หลักการทำงานของบีมเอนจิน

 (glinscott.github.io)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2 시간 전 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • บีมเอนจินยุคแรกใช้การขยายตัว·การควบแน่นของไอน้ำและความดันบรรยากาศ เพื่อผลิตกำลังได้ต่อเนื่องราว 15 แรงม้า และเปลี่ยนการเคลื่อนที่ไป-กลับให้เป็นการหมุนเพื่อขับเครื่องจักรในเหมืองและโรงงานยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม
  • เครื่องจักรของ Newcomen ควบแน่นไอน้ำเพื่อสร้างสุญญากาศ แล้วใช้ความดันบรรยากาศขยับลูกสูบ แต่เพราะต้องทำให้กระบอกสูบเย็นลงและอุ่นขึ้นใหม่ในทุกช่วงชัก จึงสิ้นเปลืองไอน้ำไปราว สามในสี่
  • คอนเดนเซอร์แยกของ James Watt ทำให้กระบอกสูบร้อนอยู่เสมอและคอนเดนเซอร์เย็นอยู่เสมอ ลดการใช้ถ่านหินได้ราวสองในสาม และด้วยกระบอกสูบแบบทำงานสองด้าน·การตัดไอน้ำ·การกลึงที่แม่นยำ ทำให้ผลิตกำลังได้อย่างมีประสิทธิภาพจากทั้งสองทิศทาง
  • วาล์วสไลด์และล้อเยื้องศูนย์ บีมและกลไกการเคลื่อนที่ขนาน ข้อเหวี่ยงและฟลายวีล ปั๊มน้ำป้อน และโกเวอร์เนอร์ เชื่อมการไหลของไอน้ำ·การเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง·การหมุน·การป้อนน้ำเข้าหม้อไอน้ำ·การควบคุมความเร็วเข้าเป็นระบบเดินเครื่องอัตโนมัติหนึ่งเดียว
  • ประสิทธิภาพเชิงความร้อนเพิ่มขึ้นจากราว 0.5% ของ Newcomen เป็นราว 3% ของ Watt, มากกว่า 10% ในเครื่องจักรเรือขนาดใหญ่ช่วงทศวรรษ 1890 และมากกว่า 40% ในโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำสมัยใหม่ ขณะที่การแพร่หลายของมอเตอร์ไฟฟ้าค่อยๆ เข้ามาแทนที่บีมเอนจินกลางและระบบเพลา·สายพาน

การขยายตัวและความดันของไอน้ำ

  • เมื่อน้ำเดือดกลายเป็นไอน้ำ จะขยายตัวเป็นประมาณ 1,700 เท่าของปริมาตรเดิม
    • น้ำหนึ่งถ้วยจะกลายเป็นไอน้ำประมาณ 400 ลิตร มากพอจะเติมอ่างอาบน้ำได้สองใบ
    • หากมีพื้นที่ให้ขยายตัวไม่พอ ไอน้ำจะดันผนังภาชนะทั้งหมด และค่าของแรงนี้หารด้วยพื้นที่คือความดัน
  • ความดันไอน้ำที่กระทำต่อผิวน้ำจะถูกส่งผ่านอย่างสม่ำเสมอไปยังทุกจุดที่น้ำสัมผัส
  • เมื่อความต่างความดันเท่ากับ 1 บรรยากาศ จะได้แรงประมาณ 1kg ต่อพื้นที่ลูกสูบ 1cm²
    • หากเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางลูกสูบเป็นสองเท่า พื้นที่และแรงจะเพิ่มเป็นสี่เท่า
    • ผู้สร้างยุคแรกไม่สามารถจัดการไอน้ำความดันสูงได้อย่างปลอดภัย จึงใช้กระบอกสูบความดันต่ำที่ใหญ่พอให้คนเข้าไปได้

ความดันบรรยากาศและสุญญากาศจากไอน้ำ

  • บนพื้นโลก คอลัมน์อากาศที่มีพื้นที่หน้าตัด 1cm² และยาวไปจนสุดชั้นบรรยากาศมีมวลประมาณ 1kg และบรรยากาศออกแรงประมาณ 1kg ต่อทุก 1cm²
  • อากาศและของเหลวในร่างกายก็ดันออกด้วยความดันเท่ากัน จึงปกติเราไม่รู้สึกถึงความดันบรรยากาศ
    • เวลาดื่มด้วยหลอด ความดันภายในหลอดจะลดลง และความดันบรรยากาศบนผิวของเหลวในแก้วจะดันของเหลวให้สูงขึ้น
  • Otto von Guericke ดูดอากาศออกจากด้านในของครึ่งทรงกลมทองแดงสองชิ้นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 0.5m ในปี 1654
    • ความดันบรรยากาศยึดครึ่งทรงกลมไว้ด้วยแรงประมาณ 2 ตัน จนแม้ม้าหลายตัวก็แยกออกไม่ได้
    • เมื่อเปิดวาล์วให้อากาศเข้า ก็สามารถแยกออกได้ด้วยมือ
  • หากเติมไอน้ำในภาชนะแล้วพ่นน้ำให้เย็น ไอน้ำจะควบแน่นเป็นน้ำที่มีปริมาตรราว 1/1,700 ทำให้สร้างสุญญากาศได้อย่างรวดเร็ว
    • เมื่อควบแน่นไอน้ำใต้ลูกสูบ ความดันบรรยากาศด้านบนจะกดลูกสูบลงไปทางสุญญากาศ
    • ลูกสูบเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5m สามารถรวมแรงได้ประมาณ 2 ตันในสุญญากาศสมบูรณ์

