蒸気機関

ウィキペディアから、無料の百科事典
ナビゲーションにジャンプ 検索にジャンプ

技術の歴史
技術の時代によって
前近代史
近代史
Future
歴史的地域別
テクノロジーの種類別
テクノロジーのタイムライン
記事のインデックス
ダブルアクション用のジェームズワットの平行リンケージを備えたビームエンジンのモデル。[a]
イギリス、カンブリア州、ストットパークボビンミルのミルエンジン
東ドイツの蒸気機関車。このクラスのエンジンは1942年から1950年に製造され、1988年まで運転されていました。
Kemnaによる蒸気耕起エンジン

蒸気機関は、作動油として蒸気を使用して機械的仕事を行う熱機関です。蒸気エンジンは、蒸気圧力によって生成された力を使用して、シリンダー内でピストンを前後に押します。この押し付け力は、コンロッドとクランクにより、仕事用の回転力に変換することができます。 「蒸気エンジン」という用語は、一般に、蒸気タービンではなく、今説明したレシプロエンジンにのみ適用されます。蒸気機関は外燃機関です[1]作動油が燃焼生成物から分離される場所。このプロセスの分析に使用される理想的な熱力学的サイクルは、ランキンサイクルと呼ばれます。一般的な使用法では、蒸気エンジンという用語は、鉄道蒸気機関車やポータブルエンジンなどの完全な蒸気プラント（ボイラーなどを含む）を指す場合もあれば、ビームエンジンや定置式蒸気のようにピストンまたはタービン機械のみを指す場合もあります。エンジン。

蒸気駆動装置は紀元1世紀にはアイオロスの球として知られており、16世紀と17世紀には他にもいくつかの用途が記録されていましたが、トーマスセイバリーは、最初の商業的に使用された蒸気動力装置である蒸気ポンプの発明者と見なされています。水に直接作用する使用蒸気圧。機械に連続動力を伝達できる最初の商業的に成功したエンジンは、1712年にトーマスニューコメンによって開発されました。ジェームズ・ワットは、1764年に、凝縮のために使用済み蒸気を別の容器に移し、消費された燃料の単位あたりに得られる仕事量を大幅に改善することにより、重大な改善を行いました。19世紀までに、定置式蒸気機関が産業革命。蒸気機関は、外輪船の船の帆に取って代わり、蒸気機関車は鉄道で運行されていました。

レシプロピストンタイプの蒸気エンジンは、電気モーターと内燃エンジンの設計の進歩により商業用途で蒸気エンジンが徐々に置き換えられるようになった20世紀初頭まで主要な動力源でした。蒸気タービンは、低コスト、高速運転、高効率により、発電のレシプロエンジンに取って代わりました。[2]

歴史

初期の実験

最初に記録された初歩的な蒸気動力の「エンジン」は、紀元1世紀にギリシャの数学者でありローマエジプトのエンジニアであるアレクサンドリアのヘロンによって記述されたアイオロスの球でした。[3]次の世紀において、知られているいくつかの蒸気動力の「エンジン」は、アイオロスの球のように[4]本質的に、蒸気の特性を実証するために発明者によって使用された実験装置でした。初歩的な蒸気タービン装置は、1551年にオスマン帝国のタキアルジン[5]によって、1629年にイタリアのジョヴァンニブランカ[6]によって記述されました。[7]スペインの発明者JerónimodeAyanzyBeaumontは、浸水した鉱山を排水するためのウォーターポンプを含む、50の蒸気動力の発明について1606年に特許を取得しました。[8] ユグノーであるデニス・パパンは、1679年に蒸気消化装置でいくつかの有用な仕事をし、1690年に最初にピストンを使用して体重を増やしました。[9]

ポンピングエンジン

最初の商用蒸気動力装置は、1698年にThomasSaveryによって開発されたウォーターポンプでした。[10]凝縮蒸気を使用して真空を作成し、水を下から上昇させ、次に蒸気圧を使用して水をより高く上昇させました。大きなモデルには問題がありましたが、小さなエンジンは効果的でした。それらは非常に限られたリフト高さを持ち、ボイラー爆発を起こしがちでした。Saveryのエンジンは、鉱山、ポンプ場、および繊維機械に動力を供給する水車に水を供給するために使用されました。[11] Saveryのエンジンは低コストでした。ベント・デ・モウラ・ポルトガルは、「それ自体が機能するようにするために」Saveryの構造の改善を導入しました。1751年に出版された哲学的取引のジョン・スミートン。 [12] 18世紀後半まで製造され続けた。[13]少なくとも1つのエンジンが1820年にまだ作動していることが知られていました。[14]

ピストン蒸気機関

ヤーコプ・ロイポルドの蒸気機関、1720年

機械に連続動力を伝達できる最初の商業的に成功したエンジンは、1712年頃にトーマスニューコメンによって発明された大気エンジンでした。 [b] [16] Papinによって提案されたピストンを使用して、Saveryの蒸気ポンプを改良しました。ニューコメンのエンジンは比較的非効率的で、主に揚水に使用されていました。それは、シリンダー内のピストンの下で蒸気を凝縮することによって部分的な真空を作り出すことによって機能しました。これは、従来の手段では元々実用的ではなかった深さの鉱山作業を排水するため、および適切な「頭」から離れた場所にある工場で水車を運転するための再利用可能な水を提供するために使用されました。ホイールを通過した水は、ホイールの上の貯水池に汲み上げられました。[17] [18] 1780年、ジェームズピカードは、フライホイールとクランクシャフトを使用して、改良されたニューコメンエンジンから回転運動を提供する特許を取得しました。[19]

1720年、Jacob Leupoldは、2気筒の高圧蒸気エンジンについて説明しました。[20]本発明は彼の主要な著作「TheatriMachinarumHydraulicarum」に掲載された。[21]エンジンは、ウォーターポンプに動きを与えるために2つの重いピストンを使用しました。各ピストンは蒸気圧によって上昇し、重力によって元の位置に戻りました。2つのピストンは、蒸気ボイラーに直接接続され た共通の4方向ロータリーバルブを共有していました。

初期のワットポンプエンジン

次の主要なステップは、ジェームズワットが、独立したコンデンサーを備えたニューコメンのエンジンの改良版を開発したとき（1763〜1775）に発生しました。ボールトンアンドワットの初期のエンジンは、ジョンスミートンの改良版のニューコメンの半分の石炭を使用していました。 [22]ニューコメンとワットの初期のエンジンは「大気」でした。それらは、膨張する蒸気の圧力ではなく、蒸気を凝縮することによって生成された部分真空にピストンを押し込む空気圧によって動力を供給されました。エンジンシリンダーに作用する唯一の使用可能な力は大気圧であったため、エンジンシリンダーは大きくなければなりませんでした。[17] [23]

ワットはエンジンをさらに開発し、機械の駆動に適した回転運動を提供するようにエンジンを変更しました。これにより、工場を川から離して配置することが可能になり、産業革命のペースが加速しました。[23] [17] [24]

高圧エンジン

高圧の意味は、周囲より上の実際の値とともに、その用語が使用された時代によって異なります。 Van Reimsdijk [25]という用語の初期の使用では、蒸気が十分に高い圧力にあり、真空に依存せずに大気に排出して有用な作業を実行できるようにすることを指します。ユーイング1894、p。 22は、ワットの凝縮エンジンは、当時、同じ時期の高圧の非凝縮エンジンと比較して低圧として知られていたと述べています。

