Newcomen -dampmaskinen er en damp-atmosfærisk maskine , der blev brugt til at pumpe vand i miner og blev udbredt i det 18. århundrede .
Dampmaskinen (eolipil) af turbinetypen blev opfundet af Heron af Alexandria i det 1. århundrede e.Kr. e. men forblev et glemt legetøj, og først i slutningen af det 17. århundrede tiltrak dampmaskiner igen entusiasternes opmærksomhed. Denis Papin opfandt højtryksdampkedlen med sikkerhedsventil og var den første, der kom med ideen om at bruge et bevægeligt stempel i en cylinder. Men Papin nåede ikke til den praktiske gennemførelse.
I 1705 byggede en smed af profession , Thomas Newcomen , sammen med en tinker J. Cowley en dampmaskine til en vandpumpe (vandlift), som fortsatte med at blive forbedret i omkring ti år, indtil den begyndte at fungere ordentligt ( 1712 ). Med en effekt på 8 hestekræfter løftede maskinen vand fra 80 meters dybde [1] :184 . Tilsyneladende brugte Newcomen de tidligere opnåede eksperimentelle data fra Papin , som studerede trykket af vanddamp på stemplet i cylinderen og først opvarmede og afkølede dampen for at bringe stemplet tilbage til dets oprindelige tilstand med hånden.
Newcomen kunne dog ikke opnå patent på sin opfindelse , da dampvandsløfteren blev patenteret tilbage i 1698 af T. Severi , som Newcomen senere samarbejdede med, eftersom Severis patent fik gyldighedsretten ved en lov fra parlamentet indtil 1733. Newcomens apparat var en frem- og tilbagegående dampmaskine med vandløftende pumpe, og åbenbart ikke særlig effektiv, da varmen fra dampen gik tabt, hver gang beholderen blev afkølet, og ganske farlig i drift: på grund af det høje damptryk var motorerne nogle gange eksploderede. Da denne enhed både kunne bruges til at dreje hjulene på en vandmølle og til at pumpe vand ud af miner, kaldte opfinderen den "en minearbejders ven" [2] [3] .
Newcomens vandløftende pumper med en stempel-dampmaskine har fundet anvendelse i England og andre europæiske lande til at pumpe vand fra dybt oversvømmede miner, hvor det ville være umuligt at arbejde uden dem. I 1733 var 110 af dem købt, hvoraf 14 var til eksport. Med nogle forbedringer blev 1454 af dem produceret før 1800, og de forblev i brug indtil begyndelsen af det 20. århundrede [4] . I Rusland dukkede den første Newcomen-maskine op i 1777 i Kronstadt for at dræne dokken . Watts forbedrede maskine kunne ikke fortrænge Newcomens maskine, hvor der var en overflod af kul af dårlig kvalitet. Især Newcomen-maskiner blev brugt i kulminer i England indtil 1934 [1] :186 .
Arbejdsslaget i Newcomen vakuummotoren er ikke lavet af højt damptryk, men af det lave tryk af vakuumet dannet efter indsprøjtning af vand i en cylinder fyldt med varm damp. Lavt vakuumtryk øgede motorens sikkerhed, men reducerede kraftigt dens kraft.
Under påvirkning af sin egen vægt går pumpestemplet (fastgjort til venstre skulder af vippen i animationen, selve stemplet er ikke vist i animationen) ned, og stemplet på maskinens dampdel (monteret på højre skulder på vippen i animationen) stiger, og lavtryksdamp tilføres den lodrette arbejdscylinder , åben i toppen. Dampindløbsventilen lukker, og dampen afkøles og kondenserer. Indledningsvis blev dampen kondenseret som følge af ekstern vandkøling af cylinderen med damp [1] :184 . Derefter blev der indført en forbedring: for at fremskynde kondenseringen blev lavtemperaturvand sprøjtet ind i cylinderen med damp, efter at ventilen var lukket (fra en tank direkte under højre skulder på vippearmen i animationen), og kondensatet løb ind i kondensatsamler. Når damp kondenserer, falder trykket i cylinderen, og atmosfærisk tryk tvinger stemplet i dampdelen af maskinen ned med kraft og laver et arbejdsslag. Samtidig stiger stemplet på maskinens pumpende del og trækker vandet med sig til et højere niveau. Derefter gentages cyklussen [5] . Smøring og forsegling af stemplet i dampdelen udføres med en lille mængde vand hældt oven på det.
I starten var fordelingen af damp og kølevand manuel, derefter opfandt man automatisk distribution, den såkaldte. Potter mekanisme.
Det arbejde, der udføres af atmosfærisk tryk, er større, jo større stemplets slag og trykkets kraft på det. Trykfaldet i dette tilfælde afhænger kun af den temperatur, ved hvilken dampen kondenserer, og kraften svarende til produktet af trykfaldet og stemplets areal stiger med en stigning i stemplets areal, at er cylinderens diameter og dermed cylinderens volumen. Generelt viser det sig, at maskinens kraft vokser med en stigning i cylinderens volumen.
Stemplet er forbundet med en kæde til enden af en stor vippearm, som er en to-arms håndtag. Pumpen under belastning er forbundet med en kæde til den modsatte ende af vippearmen. Under stemplets nedadgående arbejdsslag skubber pumpen en del vand op og går derefter under sin egen vægt ned, og stemplet stiger og fylder cylinderen med damp.
Den konstante afkøling og genopvarmning af maskinens arbejdscylinder var meget spild og ineffektiv. Ikke desto mindre gjorde disse dampmaskiner det muligt at pumpe vand fra den dobbelte dybde [1] :185 , som var muligt ved hjælp af heste . Opvarmning af biler med kul udvundet i den samme mine, som bilen betjente, viste sig at være rentabel, på trods af installationens monstrøse frådseri: omkring 25 kg kul i timen per hestekræfter [1] :185 . Newcomens maskine var ikke en universalmotor og kunne kun fungere som en pumpe. Newcomens forsøg på at bruge et stempels frem- og tilbagegående bevægelse til at dreje et skovlhjul på skibe var mislykkede. Newcomens fortjeneste er dog, at han var en af de første til at implementere ideen om at bruge damp til at opnå mekanisk arbejde. Hans bil blev forløberen for J. Watts universalmotor .
En lignende teknologi bruges i dag af betonpumper på byggepladser .
Stemplets arbejdsslag er kun i én retning (ned), og det konstante varmetab til opvarmning af den afkølede cylinder bestemte maskinens lave effektivitet (mindre end 1% effektivitet).
Watts første forbedring var en separat kondensator for at holde cylinderen varm hele tiden.
I sin fundamentalt nye motor opgav Watt det damp-atmosfæriske skema og skabte en dobbeltvirkende vippemaskine, hvor begge stempelslag var arbejdere. Kæden kunne ikke længere tjene som transmissionsled til vippen under stemplets opadgående slag, og der opstod et behov for en mekanisme, der kunne overføre kraft fra stemplet til vippen i begge retninger. Denne mekanisme er også udviklet af Watt. Strømmen steg med omkring fem gange, hvilket gav en besparelse på 75% i omkostningerne til kul. Det faktum, at det på grundlag af Watts maskine blev muligt at omdanne stemplets translationelle bevægelse til rotation, og blev drivkraften til den industrielle revolution. Varmemotoren kunne nu dreje hjulet på en mølle eller en fabriksmaskine og befri produktionen fra vandhjul på floder. Allerede i 1800 producerede firmaet Watt og hans kompagnon Bolton 496 sådanne mekanismer, hvoraf kun 164 blev brugt som pumper. Yderligere 308 fandt anvendelse i møller og fabrikker, og 24 betjente højovne .