เครื่องสูบน้ำเหมืองของ Newcomen

  • ต้นทศวรรษ 1700 เมื่อเหมืองลึกลงไปต่ำกว่าระดับน้ำใต้ดิน น้ำก็ซึมเข้ามาอย่างต่อเนื่อง และแม้ใช้ม้าผลัดเวรหมุนปั๊มทั้งกลางวันกลางคืน ฤดูฝนก็ยังต้องทิ้งเหมืองถ่านหิน
  • Thomas Newcomen เชื่อมลูกสูบสุญญากาศเข้ากับบีมแกว่งขนาดยักษ์ สร้างเครื่องจักรที่ทำงานได้ตลอดทั้งวัน
    • เมื่อความดันบรรยากาศกดลูกสูบลง ก้านปั๊มหนักอีกด้านจะยกขึ้น
    • ระหว่างที่น้ำหนักของก้านปั๊มดึงลูกสูบกลับขึ้น กระบอกสูบจะถูกเติมด้วยไอน้ำ
  • เครื่องจักรที่ประสบความสำเร็จเครื่องแรกติดตั้งที่เหมืองถ่านหินใกล้ Dudley ในปี 1712
    • ทำงานประมาณ 12 ช่วงชักต่อนาที
    • ในแต่ละช่วงชักยกน้ำประมาณ 45 ลิตรขึ้นสูง 50m
    • เดินเครื่องได้ 24 ชั่วโมงโดยไม่ต้องกินอาหารหรือพัก จึงแพร่จาก Cornwall ไปถึง Newcastle
  • ลูกสูบเส้นผ่านศูนย์กลาง 50cm ได้แรงประมาณ 2 ตันในสุญญากาศสมบูรณ์ และเมื่อคำนึงถึงการรั่วกับน้ำหนักก้านปั๊ม ก็สามารถทำงานที่เป็นประโยชน์ได้ราว 4kW
    • หากต้องทำงานแทนเช่นนี้ตลอดวัน ต้องใช้ม้าประมาณ 15~20 ตัวผลัดเวรกัน
    • ภายหลัง Watt ขายเครื่องจักรโดยอิงจำนวนม้าที่เครื่องเข้ามาแทน และกำหนด 1 แรงม้าเป็น 33,000 foot-pound ต่อนาที

  • ข้อจำกัดของการกลึงกระบอกสูบยุคแรก

    • การทำให้ด้านในตรงและกลมยากกว่าการหล่อกระบอกสูบเหล็กขนาดใหญ่
    • กระบอกสูบของ Newcomen ขัดด้วยมือ และใช้แผ่นหนังปิดทับด้วยน้ำเพื่อซีลผนังด้านในที่ไม่สม่ำเสมอ
    • Denis Papin สาธิตหลักการในปี 1690 โดยต้มน้ำใต้ลูกสูบให้ดันขึ้นแล้วควบแน่นเพื่อให้ความดันบรรยากาศกดลง แต่ไม่ได้พัฒนาเป็นเครื่องจักรที่เดินเครื่องต่อเนื่อง

การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงของเครื่องจักร Newcomen

  • การฉีดน้ำเย็นเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรงทำให้ไม่เพียงไอน้ำ แต่กระบอกสูบเหล็กขนาดมหึมาก็เย็นลงด้วย
  • ในช่วงชักถัดไป ไอน้ำประมาณ สามในสี่ ถูกสิ้นเปลืองไปกับการอุ่นกระบอกสูบขึ้นใหม่
  • เหมืองถ่านหินสามารถใช้เศษถ่านหินชิ้นเล็กที่ไม่มีมูลค่าทางการค้าอย่าง slack เป็นเชื้อเพลิงได้ จึงยอมรับความไม่มีประสิทธิภาพนี้ได้ แต่ในพื้นที่อื่นต้นทุนเชื้อเพลิงสูงเกินไป
  • เนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงสูง เครื่องจักรไอน้ำจึงถูกจำกัดอยู่โดยมีศูนย์กลางที่เหมืองถ่านหินต่อมาอีกประมาณ 50 ปี

ข้อดีของหม้อไอน้ำความดันต่ำและความดันบรรยากาศ

  • haystack boiler ของ Newcomen ผลิตไอน้ำที่สูงกว่าความดันบรรยากาศเพียงประมาณ 1/20 บรรยากาศ
    • ทำจากแผ่นทองแดง·เหล็กบางและหมุดย้ำ ผนังกว้างและรอยต่อที่อ่อนแอทนความดันสูงไม่ได้
    • หากให้ไอน้ำดันโดยตรงจะมีแรงประมาณ 50g ต่อ 1cm² แต่ถ้าควบแน่นเพื่อใช้ความดันบรรยากาศ จะได้แรงประมาณ 1kg หรือราว 20 เท่า
  • Thomas Savery พยายามใช้ไอน้ำความดันสูงกับหม้อไอน้ำทองแดงบัดกรีในทศวรรษ 1690
    • ไฟทำให้ตะกั่วบัดกรีอ่อนตัว และรอยต่อรั่วจนต้องซ่อมบ่อย
    • Newcomen ใช้ไอน้ำใกล้ความดันบรรยากาศ จึงเลือกโครงสร้างแผ่นตะกั่ว·เหล็กดัดบางและหมุดย้ำ
  • waggon boiler ของ Watt ส่งก๊าซร้อนผ่านใต้ห้องน้ำกว้าง และรวบรวมไอน้ำใต้หลังคาโค้งมน
    • พื้นกว้างรับความร้อนได้ดี แต่ด้านข้างแบนและพื้นล่างที่โค้งเข้าในเปราะบางต่อความดัน
  • ต่อมาผู้ผลิตทำเป็นทรงกระบอกยาวที่โค้งออกด้านนอกทั้งชิ้น เพื่อตัดพื้นผิวแบนและผิวโค้งเข้าด้านในออกไป
    • ยิ่งรัศมีทรงกระบอกใหญ่ แรงที่พยายามแยกออกภายใต้ความดันเดียวกันก็ยิ่งมาก จึงทำหม้อไอน้ำให้แคบ
    • ทรงกระบอกรัศมี 0.5m ที่ 2 บรรยากาศ จะมีแรงกระทำตามแนวเส้นรอบวงประมาณ 10 ตันต่อแผ่นวัสดุ 1m และความเค้นตามแนวยาวจะเป็นครึ่งหนึ่งของค่านั้น
    • ทรงกลมกระจายน้ำหนักได้สม่ำเสมอกว่า แต่ทำจากแผ่นรีด·หมุดย้ำได้ยาก
  • เมื่อเทคโนโลยีเหล็กและหมุดย้ำพัฒนาขึ้น ความดันที่สูงขึ้นก็เป็นไปได้ และ Richard Trevithick เดินเครื่องจักรระดับหลายบรรยากาศราวปี 1800

