A Newcomen gőzgép egy gőz-atmoszférikus gép , amelyet bányákban lévő víz szivattyúzására használtak, és a 18. században terjedt el .
A turbinás típusú gőzgépet (eolipilt) Alexandriai Heron találta fel a Kr.u. I. században. e., de elfeledett játékszer maradt, és csak a 17. század végén keltették fel ismét a gőzgépek a rajongók figyelmét. Denis Papin találta fel a biztonsági szeleppel ellátott nagynyomású gőzkazánt , és ő volt az első, aki azzal az ötlettel állt elő, hogy mozgatható dugattyút használjon egy hengerben. De Papin nem jutott el a gyakorlati megvalósításig.
1705 -ben egy kovács , Thomas Newcomen , J. Cowley bádogmesterrel együtt gőzgépet épített egy vízszivattyúhoz (vízlift), amelyet körülbelül tíz évig fejlesztettek tovább, mígnem megfelelően működni kezdett ( 1712 ). ). A gép 8 lóerős teljesítménnyel 80 méter mélyről emelte fel a vizet [1] :184 . Newcomen nyilvánvalóan a korábban megszerzett Papin kísérleti adatait használta fel , aki a hengerben lévő dugattyúra ható vízgőz nyomását tanulmányozta, és először melegítette és hűtötte a gőzt, hogy a dugattyút kézzel állítsa vissza eredeti állapotába.
Newcomen azonban nem szerezhetett szabadalmat találmányára , mivel a gőzvízemelőt még 1698-ban szabadalmaztatta T. Severi , akivel Newcomen később együttműködött, mivel Severi szabadalma 1733-ig kapott érvényességi jogot az Országgyűlés által. Newcomen készüléke egy dugattyús gőzgép volt vízemelő szivattyúval, és nyilván nem túl hatékony, hiszen a gőz hője minden tartály hűtésekor elveszett, és működés közben meglehetősen veszélyes: a nagy gőznyomás miatt a motorok néha felrobbant. Mivel ez az eszköz vízimalom kerekeinek forgatására és víz kiszivattyúzására is használható volt, a feltaláló „bányász barátjának” nevezte [2] [3] .
A Newcomen dugattyús gőzgépes vízemelő szivattyúit Angliában és más európai országokban alkalmazták mélyen elárasztott bányákból való víz szivattyúzására, ahol nélkülük lehetetlen lenne dolgozni. 1733-ra 110 darabot vásároltak belőlük, ebből 14 volt exportra. Némi fejlesztéssel 1800 előtt 1454 darab készült belőlük, és egészen a 20. század elejéig használatban voltak [4] . Oroszországban az első Newcomen gép 1777-ben jelent meg Kronstadtban a dokk leürítésére . Watt továbbfejlesztett gépe nem tudta kiszorítani Newcomen gépét, ahol rengeteg rossz minőségű szén volt. Különösen a Newcomen gépeket használták Angliában a szénbányákban 1934-ig [1] :186 .
A Newcomen vákuummotorban a munkalöketet nem a nagy gőznyomás, hanem a víz forró gőzzel töltött hengerbe való befecskendezése után kialakuló vákuum alacsony nyomása adja. Az alacsony vákuumnyomás növelte a motor biztonságát, de nagymértékben csökkentette a teljesítményét.
Saját súlyának hatására a szivattyú dugattyúja (az animációban a billenő bal vállára van rögzítve, maga a dugattyú nem látszik az animáción) lemegy, és a gép gőzrészének dugattyúja (csatlakozik a az animációban a billenő jobb válla) felemelkedik, és alacsony nyomású gőz kerül a függőleges munkahengerbe, amely felül nyitott. A gőz bemeneti szelep bezárul, a gőz lehűl és lecsapódik. A gőz kezdetben a henger gőzzel történő külső vízhűtése következtében kondenzálódott [1] :184 . Majd egy fejlesztést vezettek be: a kondenzáció felgyorsítása érdekében a szelep zárása után alacsony hőmérsékletű vizet fecskendeztek a hengerbe gőzzel (az animációban közvetlenül a lengőkar jobb válla alatti tartályból), és a kondenzátum befolyt a hengerbe. kondenzvízgyűjtő. A gőz lecsapódásakor a hengerben lecsökken a nyomás, és a légköri nyomás erővel lenyomja a gép gőzrészének dugattyúját, ami munkalöketet ad. Ugyanakkor a gép szivattyúzó részének dugattyúja felemelkedik, magasabb szintre húzva magával a vizet. Ezután a ciklus megismétlődik [5] . A gőzrész dugattyújának kenése és tömítése úgy történik, hogy kis mennyiségű vizet öntünk rá.