ワットの特許は、他の人が高圧および複式エンジンを作ることを妨げました。ワットの特許が1800年に失効した直後、リチャード・トレビシックと、それとは別に、1801年にオリバー・エバンズ[24] [26]が高圧蒸気を使用するエンジンを導入しました。トレビシックは1802年に高圧エンジンの特許を取得し[27]、エバンスはそれ以前にいくつかの実用的なモデルを作成していました。[28]これらは、以前のエンジンよりも特定のシリンダーサイズに対してはるかに強力であり、輸送用途に十分なほど小さくすることができました。その後、技術開発と製造技術の改善（一部は動力源としての蒸気エンジンの採用によってもたらされた）により、目的の用途に応じて、より小さく、より速く、またはより強力になる可能性のあるより効率的なエンジンの設計がもたらされました。[17]

コーニッシュエンジンは、1810年代にトレビシックらによって開発されました。[29]高圧蒸気を広範囲に使用し、次に低圧蒸気を凝縮して比較的効率的にする複合サイクルエンジンでした。コーニッシュエンジンは、サイクル全体で不規則な動きとトルクがあり、主にポンプに制限されていました。コーニッシュエンジンは、19世紀後半まで鉱山や給水に使用されていました。[30]

水平定置エンジン

定置式蒸気機関の初期の製造業者は、水平シリンダーが過度の摩耗を受けると考えていました。したがって、彼らのエンジンはピストン軸が垂直位置になるように配置されました。やがて水平配置が普及し、コンパクトでありながら強力なエンジンをより小さなスペースに取り付けることができるようになりました。

水平エンジンの頂点は、1849年に特許を取得したコーリス蒸気エンジンでした。これは、個別の蒸気流入弁と排気弁、および自動可変蒸気遮断を備えた4バルブ向流エンジンでした。コーリスがランフォードメダルを授与されたとき、委員会は「ワットの時代以来、蒸気機関の効率をこれほど向上させた発明はない」と述べた。[31]蒸気の使用量を30％削減することに加えて、蒸気の遮断が可変であるため、速度がより均一になり、製造、特に綿紡績に最適です。[17] [24]

道路車両

イギリスからの蒸気動力の道路機関車

最初の実験的な道路走行蒸気動力車は18世紀後半に製造されましたが、リチャードトレビシックが高圧蒸気の使用を開発してから、1800年頃になって初めて移動式蒸気エンジンが実用化されました。19世紀の前半は蒸気自動車の設計に大きな進歩が見られ、1850年代までにそれらを商業ベースで生産することが実行可能になりました。この進歩は、道路での蒸気動力車の使用を制限または禁止する法律によって弱められました。車両技術の進歩は1860年代から1920年代まで続いた。蒸気道路車両は多くの用途に使用されました。20世紀、内燃機関の急速な発展技術は、商業ベースでの車両の推進力の源としての蒸気機関の終焉をもたらし、第二次世界大戦後も使用されているものは比較的少ない。これらの車両の多くは、保存のために愛好家によって取得されたものであり、多くの例がまだ存在しています。1960年代、カリフォルニアの大気汚染問題は、汚染を減らすための可能な手段として、蒸気動力車の開発と研究に短期間の関心を引き起こしました。蒸気愛好家、時折のレプリカ車、実験技術への関心を除けば、現在、蒸気車は生産されていません。

マリンエンジン

1907年の外航タグボートヘラクレスの三重膨張式船舶用蒸気機関

19世紀の終わり近くに、複式エンジンが広く使用されるようになりました。複式エンジンは、減圧下でより多くの容量に対応するために、蒸気を連続的に大きなシリンダーに排出し、効率を向上させました。これらの段階は膨張と呼ばれ、特に輸送される石炭の重量を減らすために効率が重要である輸送では、二重および三重膨張エンジンが一般的でした。[17]蒸気タービン、電気モーター、内燃機関の設計が進歩した20世紀初頭まで、蒸気エンジンは主要な動力源であり続けました。徐々にレシプロ（ピストン）蒸気エンジンに取って代わられ、商船はますますディーゼルエンジンに依存し、軍艦は蒸気タービンに依存するようになりました。[17] [2]

蒸気機関車

18世紀を通じて蒸気機関の開発が進むにつれ、蒸気機関を道路や鉄道の用途に適用するためのさまざまな試みが行われました。[32] 1784年、スコットランドの発明家であるウィリアム・マードックがモデルの蒸気道路機関車を製造した。[33]蒸気鉄道機関車の初期の実用モデルは、おそらく1780年代または1790年代に、米国の蒸気船のパイオニアであるジョンフィッチによって設計および製造されました。[34]彼の蒸気機関車は、レールまたはトラックによって誘導さ れる内部ブレードホイール[説明が必要]を使用していました。

ユニオンパシフィック844「FEF-3」4-8-4「ノーザン」型蒸気機関車

最初の本格的な鉄道蒸気機関車は、英国のリチャードトレビシックによって建設され、1804年2月21日、トレビシックの名前のない蒸気機関車がペンイダレンから路面電車に沿って列車を牽引したときに、世界初の鉄道の旅が行われました。ウェールズ南部のマーサー・ティドフィルからアベルカノンまでの製鉄所。[32] [35] [36]設計には、エンジンの重量を減らし、効率を高める高圧蒸気の使用を含む、多くの重要な革新が組み込まれています。トレビシックは1804年後半にニューカッスル地域と炭鉱鉄道を訪れましたイングランド北東部では、蒸気機関車の実験と開発の主要な中心地になりました。[37]

トレビシックは、3台の機関車を使用して独自の実験を続け、1808年にキャッチミーフーキャンで締めくくりました。わずか4年後、マシューマレーによる成功した2気筒機関車サラマンカ号は、エッジレールラックアンドピニオンミドルトン鉄道で使用されました。[38] 1825年、ジョージ・スチーブンソンはストックトン・アンド・ダーリントン鉄道の移動運動を建設した。これは世界で最初の公共蒸気鉄道であり、1829年に彼はロケットを建設し、レインヒルトライアルに参加して優勝しました。[ 39] リバプールアンドマンチェスター鉄道は1830年に開通し、旅客列車と貨物列車の両方に蒸気動力を独占的に使用していました。

蒸気機関車は、20世紀後半まで、中国や旧東ドイツ（DRクラス52.80が製造された場所）などで製造され続けました。[40]

蒸気タービン

蒸気エンジン設計の最後の主要な進化は、19世紀後半に始まった蒸気タービンの使用でした。蒸気タービンは、一般にレシプロピストン式蒸気エンジン（数百馬力以上の出力用）よりも効率的で、可動部品が少なく、コネクティングロッドシステムや同様の手段を介さずに直接回転動力を提供します。[41]蒸気タービンは、20世紀初頭に発電所のレシプロエンジンに実質的に取って代わり、その効率、発電機サービスに適した高速、およびスムーズな回転が利点でした。今日のほとんどの電力蒸気タービンによって提供されます。米国では、電力の90％がさまざまな熱源を使用してこのように生産されています。[2]蒸気タービンは、20世紀のほとんどを通じて大型船の推進に広く適用されていました。

現在の開発

レシプロ蒸気エンジンはもはや広く商業的に使用されていませんが、さまざまな企業が内燃機関の代替としてエンジンの可能性を模索または活用しています。スウェーデンのEnergiprojektAB社は、蒸気の力を利用するために最新の材料を使用することで進歩を遂げました。Energiprojektの蒸気エンジンの効率は、高圧エンジンで約27〜30％に達します。これは、過熱蒸気を備えたシングルステップの5気筒エンジン（コンパウンドなし）であり、約 kWhあたり4kg（8.8ポンド）の蒸気。[42] [検証に失敗しました]

蒸気機関の部品と付属品

蒸気プラントには、ボイラーまたは蒸気発生器と、それ自体を「蒸気エンジン」と呼ぶ「モーターユニット」の2つの基本的なコンポーネントがあります。固定された建物の定置式蒸気機関は、ボイラーとエンジンが離れた別の建物にある場合があります。蒸気機関車などの携帯用または移動式の使用では、2つは一緒に取り付けられます。[43] [44]