คอนเดนเซอร์แยกของ Watt

  • James Watt วิเคราะห์การใช้ไอน้ำมากเกินไป ขณะซ่อมเครื่องจักรจำลองของ Newcomen ที่ University of Glasgow ในปี 1765
  • ตามความร้อนแฝง(latent heat) ที่ Joseph Black ศึกษาไว้ การต้มน้ำ 1kg ให้กลายเป็นไอน้ำต้องใช้พลังงานมากกว่าการทำให้น้ำร้อนจากจุดเยือกแข็งถึงจุดเดือดกว่า 5 เท่า
  • หากใส่น้ำแค่ปริมาณที่ทางทฤษฎีจำเป็นสำหรับควบแน่นไอน้ำในกระบอกสูบ ความร้อนแฝงจะทำให้น้ำอุ่นขึ้นและการควบแน่นหยุดลง จึงไม่เกิดสุญญากาศเพียงพอ
    • หากใส่น้ำเย็นเพิ่ม สุญญากาศจะเกิดขึ้น แต่กระบอกสูบก็เย็นลงด้วยและต้องอุ่นใหม่ในช่วงชักถัดไป
  • Watt นำโครงสร้างที่ทำให้กระบอกสูบร้อนอยู่เสมอ และทำให้คอนเดนเซอร์แยกต่างหากเย็นอยู่เสมอมาใช้
    • เมื่อวาล์วเปิดที่ปลายช่วงชัก ไอน้ำจะเคลื่อนไปยังคอนเดนเซอร์เย็น
    • เมื่อไอน้ำเปลี่ยนเป็นน้ำ ความดันของกระบอกสูบที่เชื่อมกับคอนเดนเซอร์ก็ลดลงไปด้วย
    • ปั๊มอากาศขนาดเล็กที่เครื่องจักรขับเคลื่อนจะกำจัดน้ำควบแน่นและอากาศที่ไหลเข้ามาในทุกช่วงชัก
  • คอนเดนเซอร์แยกลดการใช้ถ่านหินได้ประมาณ สองในสาม
    • Watt และ Matthew Boulton เรียกเก็บค่าบริการเป็นหนึ่งในสามของค่าใช้จ่ายถ่านหินที่ลูกค้าประหยัดได้

  • การผลิตกระบอกสูบความแม่นยำสูง

    • เครื่องจักรของ Watt ต้องการกระบอกสูบที่แม่นยำกว่าลูกสูบแบบซีลด้วยน้ำหลวมๆ ของ Newcomen มาก
    • John Wilkinson) ประยุกต์เทคโนโลยีการเจาะรูกระบอกปืนใหญ่ราวปี 1775 สร้างเครื่องคว้านที่ใช้แท่งตัดแข็งแรงซึ่งรองรับทั้งสองด้าน
    • กระบอกสูบ 50 นิ้วที่ติดตั้งใน Tipton ในปี 1776 มีความคลาดเคลื่อนของขนาดน้อยกว่าความหนาของเหรียญ 1 ชิลลิงเก่า และป้องกันการรั่วของไอน้ำ ทำให้เครื่องจักรของ Watt ใช้งานได้จริง

เครื่องจักรแบบทำงานสองทางและการประหยัดไอน้ำ

  • จากกระบอกสูบที่แม่นยำ Watt ได้สร้าง เครื่องจักรแบบทำงานสองทาง (double-acting) โดยปิดด้านบนและจ่ายไอน้ำสลับกันไปยังสองด้านของลูกสูบ
    • ในจังหวะลง ไอน้ำด้านบนจะดัน และคอนเดนเซอร์ด้านล่างจะลดความดัน
    • ในจังหวะกลับ จะสลับการเชื่อมต่อให้กระบวนการเดียวกันเกิดขึ้นในทิศทางตรงข้าม
  • เนื่องจากกระบอกสูบเดียวให้กำลังได้ทั้งสองจังหวะ จึงให้แรงผลักและดึงที่สม่ำเสมอกว่าในการหมุนเครื่องจักรของโรงสี
  • ต้องเชื่อมต่อปลายด้านหนึ่งกับหม้อไอน้ำ อีกด้านกับทางระบายไอเสีย และต้องสลับการเชื่อมต่อทั้งสองก่อนที่ลูกสูบจะกลับมา ทำให้การจัดวาล์วซับซ้อนขึ้น

  • สไลด์วาล์วและวงล้อเยื้องศูนย์

    • สไลด์วาล์ว ตัวเดียวเลื่อนเพียงไม่กี่ซม. เพื่อเชื่อมต่อปลายกระบอกสูบด้านหนึ่งกับไอน้ำใหม่ และอีกด้านกับทางระบายไอเสีย
    • วาล์วอยู่ภายในห้องไอน้ำ (steam chest) ซึ่งเป็นกล่องเหล็กที่เต็มไปด้วยไอน้ำใหม่
    • พอร์ตด้านนอกสองพอร์ตต่อไปยังปลายทั้งสองของกระบอกสูบ
    • พอร์ตกลางระบายไอเสียออก
    • ขอบด้านหนึ่งของวาล์วรูปตัว D ที่กว้างและกลวงจะเปิดพอร์ตไอน้ำ ส่วนด้านหลังที่กลวงจะเชื่อมต่อพอร์ตฝั่งตรงข้ามกับทางระบายไอเสีย
    • วงล้อเยื้องศูนย์ (eccentric) บนเพลาหมุนทำให้วาล์วและลูกสูบทำงานสอดประสานกัน
    • จุดศูนย์กลางของจานที่เยื้องจากศูนย์กลางเพลาเล็กน้อยจะหมุนเป็นวงกลมเล็ก ๆ
    • สายรัดที่โอบรอบจานจะทำให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่กลับไปกลับมา
    • ปรับตำแหน่งบนเพลาเพื่อให้พอร์ตถัดไปเปิดก่อนที่ลูกสูบจะถึงปลายจังหวะ

  • การตัดไอน้ำและการขยายตัวแบบผสม

    • หากปิดพอร์ตไอน้ำก่อนที่ลูกสูบจะถึงปลายจังหวะ ไอน้ำที่ถูกกักไว้จะขยายตัวและยังคงดันต่อไป แต่ความดันจะค่อย ๆ ลดลง
    • การตัดไอน้ำ 50% ซึ่งตัดการจ่ายที่ครึ่งจังหวะ ใช้ไอน้ำเพียงครึ่งหนึ่ง แต่ให้ผลงานประมาณ 85% ของงานตลอดจังหวะในอุดมคติ
    • เป็นการคำนวณที่ได้งาน pV/2 ในครึ่งแรก และประมาณ 0.35pV จากการขยายตัวในครึ่งหลัง
    • หากตัดเร็วกว่านี้จะประหยัดไอน้ำมากขึ้น แต่ความดันอาจไม่พอเอาชนะแรงเสียดทานและอำนาจทดของคานที่เสียเปรียบใกล้จุดตาย
    • Watt จดสิทธิบัตรวิธีนี้ในปี 1782
    • ต่อมาเครื่องจักรแบบคอมพาวด์จะส่งไอเสียจากกระบอกสูบหนึ่งไปยังกระบอกสูบที่สองซึ่งใหญ่กว่า และบางครั้งไปยังกระบอกสูบที่สาม เพื่อดึงงานเพิ่มเติมจากกระบวนการขยายตัว