Kezdetben a gőz és a hűtővíz elosztása kézi volt, majd feltalálták az automatikus elosztást, az ún. Potter-mechanizmus.
Minél nagyobb a légköri nyomás által végzett munka, annál nagyobb a dugattyú lökete és a rá ható nyomás. A nyomásesés ebben az esetben csak attól a hőmérséklettől függ, amelyen a gőz lecsapódik, és a nyomásesés és a dugattyú területének szorzatával megegyező erő a dugattyú területének növekedésével növekszik, a henger átmérője és ennek következtében a henger térfogata. Általában kiderül, hogy a gép teljesítménye a henger térfogatának növekedésével nő.
A dugattyú lánccal van összekötve egy nagy lengőkar végével, amely egy kétkarú kar. A terhelés alatt lévő szivattyút lánc köti a lengőkar másik végéhez. A dugattyú lefelé irányuló munkalökete során a szivattyú felnyomja a víz egy részét, majd saját súlya alatt leereszkedik, és a dugattyú felemelkedik, és gőzzel tölti meg a hengert.
A gép munkahengerének állandó hűtése és felfűtése nagyon pazarló és nem hatékony volt. Mindazonáltal ezek a gőzgépek kétszer olyan mélységből szivattyúzták a vizet [1] :185 , mint a lovak segítségével . Ugyanabban a bányában bányászott szénnel fűtött autók, ahol az autó szolgált, jövedelmezőnek bizonyult, a telepítés szörnyű falánksága ellenére: körülbelül 25 kg szén óránként lóerőnként [1] :185 . Newcomen gépe nem volt univerzális motor, és csak szivattyúként működhetett. Newcomen kísérletei arra, hogy a dugattyú oda-vissza mozgását a hajó lapátkerekének elforgatására használhassák, sikertelenek voltak. Newcomen érdeme azonban az, hogy az elsők között valósította meg a gőz felhasználásának ötletét a mechanikai munka megszerzésére. Autója lett J. Watt univerzális motorjának előfutára .
Hasonló technológiát használnak jelenleg a betonszivattyúk az építkezéseken .
A dugattyú munkalökete csak egy irányban (lefelé) van, és a hűtött henger fűtéséhez szükséges állandó hőveszteség meghatározta a gép alacsony hatásfokát (1% alatti hatásfok).
A Watt első fejlesztése egy külön kondenzátor volt, amely folyamatosan melegen tartja a hengert.
Alapvetően új motorjában Watt felhagyott a gőz-atmoszférikus sémával, és megalkotott egy kettős működésű billenőgépet, amelyben mindkét dugattyúlöket munkás volt. A lánc a dugattyú felfelé irányuló löketénél már nem szolgálhatott átviteli összekötőként a billenőszelephez, és felmerült az igény egy olyan mechanizmusra, amely mindkét irányban átadja az erőt a dugattyúról a billenőre. Ezt a mechanizmust is Watt fejlesztette ki. A teljesítmény körülbelül ötszörösére nőtt, ami 75%-os megtakarítást eredményezett a szén költségében. Az a tény, hogy Watt gépe alapján lehetővé vált a dugattyú transzlációs mozgásának forgássá alakítása, és ez az ipari forradalom lendülete lett. A hőmotor immár egy malom vagy egy gyári gép kerekét forgathatta, megszabadítva a termelést a vízikerekektől a folyókon. A Watt cég és társa, Bolton már 1800-ban 496 ilyen szerkezetet gyártott, amelyek közül csak 164-et használtak szivattyúként. További 308-at malmokban és gyárakban használnak, 24-et pedig nagyolvasztóban szolgáltak ki .