広く使用されているレシプロエンジンは、通常、鋳鉄製のシリンダー、ピストン、コネクティングロッドとビーム、またはクランクとフライホイール、およびその他のリンケージで構成されていました。蒸気は、1つまたは複数のバルブによって交互に供給および排出されました。速度制御は、ガバナを使用する自動、また​​は手動バルブのいずれかによって行われました。シリンダー鋳造には、蒸気供給ポートと排気ポートが含まれていました。

コンデンサーを搭載したエンジンは、大気に排出するエンジンとは別のタイプです。

他のコンポーネントがしばしば存在します。運転中にボイラーに水を供給するポンプ（インジェクターなど）、水を再循環させて蒸発潜熱を回収するコンデンサー、蒸気の温度を飽和蒸気点より高くする過熱器、および蒸気の温度を上げるためのさまざまなメカニズムファイアボックスのドラフト。石炭を使用する場合、燃料を供給ビン（バンカー）から火室に移動するために、チェーンまたはスクリューストーキングメカニズムとその駆動エンジンまたはモーターを含めることができます。[45]

熱源

水を沸騰させて蒸気の温度を上げるために必要な熱は、さまざまな発生源から得ることができます。最も一般的には、密閉された空間（燃焼室、火室、炉など）で適切な空気を供給して可燃性物質を燃焼させることから得られます。モデルまたはおもちゃの蒸気エンジンの場合、およびいくつかの実物大の場合、熱源は電気加熱要素である可能性があります。

ボイラー

定置式蒸気機関に使用される工業用ボイラー

ボイラーは、沸騰させる水を入れる圧力容器であり、熱を可能な限り効果的に水に伝達する機能を備えています。

最も一般的な2つのタイプは次のとおりです。

水管ボイラー
水は高温ガスに囲まれたチューブを通過します。
火管ボイラー
高温ガスは水に浸した管を通過し、同じ水が火室を囲むウォータージャケット内を循環し、高出力の機関車ボイラーでは、火室自体の管（熱サイフォンとセキュリティサーキュレーター）も通過します。

初期の高圧蒸気（典型的な蒸気機関車の慣行）に使用される主なタイプは火管ボイラーでしたが、19世紀後半には、海洋推進および大規模な固定用途のために、より経済的な水管ボイラーに大幅に置き換えられました。

多くのボイラーは、ボイラーの水と接触している部分を離れた後、蒸気の温度を上げます。過熱として知られ、「湿り蒸気」を「過熱蒸気」に変えます。エンジンシリンダー内での蒸気の凝縮を回避し、大幅に高い効率を実現します。[46] [47]

運動単位

蒸気機関では、機械的仕事を行うためのピストンまたは蒸気タービンまたは他の同様の装置は、高圧および高温で蒸気を供給し、蒸気の差をできるだけ多く使用して、より低い圧力および温度で蒸気を供給する。機械的な仕事をするために可能な限りのエネルギー。

これらの「モーターユニット」は、それ自体が「蒸気エンジン」と呼ばれることがよくあります。圧縮空気または他のガスを使用するエンジンは、蒸気エンジンで変更なしに圧縮空気が使用されていますが、ガスの性質に依存する詳細のみが蒸気エンジンと異なります。[47]

コールドシンク

すべての熱機関と同様に、一次エネルギーの大部分は、比較的低温で排熱として放出される必要があります。[48]

最も単純なコールドシンクは、蒸気を環境に排出することです。これは、復水器の重量とかさばりを避けるために蒸気機関車でよく使用されます。放出された蒸気の一部は煙突に排出され、火の引き込みが増加します。これにより、エンジン出力は大幅に増加しますが、効率は低下します。

エンジンからの排熱がそれ自体で役立つ場合もあり、その場合、非常に高い全体的な効率を得ることができます。

固定発電所の蒸気エンジンは、表面復水器をコールドシンクとして使用します。コンデンサーは、海、川、湖からの水の流れによって冷却され、多くの場合、水を蒸発させて冷却エネルギーを除去する冷却塔によって冷却されます。得られた凝縮温水（凝縮水）は、圧力までポンプで戻され、ボイラーに送り返されます。乾式冷却塔は自動車のラジエーターに似ており、水がかかる場所で使用されます。排熱は、空気への流れの一部を蒸発させる二次外部水回路を使用する蒸発（湿式）冷却塔によって排出することもできます。

川船は当初、川からの冷水がエンジンからの排気蒸気に注入されるジェットコンデンサーを使用していました。冷却水と凝縮液の混合。これは外航船にも適用されましたが、通常、数日間の運転後、ボイラーは堆積した塩で覆われ、性能が低下し、ボイラー爆発のリスクが高まります。1834年頃から、船に表面復水器を使用することでボイラーの汚れがなくなり、エンジン効率が向上しました。[49]

蒸発した水は（どこかで雨が降る以外の）その後の目的に使用することはできませんが、川の水は再利用できます。すべての場合において、純粋に保たれなければならない蒸気プラントボイラー給水は、冷却水または空気から分離されて保たれます。

インジェクターは、蒸気のジェットを使用して水をボイラーに押し込みます。インジェクターは非効率的ですが、機関車での使用に適したほど単純です。

ウォーターポンプ

ほとんどの蒸気ボイラーには、圧力をかけた状態で水を供給する手段があり、連続して運転することができます。ユーティリティボイラーと工業用ボイラーは通常、多段遠心ポンプを使用します。ただし、他のタイプが使用されます。低圧ボイラー給水を供給する別の手段は、通常ボイラーから供給される蒸気ジェットを使用するインジェクターです。インジェクターは1850年代に普及しましたが、蒸気機関車などの用途を除いて、現在では広く使用されていません。[50]蒸気ボイラーを循環する水の加圧により、ある大気圧で水の沸点が100°C（212°F）をはるかに超える温度に上昇し、それによって水が上昇します。蒸気サイクルの効率。

監視と制御

1875年のリチャードのインジケーター計器。参照：インジケーター図（下）

安全上の理由から、ほぼすべての蒸気機関には、圧力計や水位を監視する サイトグラスなど、ボイラーを監視するメカニズムが装備されています。

静止型および可動型の多くのエンジンには、人間の干渉を必要とせずにエンジンの速度を調整するため のガバナーも装備されています。

蒸気エンジンの性能を分析するための最も有用な機器は、蒸気エンジンインジケーターです。初期のバージョンは1851年までに使用されていましたが[51] 、最も成功したインジケーターは、チャールズ・リチャードによって高速エンジンの発明者および製造業者であるチャールズ・ポーターのために開発され、1862年のロンドン万国博覧会に展示されました。サイクル全体のシリンダー内の圧力。これを使用して、さまざまな問題を特定し、発生した馬力を計算できます。[52]エンジニア、機械工、保険検査官によって日常的に使用されていました。エンジンインジケーターは、内燃エンジンでも使用できます。以下のインジケータ図の画像を参照してください（モーターユニットのタイプのセクション）。

知事

Boulton＆Wattエンジン1788ラップエンジンの遠心調速機。

遠心調速機は、ワットのパートナーであるボールトンが製粉所の設備でボールトン＆ワットが建設しているのを見た後、1788年にジェームズワットによって蒸気エンジンで使用するために採用されました。[53]ガバナーは、負荷の変化に応じて新しい一定速度を想定するため、実際には設定速度を保持できませんでした。知事は、ボイラーへの熱負荷の変動によって引き起こされるような小さな変動を処理することができました。また、速度が変化するたびに振動する傾向がありました。結果として、このガバナのみを備えたエンジンは、綿紡績などの一定速度を必要とする操作には適していませんでした。[54]知事は時間の経過とともに改善され、可変蒸気遮断と相まって、負荷の変化に応じた良好な速度制御が19世紀の終わり近くに達成されました。