การวัดงานภายในเครื่องจักร

  • ผู้ช่วยของ Watt คือ John Southern) สร้างอุปกรณ์วัดความดันภายในกระบอกสูบทึบแสงในปี 1796
    • ลูกสูบเล็กที่มีสปริงจะขยับดินสอขึ้นลงตามความดัน
    • กระดาษที่เชื่อมโยงกับลูกสูบหลักจะเคลื่อนที่ไปด้านข้าง
  • แผนภาพอินดิเคเตอร์ (indicator diagram) ที่ได้จะแสดงความดันตลอดจังหวะ และวัดปริมาณงานที่ผลิตจากพื้นที่ภายในเส้นโค้งปิด
  • การรั่วของลูกสูบ การตัดไอน้ำช้า และทางระบายไอเสียที่จำกัด จะสร้างรูปแบบแผนภาพต่างกัน ทำให้วินิจฉัยสภาพได้จากการ์ดเพียงใบเดียว
  • Boulton & Watt เก็บอุปกรณ์นี้เป็นความลับอยู่นานหลายปี
  • Émile Clapeyron ใช้แผนภาพความดัน-ปริมาตรในรูปแบบเดียวกันอธิบายทฤษฎีเครื่องจักรความร้อนของ Sadi Carnot ในปี 1834 และอุณหพลศาสตร์สมัยใหม่ก็ยังแสดงความดันและปริมาตรร่วมกัน

การเปลี่ยนการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาเป็นการหมุน

  • การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาของลูกสูบสามารถใช้กับปั๊มได้โดยตรง แต่เครื่องจักรในโรงงานต้องการการหมุน
  • หากเชื่อมพินที่เยื้องจากศูนย์กลางเพลาของข้อเหวี่ยงกับลูกสูบด้วย ก้านสูบ แรงกลับไปกลับมาจะทำให้เพลาหมุน
  • ที่จุดตาย (dead centre) ซึ่งข้อเหวี่ยงและก้านสูบอยู่ในแนวเส้นตรงกันสองครั้งต่อหนึ่งรอบ แรงจะผ่านศูนย์กลางเพลาโดยตรง ทำให้แรงบิดหมุนหายไป
  • ล้อช่วยแรง ขนาดใหญ่จะเก็บพลังงานเมื่อข้อเหวี่ยงมีอำนาจทดดี แล้วจ่ายคืนขณะผ่านจุดตาย
    • ล้อช่วยแรงยิ่งหนัก การเปลี่ยนแปลงความเร็วรอบก็ยิ่งน้อย ทำให้กำลังออกเรียบและสม่ำเสมอ

  • สิทธิบัตรข้อเหวี่ยงและ sun-and-planet gear

    • James Pickard จดสิทธิบัตรการใช้ข้อเหวี่ยงกับเครื่องจักรไอน้ำในปี 1780
    • William Murdoch ออกแบบ sun-and-planet gear เพื่อหลีกเลี่ยงสิทธิบัตร
    • เฟืองบนก้านสูบจะโคจรรอบเฟืองอีกตัวบนเพลาล้อช่วยแรง ทำให้เพลาหมุนสองรอบต่อหนึ่งรอบการทำงานของคาน
    • เมื่อสิทธิบัตรของ Pickard หมดอายุในปี 1794 ผู้ผลิตก็กลับไปใช้ข้อเหวี่ยงที่เรียบง่ายกว่า
    • โครงสร้างนี้อยู่ในตระกูลเฟืองดาวเคราะห์ และสามารถวางอินพุตกับเอาต์พุตไว้บนแกนเดียวกัน ขณะให้ planet gear หลายตัวแบ่งรับภาระ
    • ใช้ในสว่านไร้สาย ดุมจักรยาน เกียร์อัตโนมัติ และกังหันลม
    • ในรถยนต์ไฮบริด ใช้แบ่งกำลังระหว่างเครื่องยนต์ มอเตอร์ไฟฟ้า และล้อ

คานและการเคลื่อนที่ขนาน

  • พินข้อเหวี่ยงเคลื่อนที่ไม่เพียงขึ้นลง แต่ยังไปด้านข้างด้วย ขณะที่ก้านลูกสูบต้องผ่านซีลด้านบนของกระบอกสูบเป็นเส้นตรง
    • หากเชื่อมต่อโดยตรง จะเกิดแรงด้านข้างกับลูกสูบ ทำให้ซีลเสียหายอย่างรวดเร็ว
  • คานถ่ายแรงด้านข้างไปยังตลับลูกปืนทรงกลมขนาดใหญ่ที่ผลิตได้อย่างแม่นยำในยุคนั้น แต่ปลายคานเองเคลื่อนที่เป็นแนวโค้ง
  • การเคลื่อนที่ขนาน (parallel motion) ที่ Watt ได้รับสิทธิบัตรในปี 1784 เชื่อมคานกับจุดตรึงด้วยลิงก์บานพับหลายตัว
    • เมื่อคานดึงก้านลูกสูบไปทางหนึ่ง ลิงก์อีกตัวจะดึงไปในทิศทางตรงข้ามในปริมาณเกือบเท่ากัน
    • เส้นโค้งทั้งสองหักล้างกัน ทำให้ก้านลูกสูบเคลื่อนที่ตามเส้นทางที่ใกล้เส้นตรงมาก
  • Watt บันทึกว่าเขาภูมิใจกับการเคลื่อนที่ขนานมากกว่าสิ่งประดิษฐ์เชิงกลใด ๆ ที่เขาสร้างขึ้น
  • การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาที่อีกด้านของคานถูกใช้ขับปั๊มน้ำป้อนหม้อไอน้ำ

ปั๊มน้ำป้อนหม้อไอน้ำ

  • เนื่องจากความดันภายในหม้อไอน้ำ หากต่อถังน้ำเข้าโดยตรง น้ำจะไหลย้อนกลับ ดังนั้นต้องมีปั๊มเพื่อเติมน้ำโดยไม่หยุดเดินเครื่อง
  • ปลายคานขยับปั๊มที่มีพลันเจอร์แคบและ เช็ควาล์ว ทางเดียวสองตัว
    • เมื่อพลันเจอร์ขึ้น ความดันลดลง วาล์วทางเข้าจะเปิดและน้ำจากถังไหลเข้ามา
    • เมื่อพลันเจอร์ลง ความดันเพิ่มขึ้น ทางเข้า ปิดลง และวาล์วทางออกไปยังหม้อไอน้ำเปิด
    • วาล์วทั้งสองทำงานอัตโนมัติตามความดันน้ำที่เปลี่ยนแปลง
  • ความดันของปั๊มต้องสูงกว่าหม้อไอน้ำเล็กน้อย แต่ปริมาณน้ำต่อหนึ่งจังหวะไม่จำเป็นต้องมาก
  • หากทำพลันเจอร์ให้แคบ แรงที่ต้องใช้จะลดลงตามความสัมพันธ์ ความดัน × พื้นที่ เดียวกัน และสามารถรักษาระดับน้ำในหม้อไอน้ำได้ด้วยกำลังเพียงส่วนน้อยของเครื่องจักร

