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Bronzemedaille der Pariser Münze (Füllhornpunze von 1880).
Die Medaille wurde 1981 verliehen.
Einige minimale Gebrauchsspuren.
Auf der Rückseite leere Namensnennung.
Graveur : Raoul LAMOURDEDIEU (1877-1953) .
Abmessungen : 58mm.
Gewicht : 88 g.
Metall : Bronze.
Punze am Rand (Marke am Rand) : Füllhorn + Bronze + 1981.
Schnelle und ordentliche Lieferung.
Die Unterstützung steht nicht zum Verkauf.
Der Stand ist nicht zu verkaufen.
Der Stand ist nicht zu verkaufen.
Die Dampfmaschine ist ein externer Verbrennungsmotor, der die thermische Energie von Wasserdampf (erzeugt von einem oder mehreren Kesseln) in mechanische Energie umwandelt. Die bedeutendsten Entwicklungen dieser Erfindung stammen aus dem 18. Jahrhundert.
Als erste vom Menschen kontrollierte mechanische Energiequelle (im Gegensatz zu Wasser-, Gezeiten- oder Windenergie, die spezielle Standorte erfordern und nicht einfach bei Bedarf aktiviert werden können) hat sie während der industriellen Revolution eine große Bedeutung. Im 20. Jahrhundert wurde sie durch die Dampfturbine, den Elektromotor und den Verbrennungsmotor zur Bereitstellung mechanischer Energie ersetzt.
Die Sulzer-Dampfmaschine und der Brown-Boveri-Generator im Dauerbetrieb im Electropolis (Mulhouse), dem größten Museum Europas für Elektrizität.
Geschichte
Die Aeolipyle des Heron von Alexandria.
1672 wurde in Peking der allererste Prototyp eines mit Dampf betriebenen Fahrzeugs gebaut, entworfen vom Jesuiten auf Mission Ferdinand Verbiest.
Vorderseite eines Modells im Bois du Cazier.
Rückseite eines Modells im Bois du Cazier.
Dampfmaschine: Die Bewegung der Pleuelstange, die den Fliehkraftregler mit der Dampfansaugklappe verbindet, ist hier in kontinuierlicher Bewegung dargestellt. In Wirklichkeit wird die Verbindung nur dann aktiviert, wenn die Maschine beschleunigt oder langsamer wird.
Die ersten Arbeiten über Wasserdampf und seine Verwendung stammen aus der Antike: Heron von Alexandria entwarf und baute im 1. Jahrhundert seine Aeolipyle, die zwar aufgrund ihrer geringen Leistung und Nützlichkeit als Spielzeug galt, aber dennoch ein Dampfstrahltriebwerk war .
Erst im 17. Jahrhundert tauchte die Idee, die Kraft des Wasserdampfs zu nutzen, wieder auf. Im Jahr 1601 verbesserte Giambattista della Porta die Nutzung der Expansionskraft von Wasserdampf.[Ref. notwendig]
Im Jahr 1606 verwendete Jerónimo de Ayanz y Beaumont in Spanien Dampf, um eine Flüssigkeit (in den Minen angesammeltes Wasser) in einer Düse1 in kontinuierlichen Strömen anzutreiben. Im Jahr 1615 beschrieb der Franzose Salomon de Caus dann eine Pumpe, die das Wasser aus einem Behälter pumpen konnte2 .
Im Jahr 1629 schlug Giovanni Branca die Idee dampfbetriebener Mühlen vor, und im folgenden Jahr erhielt David Ramseye ein Patent für eine Pumpe, die von einem „Feuerwehrauto“ angetrieben wurde.
Im Jahr 1663 verbesserte der Marquess of Worcester Caus‘ Projekt, indem er die Dampfkammer mit einem Kondensator ausstattete; In seiner Vauxhall-Werkstatt ließ er von einem sächsischen Handwerker, Kaspar Kalthof3, ein Kanonenrohr für diesen Zweck anpassen, starb jedoch, bevor er seine Ideen in die Tat umsetzen konnte.
Im Jahr 1668 beschrieb der flämische Jesuit Ferdinand Verbiest in seinem Buch das erste Landfahrzeug, das von einem Dampfstrahl und einem Schaufelrad angetrieben wurde.
Im Jahr 1679 baute der Franzose Denis Papin den ersten Kessel (als Schnellkochtopf verwendet), der durch das erste Ventil verschlossen wurde. Er war sich des Potenzials von Dampf bewusst und schlug die Idee des Kolbens vor, der den Zugang zu bisher ungeahnten Kräften ermöglichen würde. Sein Prototyp aus dem Jahr 1690 bleibt wirkungslos.
Im Jahr 1698 meldete Thomas Savery ein Patent auf eine dampfbetriebene Bergbaupumpe an, die direkt von der Arbeit von Edward Somerset inspiriert war. Anschließend perfektionierte er es in Zusammenarbeit mit Thomas Newcomen, unter anderem dank der Arbeit von Denis Papin. Ein erstes kommerzielles Modell wurde bereits 1712 in den Kohlengruben bei Dudley in Mittelengland eingesetzt. Diese Pumpen erzeugten ein Vakuum in einer geschlossenen Kammer, in der Dampf mithilfe eines Wasserstrahls kondensiert wurde. Die ursprünglich manuell betätigten Einlass- und Auslassventile wurden 1718 von Henry Beighton automatisiert. Diese Pumpen waren in allen Nassbergwerken Europas im Einsatz. Der Einsatz war jedoch sehr teuer, da der Zylinder vor jedem Dampfeinlass aufgeheizt werden musste.