エンジン構成

シンプルなエンジン

単純なエンジン、または「単一膨張エンジン」では、蒸気のチャージは、個々のシリンダー内の膨張プロセス全体を通過しますが、単純なエンジンは、1つまたは複数の個々のシリンダーを備えている場合があります。[55]その後、大気または凝縮器に直接排出されます。蒸気が高圧エンジンを通過する際に膨張すると、システムに熱が加えられていないため、蒸気の温度が低下します。これは断熱膨張として知られており、蒸気が高温でシリンダーに入り、低温で出る結果になります。これにより、ストロークごとにシリンダーの加熱と冷却のサイクルが発生し、非効率の原因になります。[56]

レシプロ蒸気エンジンの主な効率低下は、シリンダーの凝縮と再蒸発です。蒸気シリンダーおよび隣接する金属部品/ポートは、蒸気入口飽和温度と排気圧力に対応する飽和温度の約中間の温度で動作します。高圧蒸気が作業シリンダーに入ると、高温蒸気の多くが水滴として金属表面に凝縮し、膨張作業に利用できる蒸気が大幅に減少します。膨張する蒸気が低圧に達すると（特に排気行程中に）、シリンダー/ポート内に形成されたばかりの以前に堆積した水滴が沸騰して（再蒸発）、この蒸気はシリンダー内でそれ以上機能しなくなります。[要出典]

蒸気エンジンのシリンダーの膨張率には実際的な制限があります。シリンダーの表面積が増えると、シリンダーの凝縮と再蒸発の問題が悪化する傾向があるためです。これは、個々のシリンダーの高い膨張率に関連する理論上の利点を打ち消します。[57]

複式エンジン

非常に長いシリンダーへのエネルギー損失の大きさを減らす方法は、1805年に彼のウールフ高圧複式エンジンの特許を取得した英国のエンジニアアーサーウールフによって1804年に発明されました。複式エンジンでは、ボイラーからの高圧蒸気が膨張します。高圧（HP）シリンダーがあり、その後1つ以上の後続の低圧（LP）シリンダーに入る。蒸気の完全な膨張が複数のシリンダーにわたって発生し、各シリンダー内の全体的な温度低下が大幅に減少します。 （各シリンダー内の）より小さな温度範囲で段階的に蒸気を膨張させることにより、凝縮および再蒸発効率の問題（上記）が低減されます。これにより、シリンダーの加熱と冷却の規模が小さくなり、エンジンの効率が向上します。複数のシリンダーで膨張をステージングすることにより、トルクの変動を減らすことができます。[17]低圧シリンダーから同等の仕事を引き出すには、この蒸気がより大きな体積を占めるため、より大きなシリンダー体積が必要になります。したがって、低圧シリンダーではボア、まれにストロークが増加し、シリンダーが大きくなります。[17]

二重膨張（通常は複合として知られている）エンジンは、蒸気を2段階で膨張させました。ペアを複製したり、大型の低圧シリンダーの作業を分割して、一方の高圧シリンダーを一方または他方に排出し、シリンダーとピストンの直径がほぼ同じである3気筒レイアウトを作成して往復運動させることができます。バランスを取りやすい質量。[17]

2気筒コンパウンドは次のように配置できます。

  • クロスコンパウンド：シリンダーは並んでいます。
  • タンデムコンパウンド：シリンダーはエンドツーエンドで、共通のコネクティングロッドを駆動します
  • アングルコンパウンド：シリンダーはV字型（通常は90°の角度）に配置され、共通のクランクを駆動します。

鉄道作業で使用される2気筒コンパウンドでは、ピストンは、互いに90°位相がずれている（4分の1）単純な2気筒の場合と同様にクランクに接続されます。二重膨張グループが複製されて4気筒コンパウンドが生成される場合、グループ内の個々のピストンは通常180°でバランスが取れており、グループは互いに90°に設定されています。 1つのケース（最初のタイプのVauclain化合物）では、ピストンは同じフェーズで動作し、2気筒エンジンの場合と同様に90°に設定された共通のクロスヘッドとクランクを駆動しました。 3気筒コンパウンド構成では、LPクランクを90°に設定し、HPを他の2つに対して135°に設定するか、場合によっては、3つのクランクすべてを120°に設定しました。[要出典]

配合の採用は、1880年以降、産業用ユニット、道路用エンジン、および船舶用エンジンではほぼ普遍的でした。それはしばしば複雑であると認識されていた鉄道機関車では普遍的に人気がありませんでした。これは、一部には、過酷な鉄道運行環境と、車両限界によって提供される限られたスペースによるものです（特に、複利が一般的ではなく、1930年以降採用されなかった英国で）。しかし、大多数ではありませんでしたが、他の多くの国で人気がありました。[58]

複数拡張エンジン

簡略化されたトリプル拡張エンジンのアニメーション。高圧蒸気（赤）はボイラーから入り、エンジンを通過し、低圧蒸気（青）として通常は復水器に排出されます。

効率を上げるために拡張をさらに多くの段階に分割することは、複式エンジン（上記）の論理的な拡張です。その結果が複数拡張エンジンです。このようなエンジンは、3つまたは4つの拡張ステージを使用し、3つまたは4つの拡張エンジンとして知られています。それぞれ。これらのエンジンは、直径が徐々に大きくなる一連のシリンダーを使用します。これらのシリンダーは、各拡張段階で作業を均等に分割するように設計されています。ダブルエクスパンションエンジンと同様に、スペースが限られている場合は、低圧ステージに2つの小さなシリンダーを使用できます。複数拡張エンジンは通常、シリンダーがインラインに配置されていましたが、他のさまざまな構成が使用されました。 19世紀後半、Yarrow-Schlick-Tweedyバランシング「システム」が一部の船舶用トリプル拡張エンジンで使用されました。。YSTエンジンは、低圧膨張段階をエンジンの両端に1つずつある2つのシリンダーに分割しました。これにより、クランクシャフトのバランスが改善され、よりスムーズで応答の速いエンジンがより少ない振動で動作するようになりました。これにより、4気筒のトリプルエクスパンションエンジンが大型の乗客用ライナー（オリンピッククラスなど）に人気がありましたが、最終的には実質的に振動のないタービンエンジンに置き換えられました。[要出典]ただし、第二次世界大戦のリバティ船の運転には、三重膨張レシプロ蒸気機関が使用されていたことに注意してください。、これまでに建造された同一の船の数が圧倒的に多い。米国では、英国のオリジナルデザインから2700隻以上の船が建造されました。[要出典]

このセクションの画像は、トリプル拡張エンジンのアニメーションを示しています。蒸気はエンジンを左から右に移動します。各シリンダーのバルブチェストは、対応するシリンダーの左側にあります。[要出典]

陸上の蒸気エンジンは、給水が通常すぐに利用できるため、蒸気を大気に排出する可能性があります。第一次世界大戦前および第一次世界大戦中、拡張エンジンは、高速船速が必須ではなかった海洋用途を支配していました。しかし、それは、例えば弩級戦艦や遠洋定期船などの軍艦で速度が要求された英国の発明蒸気タービンに取って代わられました。1905年のHMS ドレッドノートは、レシプロエンジンの実証済みの技術を当時の新しい蒸気タービンに置き換えた最初の主要な軍艦でした。[59]

運動単位の種類

レシプロピストン

複動式定置エンジン。これは19世紀半ばの一般的なミルエンジンでした。凹型のほぼ「D」字型の下側のスライドバルブに注意してください。
ダブルピストンストロークの4つのイベントを示す概略インジケータ図。参照：監視と制御（上記）