เพลาของโรงงานและสายพานหนัง

  • ก่อนมีเครื่องจักรไอน้ำ โรงงานตั้งอยู่ริมแม่น้ำและหมุนเพลาหลักด้วยกังหันน้ำ โดยมีเพลาเหล็ก พูลเลย์ และสายพานหนังส่งการหมุนไปยังเครื่องจักรแต่ละเครื่อง
  • เมื่อนำสายพานของเครื่องจักรไปไว้บน loose pulley เฉพาะเครื่องนั้นจะหยุดด้วยแรงเฉื่อย ส่วนเพลาหลักและเครื่องจักรอื่น ๆ ยังทำงานต่อ
  • เมื่อเชือกหรือสายพานพันรอบทรงกระบอก แรงตึงในแต่ละช่วงสัมผัสจะสร้างแรงเสียดทานและลดแรงตึงที่ส่งต่อไปยังช่วงถัดไป
    • หากกำหนดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเชือกที่พันรอบเหล็กหล่อไว้ประมาณ 0.3 การลดลงจะสะสมในรูป e^-μθ
    • โหลด 2,000N เมื่อพันรอบเสาหนึ่งรอบ จะเหลือแรงส่งถึงมือ 300N, สองรอบ 46N, สามรอบ 7N เท่านั้น
  • ตอนติดตั้งสายพาน จะตั้งแรงตึงให้ทั้งสองด้านดึงใกล้เคียงกัน
    • เมื่อเครื่องจักรต้องการกำลัง แรงเสียดทานจะย้ายแรงตึงบางส่วนจากด้านหย่อนที่กลับมาไปยังด้านขับ
    • กำลังที่ส่งได้คือ ผลต่างแรงตึงสองด้าน × ความเร็วสายพาน
  • หากล้อช่วยแรงเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 ฟุตหมุน 60 รอบต่อนาที ความเร็วสายพานจะประมาณ 15m/s
    • หากสายพานหนังกว้าง 1 ฟุตมีผลต่างแรงตึงสองด้าน 2,000N จะส่งกำลังได้ประมาณ 40 แรงม้า
  • เพื่อป้องกันไม่ให้สายพานแบนหลุดจากพูลเลย์ทรงกระบอก จะใช้ crown ที่ทำให้ตรงกลางพูลเลย์หนาขึ้นเล็กน้อย
    • หากสายพานเบี่ยงจากศูนย์กลาง พื้นผิวสัมผัสทรงกรวยจะนำขอบด้านหน้าให้กลับเข้ากลาง
    • ที่กึ่งกลาง ความลาดเอียงทั้งสองด้านจะสมดุลกัน ทำให้รักษาตำแหน่งได้โดยไม่ต้องมีไกด์แยก

จากกังหันน้ำสู่การขับเคลื่อนด้วยไอน้ำโดยตรง

  • โรงงานพลังน้ำ Cromford ของ Richard Arkwright เปิดในปี 1771 และเมื่อระบบโรงงานแพร่หลายขึ้น การแข่งขันแย่งทำเลริมแม่น้ำที่ดีจึงเพิ่มขึ้น
  • โรงงานพลังน้ำอาจหยุดในฤดูแล้ง จึงใช้วิธีปั๊มน้ำด้วยไอน้ำเพื่อยกน้ำจากใต้กังหันน้ำกลับขึ้นไปด้านบน
    • แม้จะรักษาการหมุนที่นุ่มนวลของกังหันน้ำไว้ได้ แต่ก็สิ้นเปลืองถ่านหินเพื่อยกน้ำเดิมกลับขึ้นไป
    • Watt ขายเครื่องจักรปั๊มขนาด 16–20 แรงม้าเพื่อส่งกำลัง 10 แรงม้าให้เครื่องจักร
  • เมื่อรวมเครื่องจักรแบบทำงานสองทางเข้ากับคาน ข้อเหวี่ยง และล้อช่วยแรง เครื่องจักรไอน้ำจึงสามารถหมุน line shaft ได้โดยตรง
  • เจ้าของโรงงานสามารถสร้างโรงงาน ใกล้แรงงานและวัตถุดิบ แทนที่จะต้องอยู่ริมแม่น้ำแห่งใดแห่งหนึ่ง
  • Boulton & Watt ผลิตเครื่องจักร 496 เครื่องในช่วงปี 1775–1800
    • 38% เป็นเครื่องจักรปั๊ม
    • 62% ผลิตกำลังหมุน และส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

การควบคุมความเร็วอัตโนมัติของโกเวอร์เนอร์

  • เมื่อต่อเครื่องจักรเข้ากับเครื่องยนต์ที่หมุนอยู่ที่ 30rpm แบบไม่มีโหลด โหลดจะเพิ่มขึ้นและความเร็วจะลดลง
  • ผู้ควบคุมสามารถปรับ throttle ได้ทุกครั้ง แต่จะเหนื่อยมาก และหากเครื่องหมุนเร็วเกินไป ฟลายวีลเหล็กหล่ออาจแตกได้
  • Watt ดัดแปลงอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมความเร็วหินโม่ในกังหันลมให้เป็น โกเวอร์เนอร์แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (governor) สำหรับเครื่องจักรไอน้ำ
    • Boulton บอก Watt ว่าในปี 1788 ที่ Manchester เขาเคยเห็นอุปกรณ์ที่ใช้ลูกบอลหมุนควบคุมหินโม่
    • Watt ไม่ได้นำแนวคิดที่ยืมมานี้ไปจดสิทธิบัตร
  • เฟืองดอกจอกหมุนเพลาแนวตั้ง และลูกบอลหนักสองลูกที่ห้อยอยู่กับแขนบานพับจะแผ่ออกด้านนอกตามความเร็ว
    • เมื่อความเร็วสูงขึ้น ลูกบอลจะยกขึ้นและดันปลอกเลื่อนขึ้น ทำให้ส้อมและก้านยาวเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ปิด steam cock
    • เมื่อช้าลง ลูกบอลจะลดลงและเปิด steam cock อีกครั้ง
  • ความสูงของลูกบอลแสดงความเร็วรอบโดยตรงตามความสัมพันธ์ h = g/ω²
    • มวลจะหายไปจากสมการ ดังนั้นลูกบอลที่หนักกว่าจะดันกลไก linkage ได้แรงกว่า แต่จะยกขึ้นถึงความสูงเดียวกันที่ความเร็วเท่ากัน
    • หากหมุนโดยตรงด้วยความเร็วของเพลาข้อเหวี่ยง จะต้องใช้แขนยาวประมาณ 1m จึงใช้เฟืองดอกจอกให้โกเวอร์เนอร์หมุนเร็วขึ้นและติดตั้งได้บนเสาสั้น