Millot-Dampfmaschine.
James Watts Dampfmaschine
Verwandter Artikel: Watts Maschine.
Der Schotte James Watt (1736-1819) repariert 1763 eine Thomas-Newcomen-Maschine; Anschließend sucht er nach Verbesserungsideen, um die Wirksamkeit zu steigern. Seine Gedanken führten 1765 zur Idee einer durch ein Ventil vom Hauptzylinder getrennten Kondensationskammer für Dampf, eine Idee, die er 1769 zum Patent anmeldete. Anschließend begann er mit der Finanzierung von Matthew Boulton mit der Produktion verbesserter Motoren.
Im Jahr 1765 erfand der Russe Ivan Polzounov in den Silberminen von Barnaul die Idee, zwei Zylinder zu koppeln, um die Kompressions-Expansions-Zyklen auszunutzen, und stattete seinen Motor mit einem Schwimmerregler aus, um den Wasserstand im Kreislauf konstant zu halten4: Es ist der erste Regler von eine Dampfmaschine.
Im Jahr 1770 baute der Franzose Cugnot das erste Landmotorfahrzeug, einen Fardier, der zum Ziehen von Artilleriegeschützen bestimmt war. Dieser Prototyp ohne Nachwelt verwendete einen Motor vom Typ Newcomen. Die Leistung des Fahrzeugs reichte für den betrieblichen Einsatz nicht aus.
Gleichzeitig suchte James Watt weiterhin nach Ideen zur Verbesserung seiner Erfindung und entwickelte 1781 ein mechanisches System, um aus der geradlinigen Bewegung des Kolbens eine Drehbewegung zu erzeugen, die es ihm dann ermöglichte, den Zylinder mit doppelter Wirkung zu konstruieren wo die Kondensation des Dampfes den Kolben beim Heben und Senken antreibt. Die Leistung der Maschine wird erheblich gesteigert.
Außerdem formalisierte er 1784 eine mögliche Verwendung, indem er ein Patent auf eine Dampflokomotive anmeldete, erfand einen Dampfdruckanzeiger im Zylinder und 1788 ein Leistungsventil, für das er dann Boultons Idee aufgriff, einen Fliehkraftregler zur Geschwindigkeitsregelung zu verwenden unabhängig von Schwankungen der Dampfproduktion und des Ausgangsleistungsbedarfs konstant. Außerdem wird eine neue Maßeinheit für die Leistung eingeführt: PS.
Einige werden ihn dafür kritisieren, dass er die Entwicklung von Hochdrucksystemen mit Dampfexpansion verlangsamt hat, woran er nicht glaubt, die aber von anderen Erfindern wie Jonathan Hornblower befürwortet werden und die auf den Ablauf der Patente im Jahr 1800 warten müssen , nach ihrer Erweiterung im Jahr 1782. Letzterer entwickelte 1781 einen doppelten kombinierten Zylinder, bei dem der Dampf zunächst in einen Zylinder gelangt, in dem er den Kolben drückt, bevor er in einen Zylinder gelangt, der nach dem Prinzip der Kondensation arbeitet, was einem doppelt wirkenden System entspricht. Aber seine Erfindung blieb experimentell, ohne mögliche Anwendung aufgrund der Patente von James Watt, und wir mussten auf die Beiträge von Richard Trevithick und Arthur Woolf im Jahr 1803 warten, um sie entstehen zu sehen. In Kombination mit einem von Edmond Cartwright entworfenen neuen Kondensatortyp, der den Zylinder umhüllt, und dem Aussehen von Kesseln, die Dampf unter hohem Druck erzeugen, ermöglicht dies die Herstellung kompakter und leistungsstarker Maschinen, die für den mobilen Einsatz erforderlich sind.
Richard Trevithicks Hochdruckdampfmaschine
Trevithick Locomotive (1804), erste erfolgreiche Dampflokomotive auf der Schiene.
Der Bergbauingenieur Richard Trevithick entwickelte zwischen 1797 und 1799 eine Hochdruckdampfmaschine, indem er den Kondensator entfernte und die Abgase in die Atmosphäre abgab, was die Leistung, aber auch die Explosionsgefahr erhöhte. Diese Maschinen werden immer kompakter und einfacher. Sie sind tragbar und können auf Booten, auf Bauernhöfen zum Dreschen von Weizen, in Mühlen oder kleinen Fabriken installiert werden5. Trevithick richtete seine Straßenmaschinen (Straßenlokomotiven) schnell auf die Schiene aus und berücksichtigte dabei deren Gewicht und den Zustand der Straßen. Er baute 1803 die erste Dampflokomotive auf Schienen und nahm sie 1804 in Betrieb. Es kann „einen mit 10 Tonnen Eisen beladenen Wagenzug und 70 Mann ziehen und dabei in vier Stunden und fünf Minuten 14 km zurücklegen6“. »
Historischer Kontext – Dampfmaschine und industrielle Revolution
Ende des 17. Jahrhunderts begann die Bergbautätigkeit durch Überschwemmungen ernsthaft beeinträchtigt zu werden. Im Anschluss an die wissenschaftlichen Forschungen von Torricelli und Pascal wurden mehrere Versuche unternommen, den atmosphärischen Druck zur Gewinnung von Wasser aus Minen zu nutzen. Die Savery-Engine, die eindeutig von wissenschaftlichen Untersuchungen der damaligen Zeit inspiriert war, kann als erster erfolgreicher Versuch in dieser Richtung angesehen werden. Der Motor wurde im Zeitraum 1695-1702 entwickelt. Zweifellos liegt die historische Bedeutung der Savery-Maschine mehr in der Demonstration des allgemeinen Potenzials der Nutzung der Dampfkraft als in ihren praktischen Anwendungen, auch wenn einige dieser Maschinen noch mehrere Jahre lang effektiv genutzt wurden7.