ほとんどのレシプロピストンエンジンでは、蒸気は各ストロークで流れの方向を逆にし（逆流）、シリンダーの同じ端から出入りします。完全なエンジンサイクルは、クランクの1回転と2回のピストンストロークを占めます。このサイクルには、入場、拡張、排気、圧縮の4つのイベントも含まれます。これらのイベントは、シリンダーに隣接する蒸気チェスト内で機能することが多いバルブによって制御されます。バルブは、シリンダーの端に接続する蒸気ポートを開閉することによって蒸気を分配し、多くのタイプがあるバルブギアによって駆動されます。[要出典]

最も単純なバルブギアは、エンジンサイクル中に固定長のイベントを発生させ、多くの場合、エンジンを一方向にのみ回転させます。ただし、多くの場合、逆転メカニズムがあり、速度と勢いが徐々に「カットオフを短くする」か、むしろ入場イベントを短くすることで蒸気を節約する手段を追加で提供できます。これにより、拡張期間が比例して長くなります。ただし、通常、1つの同じバルブが両方の蒸気の流れを制御するため、入口での短いカットオフは、排気と圧縮の期間に悪影響を及ぼします。これは、理想的には常にかなり一定に保つ必要があります。排気イベントが短すぎると、排気蒸気全体がシリンダーから排出できず、シリンダーが詰まり、過度の圧縮が発生します（「キックバック」）。[60]

1840年代と1850年代には、メインスライドバルブの背面にある個別の可変カットオフ膨張バルブを備えたさまざまな特許バルブギアを使用して、この問題を克服する試みがありました。後者は通常、固定または制限されたカットオフを持っていました。組み合わせたセットアップは、摩擦と摩耗の増加を犠牲にして、理想的なイベントの公正な近似を与え、メカニズムは複雑になる傾向がありました。通常の妥協案は、ラップを提供することでした入口側のポートと重なるようにバルブの摩擦面を長くすることにより、入口側のカットオフが発生した後、排気側がより長い期間開いたままになる効果があります。それ以来、この手段はほとんどの目的に十分であると考えられており、より単純なスティーブンソン、ジョイ、ワルシャートの動きの使用を可能にします。Corliss以降、ポペットバルブギアには、トリップメカニズムまたはカムによって駆動される個別の入口バルブと排気バルブがありました。理想的なイベントを提供するようにプロファイルされています。これらのギアのほとんどは、漏れやより繊細なメカニズムなど、他のさまざまな問題のために、固定市場の外では成功しませんでした。[58] [61]

圧縮

排気段階が完全に完了する前に、バルブの排気側が閉じて、シリンダー内の排気蒸気の一部が閉じられます。これは、速度が急速に低下している間にピストンが作用する蒸気のクッションが形成される圧縮段階を決定します。さらに、次のサイクルの開始時に高圧蒸気が突然流入することによって引き起こされる圧力および温度の衝撃を回避します。[要出典]

リード

上記の効果は、鉛を供給することによってさらに強化されます。後で内燃機関で発見されたように、1830年代後半から、入口フェーズを進めて、バルブの鉛を与え、入口が終了する少し前に発生するようにすることが有利であることがわかりました。蒸気がピストンに力を加え始める前に、ポートとシリンダー端（ピストン掃引容積の一部ではない）を含むクリアランス容積を満たすための排気行程。[62]

Uniflow（またはunaflow）エンジン

ユニフロー蒸気エンジンのアニメーション。ポペットバルブ
は、上部の回転カムシャフトによって制御されます。高圧蒸気は赤で入り、黄色で排出されます。

ユニフローエンジンは、通常の向流サイクルから生じる問題を解決しようとします。この場合、各ストローク中に、ポートとシリンダーの壁は通過する排気蒸気によって冷却されますが、より高温の流入蒸気は、作動を回復するためにエネルギーの一部を浪費します。温度。ユニフローの目的は、各ストロークの終わりにピストンで覆われていない追加のポートを提供して蒸気を一方向にのみ流すことにより、この欠陥を修正し、効率を向上させることです。これにより、シンプル拡張ユニフローエンジンは、従来の複合システムと同等の効率を実現し、優れた部分負荷性能と、1,000馬力未満の小型エンジンのタービンに匹敵する効率を実現します。でも、[要出典]。

タービンエンジン

発電所で使用される最新の蒸気タービンのローター

蒸気タービンは、ドライブシャフトに取り付けられた1つまたは複数のローター（回転ディスク）と、タービンケーシングに固定された一連のステーター（静的ディスク）で構成されています。ローターは、外縁にプロペラのようなブレードの配置があります。蒸気がこれらのブレードに作用し、回転運動を生み出します。ステーターは、蒸気の流れを次のローターステージに向け直すのに役立つ、類似しているが固定された一連のブレードで構成されています。蒸気タービンはしばしば表面復水器に排出されますそれは真空を提供します。蒸気タービンの段は、通常、蒸気の特定の速度と圧力から最大の潜在的な仕事を抽出するように配置され、一連の可変サイズの高圧および低圧段を生じさせます。タービンは、比較的高速で回転する場合にのみ効率的であるため、通常、船のプロペラなどの低速アプリケーションを駆動するために減速ギアに接続されます。大規模な発電所の大多数では、タービンは減速機なしで発電機に直接接続されています。通常の速度は、米国では60ヘルツの電力で3600回転/分（RPM）、ヨーロッパやその他の国では50ヘルツの電力システムで3000RPMです。原子力発電の用途では、タービンは通常、これらの半分の速度、1800RPMおよび1500RPMで動作します。[要出典]

蒸気タービンは直接​​回転力を提供するため、往復運動を回転運動に変換するためのリンケージメカニズムを必要としません。したがって、それらは出力シャフトにより滑らかな回転力を生成します。これにより、同等のレシプロエンジンよりもメンテナンス要件が低くなり、動力を供給する機械の摩耗が少なくなります。[要出典]

タービニア–最初の蒸気タービン動力船

蒸気タービンの主な用途は発電です（ 1990年代には世界の電力生産の約90％が蒸気タービンの使用によるものでした）[2]が、最近の大型ガスタービンユニットと典型的な複合サイクル発電所の普及により、この割合を蒸気タービンの80％レジームに削減します。発電では、タービンの高速回転は、通常、駆動タービンに直接接続されている最新の発電機の速度とよく一致します。海洋サービスでは、（Turbiniaで開拓されました）、減速ギア付きの蒸気タービン（タービニアには減速ギアボックスのないプロペラへの直接タービンがありますが）は、20世紀後半を通じて大型船の推進力を支配し、レシプロ蒸気エンジンよりも効率的でした（そしてメンテナンスがはるかに少なくて済みます）。ここ数十年で、往復ディーゼルエンジンとガスタービンは、海洋用途の蒸気推進力にほぼ完全に取って代わってきました。[要出典]

事実上すべての原子力発電所は、発電機に接続されたタービンを駆動する蒸気を供給するために水を加熱することによって電気を生成します。原子力船と潜水艦は、主推進に直接蒸気タービンを使用し、発電機が補助動力を提供するか、または蒸気が電気モーターによって提供される推進力を備えたターボ発電機セットを駆動するターボエレクトリックトランスミッションを採用します。限られた数の蒸気タービン鉄道機関車が製造されました。一部の非コンデンシングダイレクトドライブ機関車は、スウェーデンでの長距離貨物輸送と英国での急行旅客輸送である程度の成功を収めました。、しかし繰り返されませんでした。他の場所、特に米国では、送電を備えたより高度な設計が実験的に構築されましたが、再現されていません。蒸気タービンは鉄道環境に理想的に適していないことがわかり、これらの機関車は、現代のディーゼルおよび電気牽引が行っていた方法で、古典的な往復蒸気ユニットを追い出すことができませんでした。[要出典]

