한때 산업화의 원동력이었던 증기기관은 증기의 팽창을 이용해 열에너지를 기계에너지로 변환하는 원리를 바탕으로 작동된다. 이 프로세스에는 일련의 단계가 포함됩니다.
1. 증기 생성 :
- 증기 엔진에는 열원이 필요합니다. 일반적으로 석탄이나 기타 연료를 연소하여 연료를 공급하는 보일러입니다.
- 보일러 내부의 물은 끓는점까지 가열되어 증기로 변합니다.
- 생성된 증기는 고압, 고온입니다.
2. 피스톤 및 실린더 :
- 증기 기관은 실린더라고 불리는 원통형 챔버로 구성되어 있으며, 그 내부에는 꼭 맞는 피스톤이 앞뒤로 움직일 수 있습니다.
- 피스톤은 원하는 기계에 움직임을 전달하는 피스톤 로드에 부착됩니다.
3. Steam 입장 :
- 피스톤이 실린더의 한쪽 끝에 있으면 증기 흡입 밸브라고 불리는 밸브가 열려 보일러에서 나오는 고압 증기가 실린더로 돌진합니다.
4. 피스톤 운동 :
- 들어오는 증기의 힘은 피스톤을 실린더의 반대쪽 끝으로 밀어냅니다.
- 피스톤의 움직임은 증기의 압력을 기계적 일로 변환합니다.
5. 증기 고갈 :
- 피스톤이 스트로크 끝에 도달하면 증기 흡입 밸브가 닫히고 증기 배출 밸브가 열립니다.
- 실린더 내부에 갇힌 증기는 종종 열을 회수하기 위해 응축기로 방출됩니다.
6. 반복주기 :
- 증기가 배출된 후 반전 메커니즘에 의해 슬라이드 밸브가 움직이거나 증기 흐름 방향이 바뀌어 증기가 피스톤 반대쪽으로 유입됩니다.
- 증기가 피스톤을 반대 방향으로 밀어내는 과정이 반복됩니다.
7. 커넥팅 로드 및 크랭크 :
- 피스톤의 왕복운동은 크랭크샤프트에 연결된 커넥팅로드를 통해 회전운동으로 변환됩니다.
- 피스톤의 움직임에 따라 크랭크샤프트가 회전하여 바퀴, 펌프, 공장장비 등 다양한 기계류를 구동할 수 있는 지속적인 동력원을 제공합니다.
요약하자면, 증기 기관은 열을 사용하여 증기를 생성하고, 증기는 실린더 내에서 피스톤을 앞뒤로 움직입니다. 피스톤의 움직임은 크랭크샤프트를 통해 회전 운동으로 변환되어 광범위한 기계와 장치에 동력을 공급할 수 있는 기계적 에너지를 생성합니다. 기술의 발전과 보다 효율적인 엔진, 특히 내연기관의 등장은 결국 19세기 후반에 증기기관의 쇠퇴로 이어졌습니다.