บีมเอนจินที่สมบูรณ์

  • กำลังถูกส่งตามลำดับ ไอน้ำจากหม้อไอน้ำ → กระบอกสูบและลูกสูบ → วาล์วเกียร์ → กลไกเคลื่อนที่ขนาน → คาน → ก้านสูบ → ข้อเหวี่ยงและฟลายวีล → พูลเลย์สายพาน
  • โกเวอร์เนอร์ปรับการจ่ายไอน้ำให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของโหลด และปั๊มน้ำป้อนที่อยู่อีกด้านของคานจะเติมน้ำให้หม้อไอน้ำ
  • เครื่องยนต์หมุนที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงอยู่ ซึ่งติดตั้งที่ Whitbread's brewery ใน London ปี 1785 ก็มีรูปแบบเดียวกัน
    • กระบอกสูบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 64cm และระยะชักลูกสูบ 1.8m
    • ฟลายวีลเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.3m หมุน 20 รอบต่อนาที และเผาถ่านหินประมาณ 40kg ต่อชั่วโมง
    • ตอนแรกถูกประเมินที่ 10 แรงม้า และใช้แทนวงล้อขับเคลื่อนด้วยม้าของโรงเบียร์
    • หลังดัดแปลงเป็นแบบทำงานสองทางในปี 1795 กระบอกสูบเดิมถูกประเมินใหม่เป็น 15 แรงม้า
    • ค่าธรรมเนียมรายปีของ Boulton & Watt เพิ่มขึ้นตามกำลังผลิต โรงเบียร์จึงปฏิเสธการประเมินที่ 20 แรงม้า
    • เดินเครื่องรวม 102 ปี

การเปลี่ยนแปลงหลังยุคบีมเอนจิน

  • เครื่องมือกลในทศวรรษ 1780 ยังไม่สามารถสร้างรางนำ crosshead ที่ยาวได้อย่างแม่นยำ จึงจำเป็นต้องใช้คานและกลไกเคลื่อนที่ขนาน
  • ในศตวรรษที่ 19 เครื่องไสโลหะได้รับการปรับปรุง ทำให้รางนำตรงใช้งานได้จริง และคานหนักจึงไม่จำเป็นอีกต่อไป
    • ในทศวรรษ 1860 เครื่องยนต์โรงงานรุ่นใหม่ส่วนใหญ่ขับฟลายวีลโดยตรง
  • เรือกลไฟใบพัดข้างของสหรัฐฯ ต้องการแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำราว 20rpm และมีพื้นที่ด้านบนมากกว่าด้านใต้ผิวน้ำ จึงใช้ walking beam สูงจนถึงทศวรรษ 1880
    • เรือเดินสมุทรนำเครื่องจักรคล้ายกันเข้าไปไว้ในตัวเรือ และเมื่อใบพัดข้างถูกแทนที่ด้วยใบจักรสกรู ก็เปลี่ยนไปใช้เครื่องยนต์ที่เล็กและเร็วกว่า
  • เพลาไลน์และสายพานหนังยังคงอยู่เหนือเพดานโรงงานจนถึงศตวรรษที่ 20
  • มอเตอร์ไฟฟ้าให้แหล่งหมุนอิสระสำหรับเครื่องจักรแต่ละเครื่อง ทำให้เพลายาวและสายพานถูกแทนที่ด้วยสายไฟ
    • แม้หยุดเครื่องกลึงหนึ่งเครื่อง โหลดของเครื่องยนต์กลางที่หมุนทั้งโรงงานก็ไม่เปลี่ยน

พัฒนาการด้านประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำ

  • เครื่องยนต์ของ Newcomen เปลี่ยนความร้อนจากถ่านหินเป็นงานที่ใช้ได้จริงเพียงประมาณ 0.5%
  • คอนเดนเซอร์แยกของ Watt เพิ่มสัดส่วนงานที่ใช้ได้จริงเป็นประมาณ 3% ทำให้พลังไอน้ำแพร่กระจายออกไปนอกเหมืองถ่านหินได้
  • Corliss valves ควบคุมการขยายตัวของไอน้ำได้แม่นยำขึ้น และ compound engines ทำให้ไอน้ำขยายตัวเป็นขั้น ๆ ในหลายกระบอกสูบ
  • เครื่องยนต์เรือขนาดใหญ่ เช่นที่ใช้กับ Titanic ในทศวรรษ 1890 มีประสิทธิภาพเกิน 10% ด้วยแรงดันสูงและการขยายตัวแบบผสม
  • กังหันไอน้ำ แทนที่ลูกสูบชักด้วยล้อที่หมุนต่อเนื่อง และโรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำสมัยใหม่แปลงความร้อนได้ มากกว่า 40% เป็นพลังงานไฟฟ้า

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2 시간 전
ความคิดเห็นจาก Hacker News

  • ผู้เขียนเอง เครื่องจักรไอน้ำแบบ beam engine สร้างพลังงานจากไอน้ำและมีบทบาทสำคัญต่อการปฏิวัติอุตสาหกรรมยุคแรก บทความนี้ลงลึกทั้งหลักการทำงาน ประวัติศาสตร์ และข้อแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมที่ผู้สร้างต้องเผชิญ พร้อมใส่ภาพประกอบโต้ตอบได้หลายชิ้นเพื่อให้เห็นแนวคิดได้ง่าย

