 안전 추구에 더 잘 부합한다.

증기기관은 증기의 에너지를 기계공으로 바꾸는 왕복동 동력 기계이다. 증기기관의 출현은 18 세기의 공업혁명을 일으켰다. 20 세기 초까지만 해도, 그것은 여전히 세계에서 가장 중요한 원동기였으며, 나중에는 내연 기관과 증기 터빈에 위치하게 되었다.

증기기관은 물을 끓여 고압 증기를 생성하는 보일러가 필요하다. 이런 보일러는 목재, 석탄, 석유 또는 천연가스, 심지어 가연성 쓰레기를 열원으로 사용할 수 있다. 증기의 팽창은 피스톤의 일을 촉진시킨다.

세계 최초의 증기기관은 1 세기 고대 그리스 수학자 알렉산드리아의 헤로가 발명한 Aeolipile 이다. 이것이 증기기관의 프로토타입이다.

약 1679 년 프랑스 물리학자 데니스 파펜 (Dennis Papen) 은 증기가 그의 압력솥에서 빠져나가는 것을 관찰한 후 첫 번째 증기기관의 작업 모델을 만들었다. 동시대의 새뮤얼 모란도 증기기관을 제안했다.

토마스 세비야는 1698 년에 초기 공업증기기관을 만들었고, 토마스 뉴코멘은 17 12 년에 초기 공업증기기관을 만들었는데, 그들은 모두 증기기관의 발전에 기여했다. 1807 년 로버트 풀턴은 처음으로 증기기관으로 배를 구동하는 데 성공했다. 과학 이론을 운용하여 와트는 점차 이 증기기관의 결점을 발견했다. 1765 년부터 1790 년까지 그는 분리식 냉응기, 실린더 외부 보온층, 기름으로 피스톤 윤활, 행성 기어, 평행 링크기구, 원심 조절기, 스로틀 밸브, 압력계 등 다양한 발명품을 만들었습니다 증기기관의 효율을 원래 뉴코멘기의 3 배 이상으로 높였으며, 결국 공업증기기관을 발명했다.

16 연말부터 17 말까지 영국 광업업, 특히 탄광은 이미 상당한 규모로 발전하여 인력과 축력만으로는 지하수를 빨아들이는 요구를 충족시킬 수 없었고, 현장에는 값싼 석탄이 연료로 풍부하게 공급되었다. 현실의 필요성은 영국의 파판, 사프리, 뉴코멘 등 많은 사람들이' 화력제수' 의 탐구와 실험에 뛰어들게 했다.

최초의 진공 증기 엔진은 광산에서 물을 펌핑하는 데 사용되었습니다. 뉴코문의 증기기관은 증기를 실린더로 끌어들인 다음 밸브를 닫고 찬물을 실린더에 주입하여 증기가 응결될 때 진공을 일으킨다. 피스톤의 다른 쪽에 있는 공기압력이 피스톤을 밀어낸다. 극 하나를 광산에 깊이 꽂아 펌프를 구동하다. 증기 기관 피스톤의 운동은 이 레버를 통해 펌프의 피스톤으로 전달되어 우물에서 물을 뽑아낸다.

첫 번째 큰 개선은 밸브를 통해 실린더와 응축 실린더를 분리하는 것이다. 와트는 버밍엄에서 이 개선을 발명했다. 이 개선은 증기 기관의 효율을 높였다. 다음 개선 사항은 밸브를 자동으로 조작하는 것입니다.

이러한 초기 진공 증기 기관의 효율은 제한되어 있지만 상대적으로 안전했습니다. 압력이 상대적으로 낮기 때문입니다. 기계가 바깥쪽으로 폭발하는 대신 안쪽으로 수축하여 재료가 손상되지 않도록 하기 때문입니다. 그들의 효율성은 외부 공기 압력, 실린더 변형, 연소 및 비등 효율, 응축 능력에 의해 제한됩니다. 이론적인 최대 효율은 물이 보통 기압에서 상대적으로 낮은 끓는 온도로 제한된다. 고온 고압 증기의 사용은 증기 기관의 효율을 크게 높였다. 그러나 이런 증기기관은 진공 증기기관보다 훨씬 위험하다. 보일러와 기계의 폭발로 많은 심각한 사고가 발생했다. 안전 밸브는 여기서 큰 상승을 가져왔고, 압력이 너무 높을 때 안전 밸브는 방기 감압을 한다. 그러나 안전의 진정한 보증은 건설, 운영 및 유지 관리의 경험과 안전 규칙에만 의존한다.

사프리가 만든 세계 최초의 실용적인 증기 펌프는 1698 년' 광부의 친구' 라는 영국 특허를 받았다. 그는 먼저 계란형 용기에 증기를 채운 다음 증기 흡입 밸브를 닫고 용기 밖으로 찬물을 분사하여 용기 안의 증기가 응결되어 진공을 형성하게 했다. 유입 밸브를 열면 광산 바닥의 물이 대기압력의 작용으로 유입관을 통해 용기에 흡입됩니다. 입구 밸브를 닫고 입구 밸브를 다시 열고 증기 압력을 이용하여 용기 안의 물을 배수 밸브를 통해 밀어냅니다. 용기 안의 물이 마르고 증기가 가득 차면 증기 수입 밸브와 배수 밸브를 닫고 다시 물을 뿌려 증기를 응결시킨다. 이렇게 반복적으로 순환하면 두 개의 계란형 용기가 번갈아 작동하여 끊임없이 배수할 수 있다.

사프리의 펌프는 진공 흡입력에 의지하여 물을 펌핑하는데, 펌핑 깊이는 6 미터를 초과할 수 없다. 수십 미터 깊이의 광산에서 물을 뽑기 위해서는 광산 깊숙한 곳에 펌프를 설치하고, 높은 증기 압력을 이용하여 물을 바닥으로 뽑아야 하는데, 이는 당시에는 의심할 여지없이 어렵고 위험했다.

뉴코멘과 그의 조수 칼리는 1705 년에 독립 펌프를 구동하기 위해 대기 증기기관을 발명했는데, 이를 뉴코멘 대기 증기기관이라고 한다.