Ångmaskin

Wikipedia

Ångmaskin är en apparat som bygger på att vatten fås att koka, varefter ångan driver en kolv som löper i en cylinder. Kolvens fram- och återgående rörelse överförs vanligen med hjälp av vev och vevstake till roterande rörelse. I vidare mening betecknar ångmaskin varje slags motor som drivs med ånga inklusive ångturbinen. Normalt syftas dock på kolvångmaskinen, vilken avhandlas här. Ångmaskinen började användas som kraftkälla på 1700-talet och blev en avgörande faktor i den industriella revolutionen. Utvecklingen av det moderna samhället är otänkbar utan ångmaskinen, den var den primära kraftkällan för både industri och transporter fram till början av 1900-talet. De första ångmaskinerna var av atmosfärisk typ. Detta innebär att de endast hade atmosfärstrycket att tillgå som arbetstryck.

James Watt brukar felaktigt anses som uppfinnaren, men var den som på ett avgörande sätt förbättrade verkningsgraden. Läs mer om ångmaskinens utveckling i artikeln om James Watt.

Innehåll

1 Användning
2 Uppfinning och utveckling
- 2.1 Newcomen
- 2.2 Watt
3 Se även

[redigera] Användning

Det första användningsområdet var att pumpa vatten ur gruvor. Sedan i andra områden vid gruvorna och de tidiga industrierna. Fartyg byggdes också snart för ångdrift. En välkänd typ av ångmaskin är ångloket. Under 1900-talet förlorade ångmaskinen i denna form sin avgörande roll och ersattes av förbränningsmotorer och elmotorer. Men en modern variant av ångmaskinen kan sägas vara ångturbinen som är under stadig utveckling och synnerligen betydelsesfull i många sammanhang, inte minst för produktion av elkraft.

Herons ångkula

Newcomens ångmaskin, principschema

[redigera] Uppfinning och utveckling

En föregångare till ångmaskinen är känd från antiken: Herons ångkula (eolipil) som beskrivs av filosofen Heron verksam under första århundradet e. Kr.

[redigera] Newcomen

Den första ångmaskinen konstruerades av den franska fysikern Denis Papin omkring 1690, men den första tillräckligt robusta för att pumpa vatten ur gruvor konstruerades av engelsmannen Thomas Newcomen 1712. Denna atmosfäriska ångmaskin arbetade på så sätt, att den i ångpannan under föga mer än atmosfärtryck bildade ångan under kolvens uppåtrörelse inströmmade under denna och fyllde ångcylindern. Något egentligt arbete uträttades därvid ej, emedan kolven lyftes genom pumpstångsystemets tyngd. Vid kolvens högsta läge sprutades vatten in omkring cylindern, varigenom ångan där kondenserades, vakuum uppstod, och atmosfärtrycket pressade ned kolven samt lyfte upp stängerna och utförde pumparbetet.

Kondenseringen ändrades snart till insprutningskondensering, så att kylvattnet direkt insläpptes i ångcylindern. Därigenom erhölls snabbare kondensering, större slagantal och ökad effekt. Till en början reglerades ång- och vattenpådragen för hand, men automatisk reglering infördes efter några år. Fastän Newcomen inte lade fram några nya, epokgörande tankar, lyckades han genom sin stora praktiska begåvning framställa en pumpångmaskin, som visade sig utföra arbetet med god driftsäkerhet och därför installerades i den ena gruvan efter den andra under flera årtionden framåt. Nackdelen hos hans ångmaskin var dess låga verkningsgrad och därmed höga kolförbrukning, 10-20 kg kol per effektiv hk-timme, till mycket stor del beroende på den oerhört stora cylinderkondensation, som uppkommer genom ångcylinderns omväxlande uppvärmning med ånga och därpå följande avkylning genom vattnets insprutning. En mängd ånga måste därvid kondenseras och värmet går till spillo.

Efter Newcomens tid förbättrades hans ångmaskin, särskildt genom engelske ingenjören J. Smeaton. Denne lade mycket stor vikt på tillverkningen av ångmaskinen, så att bl. a. ångcylindern urborrades mycket noggrannare än förr. Han lyckades även nedbringa cylinderkondensationen genom att bekläda kolvens ångsidan med trä. På grund af dessa olika förbättringar minskades kolförbrukningen till under 8 kg per effektiv hk-timme.

[redigera] Watt

Genom skotten James Watts uppfinningar och konstruktioner skapades en nästan helt ny ångmaskin, som med ett slag reducerade kolförbrukningen till hälften mot Smeatons förbättrade Newcomenmaskin. Watts första förbättring var att kondensationen tog plats utanför cylindern i den kondensor som han uppfann 1769. Han uppfann även den dubbelverkande ångmaskinen, och därigenom fördubblades effekten utan ökning av cylinderdimensionerna. Watt insåg även betydelsen av ångans expansion.