    • ทั้งรูปแบบการนำเสนอและคุณภาพก็คล้ายบทความของ https://ciechanow.ski/archives/ มาก และยอดเยี่ยม
    • รายละเอียดมีมากมาย แต่ยังขาดเรื่อง วาล์วนิรภัย, เกจวัดความดัน, การควบคุมปั๊มน้ำป้อน, เกจระดับน้ำหม้อไอน้ำ, การหล่อลื่น, กลไกขับวาล์ว, การระบายน้ำด้านล่างกระบอกสูบ, และวิธีทำให้ไอน้ำแห้งที่สุดเท่าที่จะทำได้
      แต่ละเรื่องเพียงเรื่องเดียวก็ขยายให้ยาวกว่าบทความปัจจุบันได้มากแล้ว คำอธิบายว่า “ใช้น้ำและความร้อนสร้างไอน้ำ ไอน้ำดันลูกสูบ และเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบไปกลับให้เป็นการหมุน” ฟังดูเรียบง่าย แต่เครื่องจริงไม่ได้เรียบง่ายเลย
    • ฉันชอบคำอธิบายที่ ค่อย ๆ สร้างขึ้นจากหลักการพื้นฐาน และใช้ตัวอย่างที่จับต้องได้กับเข้าใจได้โดยสัญชาตญาณมากที่สุด การทำแบบนี้ได้ดีโดยไม่ประเมินความสามารถทางปัญญาของผู้เรียนต่ำเกินไปนั้นยากยิ่งกว่าการอธิบายให้ผู้เชี่ยวชาญด้วยกันฟัง จึงเป็นงานเขียนที่พบได้ไม่บ่อย
      George Polya(0), Richard Feynman(1), Grace Hopper(2) คือแบบอย่างของธรรมเนียมนี้ ฉันเองก็พยายามทำผ่านบล็อกและซอร์สโค้ด แต่สื่อภาพแบบโต้ตอบได้นั้นทำยากอย่างเหลือเชื่อ จึงพอนึกออกว่าบทความนี้ใส่ความรักและความพยายามไว้มากแค่ไหน

  • เวลาเห็นเทคโนโลยีเก่า ๆ สิ่งที่นึกสงสัยก่อน “มันทำงานอย่างไร?” กลับเป็น “แล้วเขาสร้างมันขึ้นมาได้อย่างไรกัน?” ฉันอยากรู้ว่าพวกเขาสร้างและตรวจสอบสุญญากาศอย่างไร หล่อโลหะผสมให้ได้รูปทรงแม่นยำอย่างไร ทำกระจกเงาที่เที่ยงตรงอย่างไร ล้มเหลวกี่ครั้งก่อนจะสำเร็จ และหล่อลื่นกับซีลชิ้นส่วนอย่างไร
    ถ้าใช้เวลาเรียนสักหลายวันก็คงอธิบายสิ่งประดิษฐ์ได้ 80% แต่ถ้าต้องสร้างเองจริง ๆ คงติดปัญหาทางเทคนิคไม่หยุด ไม่สามารถทำซ้ำได้แม้แต่ 1% ของเครื่องนั้น และแต่ละปัญหาคงใช้เวลาหลายปีกว่าจะผ่านไปได้

    • เพราะแบบนี้ฉันจึงย้ำเสมอว่าในการปฏิวัติอุตสาหกรรมที่ Manchester นั้น การทำเครื่องมือ เป็นส่วนที่จำเป็นอย่างยิ่งแต่คนมักลืม
    • ช่อง YouTube อย่าง How to Make Everything ก็ดูน่าสนุกเหมือนกัน

  • การเลี้ยงลูกวัยสามขวบทำให้ฉันรู้เรื่อง วิศวกรรมหัวรถจักรไอน้ำ มากกว่าที่คาดไว้มาก และนั่นเป็นความสุขที่คาดไม่ถึง ความคิดสร้างสรรค์ในการเชื่อมรูปทรงและข้อต่อต่าง ๆ ให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ต้องการในจังหวะที่แม่นยำ รวมถึงสร้างวงจรการทำงานและ governor ที่สมบูรณ์แบบนั้นน่าทึ่งมาก
    บทความนี้ยอดเยี่ยมเป็นพิเศษเพราะค่อย ๆ แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนแต่ละชิ้นแก้ปัญหาอะไร และฉันก็อยากเห็นบทความที่พูดถึงเฉพาะหัวรถจักรด้วย

    • เครื่องจักรไอน้ำแบบกระบอกสูบแกว่ง ที่พ่อให้มาเป็นของเล่นล้ำค่าของฉัน น่าจะเคยอยู่ในเรือไอน้ำที่ปู่กับพ่อทำด้วยกันช่วงปลายทศวรรษ 1940 คล้ายกับ สิ่งนี้ และทุกวันนี้ก็ยัง หาซื้อได้ในราคาค่อนข้างถูก
      มันทำงานได้ดีด้วยลมอัดหรือก้านสตีมของเครื่องเอสเปรสโซ ตอนเด็ก ๆ พ่อยังทำหม้อไอน้ำให้ด้วยจากกระป๋องสเปรย์เหล็ก ท่อทองแดง และหัวเผาแอลกอฮอล์แผ่นทองเหลือง แต่สิ่งนั้นไม่เหมาะกับเด็กห้าขวบ และแม้ในตอนนั้นพ่อก็ยังรอจนฉันอายุราวสิบสองจึงยอมให้จุดไฟ
    • มีหัวรถจักรอยู่ในตัวเลือกของบทความถัดไปด้วย แต่เพราะมีเรื่องให้พูดมากเหลือเกิน มันจึงเกือบจะเป็น ภารกิจสุดท้ายของวิศวกรรมไอน้ำ ฉันกำลังคิดจะพูดถึงพัฒนาการที่พันเกี่ยวกันของ machine tools และระบบการวัดที่ทำให้สร้างเครื่องเหล่านี้ได้ หรือก็คือต้นกำเนิดของความเที่ยงตรง ระบบเครื่องกลที่เคลื่อนไหวและทำงานจริงให้ความพึงพอใจอย่างมากทั้งกับเด็กและผู้ใหญ่
    • เครื่องจักรไอน้ำสมัยใหม่ สมรรถนะสูงไม่ได้จำเป็นต้องง่ายกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เพียงแค่ทำงานต่างกัน หม้อไอน้ำแบบท่อเดี่ยวสามารถสร้างไอน้ำร้อนยวดยิ่งได้ราว 1200°F ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซลรถบรรทุกที่กำลังไต่เขาด้วยกำลังสูงสุด
      กระบอกสูบของเครื่องจักรไอน้ำไม่มีการเผาไหม้ ดังนั้นการมี water jacket จะยิ่งให้ผลเสีย ทำให้มันทำงานในสภาพความร้อนที่รุนแรงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในมาก ต้องกลึง bore ให้เรียวเล็กน้อยเพื่อคำนึงถึงการขยายตัวจากความร้อน และในเครื่องยนต์แบบ double-acting บางครั้งยังทำ bore ของกระบอกสูบให้คล้ายรูปนาฬิกาทรายอย่างละเอียด เพื่อไม่ให้ลูกสูบติดที่ปลายทั้งสองด้าน ถ้าอยากลงลึกกว่านี้ ลองหาเรื่องเทคโนโลยีรถยนต์ไอน้ำ Doble หรือเครื่องยนต์อากาศยาน Besler