Dann gelang es der Dampfmaschine, einen zentralen Platz in der Wirtschaftsgeschichte der europäischen industriellen Revolution einzunehmen. Heutzutage ist es allgemein anerkannt, dass traditionelle Darstellungen des Industrialisierungsprozesses wie die von Rostow (1960) und Landes (1969) dazu neigen, die wirtschaftliche Bedeutung der Dampfmaschine mit ihrer frühen Verbreitung zu verwechseln, wenn es um die schnelle und effiziente Verbreitung dieser geht Technologie als Beweis ihrer wirtschaftlichen Bedeutung für Europa. Diese Vision wird heute manchmal kritisiert und als unvollständig angesehen, da sie nur den Einsatz von Dampfmaschinen berücksichtigt, auf Kosten ebenso wichtiger Aspekte wie dem sozialen Kontext der Zeit und der Notwendigkeit, Industrie zu entwickeln und zu finden neue Methoden zur Ertragsverbesserung angesichts der ständig wachsenden Nachfrage8.
Die industrielle Anwendung der Dampfmaschine von James Watt (siehe oben) begann im Jahr 1775, nachdem James Watt sich mit Matthew Boulton zusammengetan hatte. Ihr Marketingansatz besteht darin, einen Vertrag mit einem Kunden abzuschließen, der mit einer alten Maschine ausgestattet ist, und den Ersatz durch eine Watt-Maschine zu finanzieren. Watt patentierte mehrere andere Erfindungen wie die Rotationsmaschine und insbesondere die doppeltwirkende Maschine (1783), bei der der Zylinder abwechselnd von unten und von oben Dampf erhält, sowie einen Kugel- oder Fliehkraftregler (1788), der für eine konstante Geschwindigkeit sorgt Motor8.
Die Dampfmaschine ist somit in der Lage, Hydraulikmotoren zum Antrieb von Industriewerkzeugen zu ersetzen.
Ihr rascher Einsatz ist das Ergebnis einer Mischung mehrerer sozialer und historischer Parameter: Im 17. Jahrhundert wurden wissenschaftliche und physikalische Leistungen und Entdeckungen immer wichtiger und häufiger, was zur raschen Entwicklung mehrerer Technologien führte, die darauf abzielten, den Lebensstil der Bevölkerung zu verbessern ; Ihre Anwendungen in der Industrie zielen darauf ab, die Leistung bei geringeren Kosten zu steigern. In diesen Rahmen reiht sich dann auch die Dampfmaschine ein, die als Spitzentechnologie für die damalige Zeit in der Lage war, die Leistung von Fabriken zu vervielfachen. Auch die Akzeptanz und Akzeptanz der Dampfmaschine durch einen großen Teil der Bevölkerung kann diese schnelle Verbreitung erklären, insbesondere dank der Dampfeisenbahn, deren Nutzerzahl exponentiell zunahm7.
Die Entwicklung dieser Maschinen verlief daher äußerst rasant: Im Jahr 1800 waren in Großbritannien 496 Boulton7- und Watt-Dampfmaschinen im Einsatz. Die Entwicklung der Dampfmaschine ist dann einer der Gründe für die wirtschaftliche Frühreife Großbritanniens. Im Jahr 1830 verfügte das Vereinigte Königreich über 15.000 dieser Maschinen, Frankreich über 3.000 und Preußen über 1.000. Frankreich bleibt in diesem Bereich zurück: Im Jahr 1880 verfügte es nur über 500.000 installierte Pferdestärken, verglichen mit zwei Millionen im Vereinigten Königreich und 1,7 Millionen in Deutschland.
Namen und Klassifizierungen9
Abhängig von den Anwendungen
Schiffsantrieb
Militärische U-Boote
Militärschiffe
Handelstransport
Antrieb rotierender Maschinen
Pumps
Kreiselpumpen
Kompressoren
Kolbenkompressoren
Radialkompressoren
Stromerzeugung im Netz
Turbogeneratorantrieb
Industrieanlagen
Wärmekraftwerke
Solar-/Biomasseanlagen
Kernkraftwerk
Elektrisches Schiffsnetz
Kraft-Wärme-Kopplung
Kombinierte Zyklen
Von der Familie
Gegen Druck
Der aus der Maschine austretende Dampf, der in ein Dampfnetz eingespeist wird, liegt über dem atmosphärischen Druck.
Kondensation
Der aus der Maschine austretende Dampf gelangt in einen Wasser- oder Luftkondensator und der Druck ist niedriger als der Atmosphärendruck.
Mit Variationen nach:
Der Dampf verlässt das System über eine oder mehrere Zwischenstufen (Entnahme, Extraktion oder Probenahme).