簡単な首振り式蒸気機関の運転

首振り式蒸気機関

首振り式シリンダー蒸気エンジンは、蒸気をシリンダーに出し入れするためのバルブを必要としない単純な膨張蒸気エンジンの変形です。バルブの代わりに、シリンダー全体が揺れる、または振動するため、シリンダーの1つまたは複数の穴が、固定ポート面またはピボット取り付け（トラニオン）の穴と一致します。これらのエンジンは、そのシンプルさから主に玩具やモデルに使用されていますが、コンパクトさが重視される船舶を中心に、実物大の作業用エンジンにも使用されています。[63]

回転式蒸気機関

従来のレシプロ蒸気機関のシリンダーや弁装置の代わりに、ワンケルエンジンなどのピストンレスロータリーエンジンをベースにした機構を使用することができます。ジェームズ・ワットの時代から現在に至るまで、そのようなエンジンの多くが設計されていますが、実際に製造されたものは比較的少なく、大量生産に投入されたものはさらに少なくなっています。詳細については、記事の下部にあるリンクを参照してください。主な問題は、摩耗や熱膨張に直面してローターを気密にするためにローターを密閉することが難しいことです。結果として生じる漏れはそれらを非常に非効率的にしました。広大な作業の欠如、またはカットオフを制御する手段の欠如も、そのような多くの設計で深刻な問題です。[要出典]

1840年代までに、この概念には固有の問題があり、ロータリーエンジンはテクニカルプレスでいくらか嘲笑されていたことが明らかになりました。しかし、現場に電気が到着し、高速エンジンから直接ダイナモを駆動することの明らかな利点により、1880年代と1890年代に何らかの復活が見られ、いくつかの設計では限られた成功しか収められませんでした。[要出典]。

大量に製造された数少ないデザインの中で、スウェーデンのストックホルムにあるハルトブラザーズロータリー蒸気エンジン会社のデザインと、ボーチャンプタワーの球形エンジンが注目に値します。タワーのエンジンは、グレートイースタン鉄道が機関車の照明ダイナモを駆動するために使用し、海軍の船に搭載されたダイナモを駆動するために海軍本部によって使用されました。これらは最終的に、これらのニッチなアプリケーションで蒸気タービンに置き換えられました。[要出典]

水平軸を形成する2つの支柱の間に吊るされた球の線画。 周囲にある2つの直角ジェットアームは、2つの支柱の下にある密閉容器内で水を沸騰させることによって生成された蒸気を放出します。これらの支柱は中空で、蒸気を球の内部に流入させます。
腕から蒸気が逃げるため、アイオロスの球が回転します。この効果は実用化されていません。[要出典]

ロケットタイプ

アイオロスの球は、直接推進力ではありませんが、ロケット反応の原理による蒸気の使用を表しています。[要出典]

より現代では、ロケット、特にロケット車への蒸気の使用は制限されてきました。蒸気ロケットは、圧力容器に高圧のお湯を入れ、適切なノズルにつながるバルブを開くことで機能します。圧力の低下はすぐに水の一部を沸騰させ、蒸気はノズルから出て、推進力を生み出します。[64]

フェルディナントヴェルビエストの馬車は、1679年にアイオロスの球を動力源としていました。[要出典]

安全性

蒸気機関は、大量の位置エネルギーを含む圧力容器であるボイラーやその他のコンポーネントを備えています。蒸気の逃げ道とボイラー爆発（通常はBLEVE）は、過去に大きな人命の損失を引き起こした可能性があります。規格のバリエーションは国によって異なる場合がありますが、安全を確保するために、厳格な法律、テスト、トレーニング、製造、操作、および認証への配慮が適用されます。[要出典]

障害モードには次のものが含まれます。

  • ボイラーの過圧
  • ボイラー内の水が不足しているため、過熱と容器の故障が発生しています
  • 特に汚れた給水を使用する川船で、局所的なホットスポットを引き起こす堆積物とスケールの蓄積
  • 不十分な建設または保守によるボイラーの圧力容器の故障。
  • 配管/ボイラーからの蒸気の漏れが火傷を引き起こす

蒸気エンジンは、ボイラー内の圧力が高くなりすぎないようにするための2つの独立したメカニズムを備えていることがよくあります。 1つはユーザーが調整でき、もう1つは通常、究極のフェイルセーフとして設計されています。このような安全弁は、伝統的に、ボイラーの上部にあるプラグ弁を拘束するために単純なレバーを使用していました。レバーの一方の端には、蒸気圧に対してバルブを拘束するおもりまたはバネが付いていました。初期のバルブはエンジンドライバーによって調整される可能性があり、ドライバーがバルブを締めてより高い蒸気圧とエンジンからのより多くのパワーを可能にするときに多くの事故につながりました。最近のタイプの安全弁は、調整可能なバネ仕掛けの弁を使用しており、シールが不法に破られない限り、オペレーターがその調整を改ざんできないようにロックされています。この配置はかなり安全です。[要出典]

ボイラーの火室の上部に鉛溶栓が存在する場合があります。水位が下がり、火室の冠の温度が大幅に上昇すると、鉛が溶けて蒸気が逃げ、オペレーターに警告します。オペレーターは手動で火を抑えることができます。最小のボイラーを除いて、蒸気の逃げは火を弱めるのにほとんど効果がありません。プラグの面積も小さすぎて蒸気圧を大幅に下げることができず、ボイラーを減圧します。それらがさらに大きければ、逃げる蒸気の量自体が乗組員を危険にさらすことになります。[要出典]

スチームサイクル

ランキンサイクルで使用される4つの主要なデバイスのフロー図。1）給水ポンプ2）ボイラーまたは蒸気発生器3）タービンまたはエンジン4）復水器; ここで、Q =熱、W =仕事です。熱のほとんどは廃棄物として拒絶されます。

ランキンサイクルは、蒸気エンジンの基本的な熱力学的基盤です。サイクルは、単純な電力生産に通常使用されるコンポーネントの配置であり、水の相変化（沸騰水生成蒸気、凝縮排気蒸気、液体水生成）を利用して、実用的な熱/電力変換システムを提供します。熱は閉ループの外部に供給され、追加された熱の一部は仕事に変換され、排熱は凝縮器で除去されます。ランキンサイクルは、事実上すべての蒸気発電アプリケーションで使用されます。1990年代、ランキン蒸気サイクルは、事実上すべての太陽光、バイオマス、石炭、原子力を含む、世界中で使用されるすべての電力の約90％を生成しました。 発電所。これは、スコットランドの博学者であるウィリアム・ジョン・マッコーン・ランキンにちなんで名付けられました。[要出典]

ランキンサイクルは、効率的なタービンが使用されると、TSダイアグラムがカルノーサイクルに似始めるため、実際のカルノーサイクルと呼ばれることもあります。主な違いは、熱の追加（ボイラー内）と除去（コンデンサー内）が、ランキンサイクルの等圧（一定圧力）プロセスと等温（一定温度）プロセスであることです。）理論的なカルノーサイクルのプロセス。このサイクルでは、ポンプを使用して、凝縮器から受け取った作動流体を気体ではなく液体として加圧します。サイクル中に作動油を液体の形でポンピングすることは、コンプレッサーで作動油を気体の形で圧縮するのに必要なエネルギーと比較して、それを輸送するために必要なエネルギーのごく一部を必要とします（カルノーサイクルのように）。往復蒸気エンジンのサイクルは、シリンダーまたは蒸気入口通路で発生する凝縮と再蒸発のために、タービンのサイクルとは異なります。[56]

