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.
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.
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. 이 증기기관은 영국에서 먼저 보급된 후 유럽 대륙에서 보급되어 19 세기 초까지 여전히 개조된 제품을 제조하고 있다. 뉴코멘 대기 증기기관의 열효율은 매우 낮았다. 이는 주로 증기가 실린더에 들어간 후 방금 물에 냉각된 실린더 벽에 응결되어 대량의 열을 잃었기 때문이다. 석탄값이 낮은 산탄 지역에서만 보급하다.
1764 년 영국 기기 수리공 와트는 글래스고 대학을 위해 뉴코멘 증기 기관 모형을 수리할 때 이 단점을 알아차렸고 1765 년 냉응기가 항아리 벽과 분리된 증기기관을 발명하고 1769 년 영국 특허를 획득했다. 초기에 와트의 증기기관은 여전히 균형봉과 레버 기구를 사용하여 펌프를 구동하였다. 냉응기의 응결물과 공기를 제거하기 위해 와트는 공기 펌프를 설치했다. 그는 또한 실린더 외벽에 중간층을 설치하고 증기로 실린더 벽을 가열하여 응축 손실을 줄였다.
1782 정도에서 와트는 기계를 더욱 개선하여 두 가지 중요한 발명품을 완성했습니다. 즉, 활성 냉가공 여정 중간에 증기 밸브를 닫아 증기 팽창을 일으켜 열효율을 높였습니다. 증기를 피스톤 양쪽에서 작동시켜 출력 전력을 높이다. 이때 피스톤은 레버를 당겨서 레버를 밀고 부채형 균형봉과 지퍼는 더 이상 적용되지 않아 와트가 평행사변형 매커니즘을 발명했다. 와트는 또한 18 연말에 크랭크 커넥팅로드 메커니즘을 증기 엔진에 적용했다.
와트의 창조적 작업은 증기 기관을 빠르게 발전시켰다. 그는 물을 올릴 수 있는 기계를 널리 사용할 수 있는 증기기관으로 바꾸었고, 증기기관의 열효율은 두 배로 높아져 석탄 소모를 크게 줄였다. 그래서 와트는 증기기관의 주요 발명자이다.
18 세기 후반 이후 증기기관은 광업뿐만 아니라 제련, 방직, 기계 제조 등의 산업에도 광범위하게 적용되었다. 영국의 직물 생산량을 20 여 년 동안 5 배 (1766 에서 1789 로 증가) 증가시켜 시장에 대량의 소비재를 제공하고 자금 축적을 가속화하며 운송업에 대한 절실한 요구를 제기했다.
선박에서 증기기관을 추진동력으로 사용하는 실험은 1776 년에 시작되었고, 지속적인 개선을 통해 미국 풀턴은 최초의 실용적인 추진증기기관선' 클레몬트' 호를 만들었다. 그 이후로 증기기관이 배에서 추진동력으로 사용된 지 이미 100 여 년이 되었다.
180 1 년 영국의 트리비시크는 이동식 증기기관의 개념을 제시했다. 1803 년 철로를 이용한 이동식 증기기관이 탄광지역에 처음 등장한 것이 기관차의 초기 형태다. 영국의 스티븐슨은 끊임없이 기관차를 개선하여 1829 년에' 로켓' 증기 기관차를 만들었다. 기관차는 시간당 46km 의 속도로 승객 30 명을 태운 객차 한 칸을 견인해 각국의 관심을 끌며 철도 시대를 열었다.
19 말, 전력 응용이 일어나면서 증기기관은 한때 발전소의 주요 동력기계로 사용되었다. 1900 년, 미국 뉴욕에는 5 메가와트의 단독전력의 증기기관 발전소가 있었다.
증기 기관의 발전은 20 세기 초에 정점에 달했다. 일정 토크, 변속, 가역, 운행 신뢰성, 제조, 수리 편리함 등의 장점을 갖추고 있으며 발전소, 공장, 기관차, 선박 등 다양한 분야에서 특히 선박에 널리 사용되고 있다.