Dampf wird in einer Zwischenstufe wieder injiziert (Injektion)
Durch Maschinenkraft
Kleine Maschine, P < 1 MW
Durchschnittliche Maschine, 1 MW < P < 50 MW
Große Maschine, P > 50 MW
Durch Betriebsdruck
Niedriger Druck, < 1 bar
Mitteldruck, 1 bar < Betriebsdruck < 30 bar
Hochdruck, < 30 bar
Durch Dampfexpansionsmodus
Auf diese Weise wird die Energie des Dampfes auf den Baum übertragen.
Aktion mit Einzelrad: Die Expansion findet im festen Teil der Maschine (Düse) statt, der Druck ist auf beiden Seiten der Rotorblätter identisch, was einen Axialschub von Null induziert
Wirkungsweise mit mehrstufigem Laufrad: identisch zur Wirkungsweise mit einem einzelnen Laufrad, jedoch ist bei einem mehrstufigen Rotor der Axialschub gering
Reaktion: Die Rotorblätter haben eine Form, die es ermöglicht, den Druckunterschied zwischen den beiden Seiten zu nutzen, um das Drehmoment des Rotors zu erhöhen
Gründe für die Verwendung
Notwendigkeit einer Geschwindigkeitsvariation
Notwendigkeit eines tödlichen Energieverbrauchs (Überschuss im Vergleich zum Prozessbedarf)
Es muss ein Dampfnetz ohne Erweiterung mit einem Ventil erzeugt werden
Möglichkeit zur kostengünstigen Erzeugung von Hochdruckdampf
Sehr hoher Leistungsbedarf (>400 MW)
Bedarf an nichtelektrischer Energiequelle
Standardisierung des Maschinenparks
Ändern Sie den CO2-Fußabdruck einer Fabrik
Sozioökonomische Auswirkungen der Dampfmaschine
Sozialer Einfluss
Der Einsatz von Dampfmaschinen beschleunigte die Mechanisierung der Landwirtschaft und damit die Landflucht, wodurch wiederum qualifiziertere Arbeitskräfte für den Industriesektor geschaffen wurden.
Anhand der Zahl der im Jahr 1800 installierten Dampfmaschinen als zusammenfassendem Indikator des technologischen Wandels und der Berufsstatistik zur Messung beruflicher Qualifikationen wird ein positiver Zusammenhang zwischen dem Einsatz von Dampfmaschinen und dem Anteil qualifizierter Arbeitskräfte auf Kreisebene festgestellt. Exogene Variationen in kohlenstoffhaltigen Gesteinsschichten (die Kohle für den Antrieb von Motoren enthalten) zeigen, dass der Effekt kausal war10.
Wenn der technologische Wandel die Bildung beruflicher Fähigkeiten stimuliert, hat er insgesamt einen neutralen Effekt auf die Bildung der Grundschulbildung, was sich in den Alphabetisierungs- und Schulbildungsraten widerspiegelt, die in dieser Zeit nicht besonders ansteigen. Die zweideutigen Auswirkungen der industriellen Revolution auf die Bildung von Humankapital stützen das Narrativ, dass die frühe Industrialisierung Englands einen neutralen Effekt auf die Grundschulbildung hatte oder diese sogar beeinträchtigte. Dies führt zu einem Mangel an Bildungsentwicklung in dem Sinne, dass die Gesellschaft ein größeres Interesse an den neuen Möglichkeiten hat, die die Industrie bietet, und die Ausbildung formaler beruflicher Fähigkeiten zu Lasten der traditionellen Bildung geht. Die beobachteten Effekte zeigen aber auch, dass Branchenanfänge die Ausbildung formaler, insbesondere branchenspezifischer beruflicher Kompetenzen stimulieren11.
Wirtschaftliche Auswirkung
Dampfmaschinen ermöglichen eine Vereinfachung von Extraktions- und Herstellungsprozessen.
Ein erstes Beispiel ist der Kohlebergbau. Mit der Einführung von Dampfmaschinen wurde dieser Prozess vereinfacht und seine Effizienz gesteigert, was einen direkten Einfluss auf den Rückgang des Kohlepreises im 17. Jahrhundert hatte7.
Auch die Textilindustrie erlebte Fortschritte durch die Einführung der Dampfmaschine, die den Betrieb neuer Webmaschinen ermöglichte und die Aktivität in der Werkstatt förderte. Dadurch entwickelten sich Fabriken und Fabriken erheblich, was zum Ruin von Handwerkern und Familienbetrieben führte. All diese Fortschritte ermöglichen ein beispielloses Wachstum und eine beispiellose Produktivität der Baumwollindustrie. Gleichzeitig entwickelte sich die Dampfmaschine in der Industrie immer weiter und ersetzte nach und nach die hydraulische Energie.
Auch in der Metallurgie gibt es erhebliche Fortschritte, etwa beim Ersatz von Holz durch Kohle beim Koksgießen oder allgemeiner als Brennstoff11.
Startsystem
Eine Dampfschublade.
Durch ein Ventilschiebersystem, das Öffnungen öffnet und schließt, wird unter Druck stehender Wasserdampf an ein Ende eines Zylinders geleitet, wo er einen Kolben drückt. Letzterer treibt die Pleuelstange an, die oben angelenkt und an einem exzentrischen Punkt zur Drehachse des Schwungrads befestigt ist. Seine Bewegung bewirkt daher eine Drehung des Lenkrads.