ランキンサイクルの作動油は、作動油が継続的に再循環される閉ループシステムとして動作することも、排気蒸気が直接大気に放出される「開ループ」システムと別の水源として動作することもあります。ボイラーへの給水が供給されます。通常、水は、無毒で非反応性の化学的性質、豊富さ、低コスト、熱力学的特性などの優れた特性により、最適な流体です。水銀は、水銀蒸気タービンの作動油です。低沸点炭化水素は、バイナリサイクルで使用できます。[要出典]

蒸気機関は、熱力学理論の発展に大きく貢献しました。しかし、蒸気エンジンに影響を与えた科学理論の唯一の応用は、蒸気の力と大気圧を利用するという当初の概念と、熱と蒸気の特性に関する知識でした。ワットが模型蒸気機関で行った実験的測定により、独立した復水器が開発されました。ワットは独自に潜熱を発見しました。これは、元の発見者であるジョセフ・ブラックによって確認されました。彼はまた、実験手順についてワットに助言しました。ワットはまた、圧力による水の沸点の変化にも気づいていました。そうでなければ、エンジン自体の改善は本質的により機械的でした。[13]ランキンサイクルの熱力学的概念は、エンジニアに、最新の高圧および高温ボイラーと蒸気タービンの開発を支援する効率を計算するために必要な理解を与えました。[要出典]

効率

エンジンサイクルの効率は、エンジンが生成する機械的仕事のエネルギー出力を、燃焼する燃料によってエンジンに投入されるエネルギーで割ることによって計算できます。[要出典]

蒸気機関のエネルギー効率の歴史的な尺度は、その「義務」でした。義務の概念は、彼のエンジンが以前のニューコメンの設計よりもどれだけ効率的であったかを説明するために、ワットによって最初に導入されました。義務は、 1ブッシェル（94ポンド）の石炭を燃やすことによってもたらされる仕事のフィートポンドの数です。ニューコメンの設計の最良の例は約700万の義務がありましたが、ほとんどは500万に近かったです。ワットの元の低圧設計は、2500万もの高い義務を果たすことができましたが、平均して約17でした。これは、平均的なニューコメン設計の3倍の改善でした。高圧蒸気を備えた初期のワットエンジンはこれを6500万に改善しました。[65]

熱が高温の貯水池から低温の貯水池に移動するカルノーサイクルほど効率的な熱機関はありません。効率は温度差に依存します。最高の効率を得るには、蒸気エンジンを可能な限り高い蒸気温度（過熱蒸気）で運転し、可能な限り低い温度で排熱を放出する必要があります。[要出典]

ランキンサイクルの効率は通常、作動油によって制限されます。作動油の圧力が超臨界レベルに達しない場合、サイクルが動作できる温度範囲は狭くなります。蒸気タービンでは、タービンの入口温度は通常565°C（ステンレス鋼のクリープ限界）であり、復水器の温度は約30°Cです。これにより、最新の石炭火力発電所の実際の効率42％と比較して、理論上のカルノー効率は約63％になります。（ガスタービンと比較して）この低いタービン入口温度は、ランキンサイクルが複合サイクルガスタービン発電所のボトミングサイクルとしてしばしば使用される理由です。[要出典]

ランキンサイクルが他のサイクルよりも優れている主な利点の1つは、圧縮段階では、ポンプを駆動するために必要な作業が比較的少なく、この時点で作動油が液相になっていることです。流体を凝縮することにより、ポンプに必要な仕事はタービン（またはレシプロエンジン）の出力のわずか1％から3％を消費し、実際のサイクルではるかに高い効率に貢献します。熱付加温度が低いため、この利点は多少失われます。たとえば、ガスタービンのタービン入口温度は1500°Cに近づいています。それにもかかわらず、実際の大規模な蒸気サイクルと大規模な最新の単純なサイクルのガスタービンの効率はかなりよく一致しています。[要出典]

実際には、蒸気を大気に排出するレシプロ蒸気エンジンサイクルは、通常1〜10％の範囲の効率（ボイラーを含む）を持ちますが、復水器、Corlissバルブ、複数の膨張、および高い蒸気圧が追加されます/温度、それは大幅に改善される可能性があり、歴史的には10〜20％の範囲になり、ごくまれにわずかに高くなります。[要出典]

蒸気再熱、エコノマイザーなどを備えた最新の大型発電所（数百メガワットの電気出力を生成）は、40％台半ばの効率を達成し、最も効率的なユニットは50％の熱効率に近づきます。[要出典]

また、低沸点の作動流体を加熱するため、または飽和低圧蒸気による地域暖房の熱源として排熱を使用するコージェネレーションを使用して、排熱を捕捉することも可能です。[要出典]

も参照してください

メモ

  1. ^ このモデルは、1880年から1890年の間にサミュエルペンバートンによって建てられました。
  2. ^ Landes [15]は、サーストンのエンジンの定義を指し、サーストンはニューコメンを「最初の真のエンジン」と呼んでいます。

