Aurumasina leiutamine ja arendamine

Aurumasinad on mehhanismid, mis kasutavad auru tekitamiseks soojust, mis omakorda viib läbi mehaanilisi protsesse, mida üldiselt nimetatakse töö. Kui mitmed leiutajad ja uuendajad töötasid auru energiatarbimise mitmesuguste aspektide kallal, hõlmab varajaste aurumootorite peamine areng kolme leiutajat ja kolme peamise mootori konstruktsiooni.

Esimese töö jaoks kasutatud aurumasina patenteeris inglane Thomas Savery aastal 1698 ja seda kasutati kaevanduse šahtidest vee väljapumpamiseks. Põhiprotsess hõlmas silindrit, mis täideti veega. Seejärel tarniti silindrisse aur, tõrjudes välja vett, mis voolas välja läbi ühesuunalise klapi. Kui kogu vesi oli väljunud, pihustati silindrit jaheda veega, et langetada silindri temperatuur ja kondenseerida aur seal. See tekitas silindri sees vaakumi, mis tõmbas silindri täitmiseks täiendava vee kokku, viies pumpamistsükli lõpule.

Veel üks inglane, Thomas Newcomen, mida Slavery pump täiustas disainiga, mille ta töötas välja 1712. aasta paiku. Newcomeni mootor sisaldas silindri sees olevat kolbi. Kolvi ülaosa oli ühendatud pöörleva tala ühe otsaga. Tala teise otsaga ühendati pumbamehhanism, nii et vett valati alati, kui tala pumba otsa üles kallutati. Pumba liikumiseks juhiti kolvisilindrisse aur. Samal ajal tõmbas vastukaal tala pumba otsas allapoole, mille tõttu kolb tõusis aurusilindri ülaossa. Kui silinder oli auru täis, pihustati silindri sisse jahedat vett, mis auru kiiresti kondenseeris ja tekitas silindris vaakumi. See põhjustas kolvi kukkumise, liigutades tala kolvi otsal allapoole ja pumba otsal üles. Seejärel korrati tsüklit automaatselt seni, kuni silindrile valati aur.

Newcomeni kolvidisain lõi tõhusalt välja pumbatava vee ja pumpamisjõu loomiseks kasutatava silindri vahel. See parandas oluliselt Slavery originaalse disaini tõhusust. Kuna Savery pidas oma aurupumba kohta laialdast patenti, pidi Newcomen kolbpumba patenteerimiseks tegema Saveryga koostööd.

Šotlane James Watt aasta teisel poolel täiustas ja arendas aurumasinat märkimisväärselt 18. sajand, mis tegi sellest tõeliselt elujõulise masinatüki, mis aitas selle käivitada Tööstusrevolutsioon. Wattide esimene suurem uuendus oli lisada eraldi kondensaator, nii et aur ei peaks olema jahutatud samas silindris, milles kolb oli. See tähendas, et kolvisilinder püsis palju ühtlasemal temperatuuril, suurendades märkimisväärselt mootori kütusesäästlikkust. Watt arendas välja ka mootori, mis võiks võlli pöörata, mitte üles-alla pumpamise toimingu, aga ka hooratta, mis võimaldas sujuvat jõuülekannet mootori ja töökoormuse vahel. Nende ja muude uuenduste abil sai aurumasin rakendada paljudes tehastes protsesse ning Watt ja tema äripartner Matthew Boulton ehitasid mitusada mootorit tööstuslikuks kasutamiseks.

19. sajandi alguses tehti suuri rõhku kõrge rõhu all töötavate aurumasinate uuendustele, mis olid palju tõhusamad kui Watti ja teiste aurumasinate pioneeride madalrõhu konstruktsioonid. See tõi kaasa palju väiksemate, võimsamate aurumasinate väljatöötamise, mida saaks kasutada rongide ja paatide toiteks ning laiemate tööstuslike ülesannete täitmiseks, näiteks saeveskide tootmiseks veskites. Nende mootorite kaks olulist uuendajat olid ameeriklane Oliver Evans ja inglane Richard Trevithick. Aja jooksul asendati aurumootorid enamiku liikumis- ja tööstustüüpide jaoks sisepõlemismootoritega töö, kuid aurugeneraatorite kasutamine elektrienergia tootmiseks on endiselt oluline osa elektrienergia tootmises täna.