Vom Lenkrad kommt eine Verbindung, die den Einlass- und Auslasskasten steuert. Wenn der Kolben das Ende des Zylinders erreicht, drückt die Kulisse den Schieber zurück:
Beim einfachwirkenden Zylinder verschließt die Schublade die Dampfeinlassöffnung und öffnet auf der gleichen Seite eine weitere Öffnung, um den Dampf entweichen zu lassen.
Als erste vom Menschen kontrollierte mechanische Energiequelle (im Gegensatz zu Wasser-, Gezeiten- oder Windenergie, die spezielle Standorte erfordern und nicht einfach bei Bedarf aktiviert werden können) hat sie während der industriellen Revolution eine große Bedeutung. Im 20. Jahrhundert wurde sie durch die Dampfturbine, den Elektromotor und den Verbrennungsmotor zur Bereitstellung mechanischer Energie ersetzt.
Die Sulzer-Dampfmaschine und der Brown-Boveri-Generator im Dauerbetrieb im Electropolis (Mulhouse), dem größten Museum Europas für Elektrizität.
Geschichte
Die Aeolipyle des Heron von Alexandria.
1672 wurde in Peking der allererste Prototyp eines mit Dampf betriebenen Fahrzeugs gebaut, entworfen vom Jesuiten auf Mission Ferdinand Verbiest.
Vorderseite eines Modells im Bois du Cazier.
Rückseite eines Modells im Bois du Cazier.
Dampfmaschine: Die Bewegung der Pleuelstange, die den Fliehkraftregler mit der Dampfansaugklappe verbindet, ist hier in kontinuierlicher Bewegung dargestellt. In Wirklichkeit wird die Verbindung nur dann aktiviert, wenn die Maschine beschleunigt oder langsamer wird.
Die ersten Arbeiten über Wasserdampf und seine Verwendung stammen aus der Antike: Heron von Alexandria entwarf und baute im 1. Jahrhundert seine Aeolipyle, die zwar aufgrund ihrer geringen Leistung und Nützlichkeit als Spielzeug galt, aber dennoch ein Dampfstrahltriebwerk war .
Erst im 17. Jahrhundert tauchte die Idee, die Kraft des Wasserdampfs zu nutzen, wieder auf. Im Jahr 1601 verbesserte Giambattista della Porta die Nutzung der Expansionskraft von Wasserdampf.[Ref. notwendig]
Im Jahr 1606 verwendete Jerónimo de Ayanz y Beaumont in Spanien Dampf, um eine Flüssigkeit (in den Minen angesammeltes Wasser) in einer Düse1 in kontinuierlichen Strömen anzutreiben. Im Jahr 1615 beschrieb der Franzose Salomon de Caus dann eine Pumpe, die das Wasser aus einem Behälter pumpen konnte2 .
Im Jahr 1629 schlug Giovanni Branca die Idee dampfbetriebener Mühlen vor, und im folgenden Jahr erhielt David Ramseye ein Patent für eine Pumpe, die von einem „Feuerwehrauto“ angetrieben wurde.
Im Jahr 1663 verbesserte der Marquess of Worcester Caus‘ Projekt, indem er die Dampfkammer mit einem Kondensator ausstattete; In seiner Vauxhall-Werkstatt ließ er von einem sächsischen Handwerker, Kaspar Kalthof3, ein Kanonenrohr für diesen Zweck anpassen, starb jedoch, bevor er seine Ideen in die Tat umsetzen konnte.
Im Jahr 1668 beschrieb der flämische Jesuit Ferdinand Verbiest in seinem Buch das erste Landfahrzeug, das von einem Dampfstrahl und einem Schaufelrad angetrieben wurde.
Im Jahr 1679 baute der Franzose Denis Papin den ersten Kessel (als Schnellkochtopf verwendet), der durch das erste Ventil verschlossen wurde. Er war sich des Potenzials von Dampf bewusst und schlug die Idee des Kolbens vor, der den Zugang zu bisher ungeahnten Kräften ermöglichen würde. Sein Prototyp aus dem Jahr 1690 bleibt wirkungslos.
Im Jahr 1698 meldete Thomas Savery ein Patent auf eine dampfbetriebene Bergbaupumpe an, die direkt von der Arbeit von Edward Somerset inspiriert war. Anschließend perfektionierte er es in Zusammenarbeit mit Thomas Newcomen, unter anderem dank der Arbeit von Denis Papin. Ein erstes kommerzielles Modell wurde bereits 1712 in den Kohlengruben bei Dudley in Mittelengland eingesetzt. Diese Pumpen erzeugten ein Vakuum in einer geschlossenen Kammer, in der Dampf mithilfe eines Wasserstrahls kondensiert wurde. Die ursprünglich manuell betätigten Einlass- und Auslassventile wurden 1718 von Henry Beighton automatisiert. Diese Pumpen waren in allen Nassbergwerken Europas im Einsatz. Der Einsatz war jedoch sehr teuer, da der Zylinder vor jedem Dampfeinlass aufgeheizt werden musste.
Millot-Dampfmaschine.
James Watts Dampfmaschine
Verwandter Artikel: Watts Maschine.