参考文献

  1. ^ 英語のアメリカヘリテッジ辞書（第4版）。ホートンミフリンカンパニー。2000年。
  2. ^ a b c d Wiser、Wendell H.（2000）。エネルギー資源：発生、生産、変換、使用。ビルクホイザー。p。190. ISBN 978-0-387-98744-6。
  3. ^ 「タービン」。ブリタニカ百科事典オンライン。2007年7月18日。
  4. ^ 「DeArchitectura」 ：ウィトルウィウス
    （紀元前1世紀）による「建築に関する10冊の本」の第6章（段落2）年6月17日公開[1] 2009年7月7日アクセス
  5. ^ アフマドYハッサン（1976）。Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering、pp。34–35。アレッポ大学アラビア科学史研究所。
  6. ^ 「ロチェスター大学、ニューヨーク、蒸気機関のオンライン履歴リソースの成長、第1章」。History.rochester.edu。2011年7月24日にオリジナルからアーカイブされました。2010年2月3日取得。
  7. ^ Nag 2002、p。432–。
  8. ^ ガルシア、ニコラス（2007）。Mas alla de la LeyendaNegra。バレンシア：バレンシア大学。pp。443–54。ISBN 978-84-370-6791-9。
  9. ^ Hills 1989、pp。15、16、33。
  10. ^ リラ、カールT.（2013年5月21日）。「SaveryPump」。入門化学工学熱力学。ミシガン州立大学。2014年4月11日取得。
  11. ^ Hills 1989、pp。16–20
  12. ^ 「LXXII。火によって水を上げるためのエンジン。ポルトガルのDeMoura氏によって発明され、J。Smeaton氏によって説明されたFRSで、それ自体が機能できるようにするために、節約構造を改善しています」。ロンドン王立学会の哲学的取引。47：436–438。1752. doi：10.1098 /rstl.1751.0073。S2CID186208904。_ 
  13. ^ a b Landes1969。
  14. ^ Jenkins、Ryhs（1971）[1936年に初版]。チューダータイムズからの工学と技術の歴史におけるリンク。ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局のニューコメン協会。ISBN 978-0-8369-2167-0。。英国特許庁の元上級審査官であるリース・ジェンキンスの論文を集めました。
  15. ^ Landes 1969、p。101。
  16. ^ ブラウン2002、pp.60-。
  17. ^ a b c d e f g h i j Hunter1985。
  18. ^ Nuvolari、A; バートファースパーゲン; タンゼルマン、ニコラス（2003）。「18世紀の英国における蒸気機関の普及。応用進化経済学と知識ベースの経済」。オランダ、アイントホーフェン：アイントホーフェンイノベーション研究センター（ECIS）：3。 {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help) （2003年11月20〜22日に国際地域学会の第50回北米会議で発表される論文）
  19. ^ Nuvolari、Verspagen＆Tunzelmann 2003、p。4.4。
  20. ^ ギャロウェー、エラジャ（1828）。蒸気機関の歴史。ロンドン：B。Steill、Paternoster-Row。pp。23–24。
  21. ^ ロイポルド、ジェイコブ（1725）。Theatri MachinarumHydraulicarum。ライプツィヒ：クリストフ・ズンケル。
  22. ^ Hunter＆Bryant 1991義務の比較は、1778年に慎重に実施された試験に基づいています。
  23. ^ a b ローゼン、ウィリアム（2012）。世界で最も強力なアイデア：蒸気、産業、発明の物語。シカゴ大学出版局。p。185. ISBN 978-0-226-72634-2。
  24. ^ a b c d Thomson、Ross（2009）。機械時代の変化の構造：1790年から1865年の米国における技術的発明。メリーランド州ボルチモア：ジョンズホプキンス大学出版局。p。 34。ISBN 978-0-8018-9141-0。
  25. ^ 「蒸気動力の絵画史」JTVan Reimsdijk and Kenneth Brown、Octopus Books Limited 1989、 ISBN 0-7064-0976-0、p。30 
  26. ^ Cowan、Ruth Schwartz（1997）、A Social History of American Technology、ニューヨーク：Oxford University Press、p。74、ISBN 978-0-19-504606-9
  27. ^ ディキンソン、ヘンリーW; Titley、Arthur（1934）。"年表"。リチャード・トレビシック、エンジニア、そして男。イギリス、ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。p。xvi。OCLC637669420。_ 
  28. ^ 1775年以来のアメリカ車、パブ。L.スコット。ベイリー、1971年、p。18
  29. ^ Hunter 1985、pp。601–628。
  30. ^ ハンター1985、p。601。
  31. ^ Van Slyck、JD（1879）。ニューイングランドの製造業者および製造所。ニューイングランドの製造業者および製造所。ボリューム1。ヴァンスリック。p。198。
  32. ^ a b Payton2004。
  33. ^ ゴードン、WJ（1910年）。私たちのホーム鉄道、第1巻。ロンドン：Frederick Warne and Co. pp。7–9。
  34. ^ 「フィッチ蒸気モデルの写真と1780年から1790年までの建設日を含む国立公園サービス蒸気機関車の記事。 」Nps.gov。2002年2月14日。2009年11月3日取得。
  35. ^ 「リチャードトレビシックの蒸気機関車|ラゴール」。Museumwales.ac.uk。2011年4月15日にオリジナルからアーカイブされました。2009年11月3日取得。
  36. ^ 「蒸気機関車の記念日が始まります」。BBC。2004年2月21日。2009年6月13日取得。サウスウェールズの町は、蒸気機関車の発明から200周年を記念して、何ヶ月にもわたる祝賀会を始めました。マーサー・ティドビルは、1804年2月21日、リチャード・トレビシックが地元の鉄の達人の路面電車のレールに高圧蒸気機関の1つを設置したときに、世界を鉄道時代に導いた場所でした。
  37. ^ ガーネット、AF（2005）。スチールホイール。カンウッドプレス。pp。18–19。
  38. ^ ヤング、ロバート（2000）。ティモシーハックワースと機関車（1923年版の再版）。ルイス、英国：Book Guild Ltd.
  39. ^ ハミルトンエリス（1968）。鉄道の絵画百科事典。ハムリン出版グループ。pp。24–30。
  40. ^ Michael Reimer、Dirk Endisch： Baureihe 52.80 – Die rekonstruierte Kriegslokomotive、GeraMond、 ISBN 3-7654-7101-1 
  41. ^ Vaclav Smil（2005）、「20世紀の創造：1867年から1914年の技術革新とその永続的な影響」、オックスフォード大学出版局、p。62、ISBN 978-0-19-516874-7、 2009年1月3日取得
  42. ^ 「EnergiprojektLTD–バイオマス発電所、蒸気発電所」。Energiprojekt.com。2008年8月20日にオリジナルからアーカイブされました。2010年2月3日取得。
  43. ^ Hunter 1985、pp。495–96コルトポータブルエンジンの説明
  44. ^ McNeil1990蒸気機関車の説明を参照してください
  45. ^ ジェローム、ハリー（1934）。全米経済研究所の産業における機械化（PDF）。pp。166–67。
  46. ^ Hills 1989、p。248。
  47. ^ a b Peabody 1893、p。384。
  48. ^ 「化石エネルギー：タービン発電所のしくみ」。Fossil.energy.gov。2011年8月12日にオリジナルからアーカイブされました。2011年9月25日取得。
  49. ^ Nick Robins、 The Coming of the Comet：The Rise and Fall of the Paddle Steamer、Seaforth Publishing、2012年、 ISBN 1-4738-1328-X、第4章 
  50. ^ Hunter 1985、pp。341–43。
  51. ^ Hunter＆Bryant 1991、p。123、「蒸気エンジンインジケーター」スティルマン、ポール（1851）。
  52. ^ ウォルター、ジョン（2008）。「エンジンインジケーター」（PDF）。pp。xxv–xxvi。2012年3月10日にオリジナル（PDF）からアーカイブされました。
  53. ^ ベネット、S。（1979）。制御工学の歴史1800–1930。ロンドン：Peter Peregrinus Ltd. ISBN  978-0-86341-047-5。
  54. ^ ベネット1979
  55. ^ MohanSenによる基本的な機械工学p。266
  56. ^ a b Hunter 1985、p。445。
  57. ^ 「スターリング|内部燃焼エンジン|シリンダー（エンジン）| 30日間の無料トライアル」。Scribd 。2020年5月21日取得。
  58. ^ a b van Riemsdijk、ジョン（1994）。複式機関車。ペンリン、英国：大西洋輸送出版社。pp。2–3。ISBN 978-0-906899-61-8。
  59. ^ ブルックス、ジョン。ユトランド沖海戦でのドレッドノート砲術。p。14。
  60. ^ 「バックファイア」。トラクターフィールドブック：パワーファーム機器の仕様付き。シカゴ：ファーム実装ニュース会社。1928. pp。108–109 [ 108 ]。
  61. ^ Chapelon 2000、pp。56–72、120-。
  62. ^ ベル、AM（1950）。機関車。ロンドン：美徳と会社。pp。61–63。
  63. ^ シートン、AE（1918）。海洋工学のマニュアル。ロンドン：チャールズグリフィン。pp。56–108。
  64. ^ 蒸気ロケットTecaeromax
  65. ^ ジョン・エニス、「コーンウォールの鉱山でさまざまな時期に使用された蒸気機関の義務に関する意見」、土木技師協会の取引、第3巻（1840年1月14日）、p。457

参考文献

さらに読む

  • クランプ、トーマス（2007）。蒸気の時代の簡単な歴史：最初のエンジンからボートや鉄道まで。
  • マースデン、ベン（2004）。ワットの完璧なエンジン：蒸気と発明の時代。コロンビア大学出版。
  • ロビンソン、エリックH.（1974年3月）。「蒸気動力の初期拡散」。経済史ジャーナル。34（1）：91–107。土井：10.1017 / S002205070007964X。JSTOR2116960 。_
  • ローズ、ジョシュア。（1887年、2003年に再版）現代の蒸気エンジン
  • スチュアート、ロバート（1824）。蒸気機関の歴史。ロンドン：J。ナイトとH.レイシー。
  • サーストン、ロバートヘンリー（1878年）。蒸気機関の成長の歴史。国際科学シリーズ。ニューヨーク：D。アップルトンアンドカンパニー。OCLC16507415 。_
  • Van Riemsdijk、JT（1980）蒸気動力の絵画史。
  • Charles Algernon Parsons（1911）、The Steam Turbine：The Rede Lecture 1911（1st ed。）、Cambridge：Cambridge University Press、Wikidata  Q19099885（講義）

外部リンク

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Steam_engine&oldid=1067843622"