Der Schotte James Watt (1736-1819) repariert 1763 eine Thomas-Newcomen-Maschine; Anschließend sucht er nach Verbesserungsideen, um die Wirksamkeit zu steigern. Seine Gedanken führten 1765 zur Idee einer durch ein Ventil vom Hauptzylinder getrennten Kondensationskammer für Dampf, eine Idee, die er 1769 zum Patent anmeldete. Anschließend begann er mit der Finanzierung von Matthew Boulton mit der Produktion verbesserter Motoren.
Im Jahr 1765 erfand der Russe Ivan Polzounov in den Silberminen von Barnaul die Idee, zwei Zylinder zu koppeln, um die Kompressions-Expansions-Zyklen auszunutzen, und stattete seinen Motor mit einem Schwimmerregler aus, um den Wasserstand im Kreislauf konstant zu halten4: Es ist der erste Regler von eine Dampfmaschine.
Im Jahr 1770 baute der Franzose Cugnot das erste Landmotorfahrzeug, einen Fardier, der zum Ziehen von Artilleriegeschützen bestimmt war. Dieser Prototyp ohne Nachwelt verwendete einen Motor vom Typ Newcomen. Die Leistung des Fahrzeugs reichte für den betrieblichen Einsatz nicht aus.
Gleichzeitig suchte James Watt weiterhin nach Ideen zur Verbesserung seiner Erfindung und entwickelte 1781 ein mechanisches System, um aus der geradlinigen Bewegung des Kolbens eine Drehbewegung zu erzeugen, die es ihm dann ermöglichte, den Zylinder mit doppelter Wirkung zu konstruieren wo die Kondensation des Dampfes den Kolben beim Heben und Senken antreibt. Die Leistung der Maschine wird erheblich gesteigert.
Außerdem formalisierte er 1784 eine mögliche Verwendung, indem er ein Patent auf eine Dampflokomotive anmeldete, erfand einen Dampfdruckanzeiger im Zylinder und 1788 ein Leistungsventil, für das er dann Boultons Idee aufgriff, einen Fliehkraftregler zur Geschwindigkeitsregelung zu verwenden unabhängig von Schwankungen der Dampfproduktion und des Ausgangsleistungsbedarfs konstant. Außerdem wird eine neue Maßeinheit für die Leistung eingeführt: PS.
Einige werden ihn dafür kritisieren, dass er die Entwicklung von Hochdrucksystemen mit Dampfexpansion verlangsamt hat, woran er nicht glaubt, die aber von anderen Erfindern wie Jonathan Hornblower befürwortet werden und die auf den Ablauf der Patente im Jahr 1800 warten müssen , nach ihrer Erweiterung im Jahr 1782. Letzterer entwickelte 1781 einen doppelten kombinierten Zylinder, bei dem der Dampf zunächst in einen Zylinder gelangt, in dem er den Kolben drückt, bevor er in einen Zylinder gelangt, der nach dem Prinzip der Kondensation arbeitet, was einem doppelt wirkenden System entspricht. Aber seine Erfindung blieb experimentell, ohne mögliche Anwendung aufgrund der Patente von James Watt, und wir mussten auf die Beiträge von Richard Trevithick und Arthur Woolf im Jahr 1803 warten, um sie entstehen zu sehen. In Kombination mit einem von Edmond Cartwright entworfenen neuen Kondensatortyp, der den Zylinder umhüllt, und dem Aussehen von Kesseln, die Dampf unter hohem Druck erzeugen, ermöglicht dies die Herstellung kompakter und leistungsstarker Maschinen, die für den mobilen Einsatz erforderlich sind.
Richard Trevithicks Hochdruckdampfmaschine
Trevithick Locomotive (1804), erste erfolgreiche Dampflokomotive auf der Schiene.
Der Bergbauingenieur Richard Trevithick entwickelte zwischen 1797 und 1799 eine Hochdruckdampfmaschine, indem er den Kondensator entfernte und die Abgase in die Atmosphäre abgab, was die Leistung, aber auch die Explosionsgefahr erhöhte. Diese Maschinen werden immer kompakter und einfacher. Sie sind tragbar und können auf Booten, auf Bauernhöfen zum Dreschen von Weizen, in Mühlen oder kleinen Fabriken installiert werden5. Trevithick richtete seine Straßenmaschinen (Straßenlokomotiven) schnell auf die Schiene aus und berücksichtigte dabei deren Gewicht und den Zustand der Straßen. Er baute 1803 die erste Dampflokomotive auf Schienen und nahm sie 1804 in Betrieb. Es kann „einen mit 10 Tonnen Eisen beladenen Wagenzug und 70 Mann ziehen und dabei in vier Stunden und fünf Minuten 14 km zurücklegen6“. »
Historischer Kontext – Dampfmaschine und industrielle Revolution
Ende des 17. Jahrhunderts begann die Bergbautätigkeit durch Überschwemmungen ernsthaft beeinträchtigt zu werden. Im Anschluss an die wissenschaftlichen Forschungen von Torricelli und Pascal wurden mehrere Versuche unternommen, den atmosphärischen Druck zur Gewinnung von Wasser aus Minen zu nutzen. Die Savery-Engine, die eindeutig von wissenschaftlichen Untersuchungen der damaligen Zeit inspiriert war, kann als erster erfolgreicher Versuch in dieser Richtung angesehen werden. Der Motor wurde im Zeitraum 1695-1702 entwickelt. Zweifellos liegt die historische Bedeutung der Savery-Maschine mehr in der Demonstration des allgemeinen Potenzials der Nutzung der Dampfkraft als in ihren praktischen Anwendungen, auch wenn einige dieser Maschinen noch mehrere Jahre lang effektiv genutzt wurden7.
Dann gelang es der Dampfmaschine, einen zentralen Platz in der Wirtschaftsgeschichte der europäischen industriellen Revolution einzunehmen. Heutzutage ist es allgemein anerkannt, dass traditionelle Darstellungen des Industrialisierungsprozesses wie die von Rostow (1960) und Landes (1969) dazu neigen, die wirtschaftliche Bedeutung der Dampfmaschine mit ihrer frühen Verbreitung zu verwechseln, wenn es um die schnelle und effiziente Verbreitung dieser geht Technologie als Beweis ihrer wirtschaftlichen Bedeutung für Europa. Diese Vision wird heute manchmal kritisiert und als unvollständig angesehen, da sie nur den Einsatz von Dampfmaschinen berücksichtigt, auf Kosten ebenso wichtiger Aspekte wie dem sozialen Kontext der Zeit und der Notwendigkeit, Industrie zu entwickeln und zu finden neue Methoden zur Ertragsverbesserung angesichts der ständig wachsenden Nachfrage8.
Die industrielle Anwendung der Dampfmaschine von James Watt (siehe oben) begann im Jahr 1775, nachdem James Watt sich mit Matthew Boulton zusammengetan hatte. Ihr Marketingansatz besteht darin, einen Vertrag mit einem Kunden abzuschließen, der mit einer alten Maschine ausgestattet ist, und den Ersatz durch eine Watt-Maschine zu finanzieren. Watt patentierte mehrere andere Erfindungen wie die Rotationsmaschine und insbesondere die doppeltwirkende Maschine (1783), bei der der Zylinder abwechselnd von unten und von oben Dampf erhält, sowie einen Kugel- oder Fliehkraftregler (1788), der für eine konstante Geschwindigkeit sorgt Motor8.
Die Dampfmaschine ist somit in der Lage, Hydraulikmotoren zum Antrieb von Industriewerkzeugen zu ersetzen.
Ihr rascher Einsatz ist das Ergebnis einer Mischung mehrerer sozialer und historischer Parameter: Im 17. Jahrhundert wurden wissenschaftliche und physikalische Leistungen und Entdeckungen immer wichtiger und häufiger, was zur raschen Entwicklung mehrerer Technologien führte, die darauf abzielten, den Lebensstil der Bevölkerung zu verbessern ; Ihre Anwendungen in der Industrie zielen darauf ab, die Leistung bei geringeren Kosten zu steigern. In diesen Rahmen reiht sich dann auch die Dampfmaschine ein, die als Spitzentechnologie für die damalige Zeit in der Lage war, die Leistung von Fabriken zu vervielfachen. Auch die Akzeptanz und Akzeptanz der Dampfmaschine durch einen großen Teil der Bevölkerung kann diese schnelle Verbreitung erklären, insbesondere dank der Dampfeisenbahn, deren Nutzerzahl exponentiell zunahm7.
Die Entwicklung dieser Maschinen verlief daher äußerst rasant: Im Jahr 1800 waren in Großbritannien 496 Boulton7- und Watt-Dampfmaschinen im Einsatz. Die Entwicklung der Dampfmaschine ist dann einer der Gründe für die wirtschaftliche Frühreife Großbritanniens. Im Jahr 1830 verfügte das Vereinigte Königreich über 15.000 dieser Maschinen, Frankreich über 3.000 und Preußen über 1.000. Frankreich bleibt in diesem Bereich zurück: Im Jahr 1880 verfügte es nur über 500.000 installierte Pferdestärken, verglichen mit zwei Millionen im Vereinigten Königreich und 1,7 Millionen in Deutschland.
Namen und Klassifizierungen9
Abhängig von den Anwendungen
Schiffsantrieb
Militärische U-Boote
Militärschiffe
Handelstransport
Antrieb rotierender Maschinen
Pumps
Kreiselpumpen
Kompressoren
Kolbenkompressoren
Radialkompressoren
Stromerzeugung im Netz
Turbogeneratorantrieb
Industrieanlagen
Wärmekraftwerke
Solar-/Biomasseanlagen
Kernkraftwerk
Elektrisches Schiffsnetz
Kraft-Wärme-Kopplung
Kombinierte Zyklen
Von der Familie
Gegen Druck
Der aus der Maschine austretende Dampf, der in ein Dampfnetz eingespeist wird, liegt über dem atmosphärischen Druck.
Kondensation
Der aus der Maschine austretende Dampf gelangt in einen Wasser- oder Luftkondensator und der Druck ist niedriger als der Atmosphärendruck.
Mit Variationen nach:
Der Dampf verlässt das System über eine oder mehrere Zwischenstufen (Entnahme, Extraktion oder Probenahme).
Dampf wird in einer Zwischenstufe wieder injiziert (Injektion)
Durch Maschinenkraft
Kleine Maschine, P < 1 MW
Durchschnittliche Maschine, 1 MW < P < 50 MW
Große Maschine, P > 50 MW
Durch Betriebsdruck
Niedriger Druck, < 1 bar
Mitteldruck, 1 bar < Betriebsdruck < 30 bar
Hochdruck, < 30 bar
Durch Dampfexpansionsmodus
Auf diese Weise wird die Energie des Dampfes auf den Baum übertragen.
Aktion mit Einzelrad: Die Expansion findet im festen Teil der Maschine (Düse) statt, der Druck ist auf beiden Seiten der Rotorblätter identisch, was einen Axialschub von Null induziert
Wirkungsweise mit mehrstufigem Laufrad: identisch zur Wirkungsweise mit einem einzelnen Laufrad, jedoch ist bei einem mehrstufigen Rotor der Axialschub gering
Reaktion: Die Rotorblätter haben eine Form, die es ermöglicht, den Druckunterschied zwischen den beiden Seiten zu nutzen, um das Drehmoment des Rotors zu erhöhen
Gründe für die Verwendung
Notwendigkeit einer Geschwindigkeitsvariation
Notwendigkeit eines tödlichen Energieverbrauchs (Überschuss im Vergleich zum Prozessbedarf)
Es muss ein Dampfnetz ohne Erweiterung mit einem Ventil erzeugt werden
Möglichkeit zur kostengünstigen Erzeugung von Hochdruckdampf
Sehr hoher Leistungsbedarf (>400 MW)
Bedarf an nichtelektrischer Energiequelle
Standardisierung des Maschinenparks
Ändern Sie den CO2-Fußabdruck einer Fabrik
Sozioökonomische Auswirkungen der Dampfmaschine
Sozialer Einfluss
Der Einsatz von Dampfmaschinen beschleunigte die Mechanisierung der Landwirtschaft und damit die Landflucht, wodurch wiederum qualifiziertere Arbeitskräfte für den Industriesektor geschaffen wurden.
Anhand der Zahl der im Jahr 1800 installierten Dampfmaschinen als zusammenfassendem Indikator des technologischen Wandels und der Berufsstatistik zur Messung beruflicher Qualifikationen wird ein positiver Zusammenhang zwischen dem Einsatz von Dampfmaschinen und dem Anteil qualifizierter Arbeitskräfte auf Kreisebene festgestellt. Exogene Variationen in kohlenstoffhaltigen Gesteinsschichten (die Kohle für den Antrieb von Motoren enthalten) zeigen, dass der Effekt kausal war10.
Wenn der technologische Wandel die Bildung beruflicher Fähigkeiten stimuliert, hat er insgesamt einen neutralen Effekt auf die Bildung der Grundschulbildung, was sich in den Alphabetisierungs- und Schulbildungsraten widerspiegelt, die in dieser Zeit nicht besonders ansteigen. Die zweideutigen Auswirkungen der industriellen Revolution auf die Bildung von Humankapital stützen das Narrativ, dass die frühe Industrialisierung Englands einen neutralen Effekt auf die Grundschulbildung hatte oder diese sogar beeinträchtigte. Dies führt zu einem Mangel an Bildungsentwicklung in dem Sinne, dass die Gesellschaft ein größeres Interesse an den neuen Möglichkeiten hat, die die Industrie bietet, und die Ausbildung formaler beruflicher Fähigkeiten zu Lasten der traditionellen Bildung geht. Die beobachteten Effekte zeigen aber auch, dass Branchenanfänge die Ausbildung formaler, insbesondere branchenspezifischer beruflicher Kompetenzen stimulieren11.
Wirtschaftliche Auswirkung
Dampfmaschinen ermöglichen eine Vereinfachung von Extraktions- und Herstellungsprozessen.
Ein erstes Beispiel ist der Kohlebergbau. Mit der Einführung von Dampfmaschinen wurde dieser Prozess vereinfacht und seine Effizienz gesteigert, was einen direkten Einfluss auf den Rückgang des Kohlepreises im 17. Jahrhundert hatte7.
Auch die Textilindustrie erlebte Fortschritte durch die Einführung der Dampfmaschine, die den Betrieb neuer Webmaschinen ermöglichte und die Aktivität in der Werkstatt förderte. Dadurch entwickelten sich Fabriken und Fabriken erheblich, was zum Ruin von Handwerkern und Familienbetrieben führte. All diese Fortschritte ermöglichen ein beispielloses Wachstum und eine beispiellose Produktivität der Baumwollindustrie. Gleichzeitig entwickelte sich die Dampfmaschine in der Industrie immer weiter und ersetzte nach und nach die hydraulische Energie.
Auch in der Metallurgie gibt es erhebliche Fortschritte, etwa beim Ersatz von Holz durch Kohle beim Koksgießen oder allgemeiner als Brennstoff11.
Startsystem
Eine Dampfschublade.
Durch ein Ventilschiebersystem, das Öffnungen öffnet und schließt, wird unter Druck stehender Wasserdampf an ein Ende eines Zylinders geleitet, wo er einen Kolben drückt. Letzterer treibt die Pleuelstange an, die oben angelenkt und an einem exzentrischen Punkt zur Drehachse des Schwungrads befestigt ist. Seine Bewegung bewirkt daher eine Drehung des Lenkrads.
Vom Lenkrad kommt eine Verbindung, die den Einlass- und Auslasskasten steuert. Wenn der Kolben das Ende des Zylinders erreicht, drückt die Kulisse den Schieber zurück:
Beim einfachwirkenden Zylinder verschließt die Schublade die Dampfeinlassöffnung und öffnet auf der gleichen Seite eine weitere Öffnung, um den Dampf entweichen zu lassen.