  • มีคนบอกว่าสำนวน “balls out” ที่หมายถึงการเร่งทุกอย่างจนสุด มาจากภาพ ลูกถ่วง ของ governor แบบแรงเหวี่ยงที่กางออกด้านนอกเต็มที่เมื่อถึงความเร็วสูงสุด
    https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_governor
    ฉันเคยใช้สำนวนนี้ในการประชุมที่ทำงานแล้วโดนร้องเรียนว่าหยาบคาย แต่พออธิบายที่มา ทุกคนก็ประหลาดใจเพราะคิดว่ามันเกี่ยวกับอัณฑะกันหมด

    • ฟังดูสนุกและน่าเชื่อ แต่จริง ๆ แล้วโอกาสจะเป็นเรื่องจริงต่ำมาก หลักฐานการใช้คำที่เก่าสุดที่ยืนยันได้มาจากปี 1945 บนหัวเครื่อง P-47 Thunderbolt ของกัปตัน Milton Thompson แห่งฝูงบินรบที่ 509 และภาพก็เป็นอย่างที่คาด คือคำว่า “balls out” กับวัวกระโจนตัวหนึ่ง
    • คิดว่าน่าจะได้ยินเรื่องนี้ครั้งแรกจากวิดีโอ YouTube ที่ Jay Leno พาชมคอลเลกชันเครื่องจักรไอน้ำของเขา governor ยังมีส่วนช่วยเป็นจุดเริ่มต้นของทฤษฎีควบคุมสมัยใหม่ด้วย โดย James Clerk Maxwell ศึกษาเงื่อนไขที่การสั่นจะเพิ่มขึ้นหรือหายไปในบทความปี 1868 ชื่อ “On Governors”(บทความ)
    • จริง ๆ ฉันก็ใช้คำนี้ในความหมายถึงอัณฑะมาตลอด แต่จากนี้ไปก็มีข้อแก้ตัวดี ๆ แล้ว
    • “balls to the wall” ก็คล้ายกัน และฉันเข้าใจว่ามาจากระบบควบคุมการบินแบบอนาล็อก
    • ยังมีคำเฉพาะของช่างเครื่องไอน้ำอย่าง high-balling ที่หมายถึงลูกบอลเล็ก ๆ บนเกจวัดความดันไอน้ำยุคแรก และจากนั้นจึงมีความหมายเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง

  • ในกรีกโบราณมีเครื่องจักรไอน้ำชื่อ Hero’s engine ที่ใช้เป็นของเล่นอยู่แล้ว แต่ยังขาดเทคโนโลยีโลหะวิทยาและการแปรรูปชิ้นส่วนเครื่องกลสำหรับสร้างลูกสูบและวาล์ว จึงนำไปใช้ต่อได้ไม่ไกลกว่านั้น
    ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสะสมทับถมแบบวนซ้ำอยู่เสมอ ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างปฏิวัติในชั่วพริบตา ไม่ว่าจะเป็นภาษาโปรแกรม เฟรมเวิร์ก หรือวิธีวิทยา ความใหม่ที่ไม่ได้ยืนอยู่บนบ่าของยักษ์ก็ไม่มีฐานให้เอาไปใช้ได้จริง

    • แต่นั่นเป็นเทอร์ไบน์ จึงไม่ต้องใช้ลูกสูบ สิ่งที่ยังขาดคือความรู้เรื่องใบพัดเทอร์ไบน์ โลหะวิทยาสำหรับสร้างภาชนะรับแรงดัน และเครื่องมือสำหรับแปรรูปชิ้นส่วนด้วยค่าความคลาดเคลื่อนที่ทนความร้อนสูงและความเร็วรอบสูงได้
    • มันไม่ใช่เครื่องยนต์แบบแทนที่ปริมาตร แต่เป็น เครื่องยนต์ปฏิกิริยา คล้ายจรวดไอน้ำที่ถูกจำกัดให้หมุนเป็นวงกลม: https://en.wikipedia.org/wiki/Aeolipile
      อาจเพิ่มอุปกรณ์ดึงกำลังพื้นฐานได้ แต่ก็น่าจะถูกมองว่าใช้งานจริงไม่คุ้ม

  • แม้แต่ฟอนต์ของบทความก็คล้าย https://ciechanow.ski มาก และดูเหมือนจะใช้ IBM Plex Sans ยิ่งน่ายินดีเป็นพิเศษที่หน่วยทั้งหมดเป็น ระบบหน่วย SI

    • งานเขียนของ Bartosz Ciechanowski เป็นแรงบันดาลใจสำคัญ และในบรรทัดแรกของคำขอบคุณก็ระบุไว้ว่าได้แรงบันดาลใจจากงานเขียนและงานออกแบบอันยอดเยี่ยมของเขา

  • ซีรีส์ BBC ของ Fred Dibnah ชื่อ Age of Steam สรุปพัฒนาการของเทคโนโลยีเครื่องจักรไอน้ำอังกฤษและการปฏิวัติอุตสาหกรรมได้ยอดเยี่ยม
    https://www.youtube.com/watch?v=kl_UA36ouzM&list=PL2vJ5Cg-wl...

  • ถ้าอยากดู beam engine ของจริงใน London มีอยู่ที่ Tottenham: https://www.mbeam.org/

    • Crossness ก็ดีมาก และบางครั้งก็มีวันที่เดินเครื่องด้วยไอน้ำจริง ๆ ที่ Manchester Museum of Science and Industry ก็มีคอลเล็กชันเครื่องยนต์ทั้งใหญ่และเล็กที่ยังเดินเครื่องให้ดูได้อย่างดี

  • Quinn (Blondihacks) บน YouTube เป็นทั้งวิศวกรงานโมเดลและผู้เชี่ยวชาญด้านแมชชีนิง แสดงกระบวนการสร้างหม้อไอน้ำและเครื่องจักรไอน้ำให้คนนอกวงการดูเข้าใจได้ง่าย
    แนะนำอย่างยิ่งให้เริ่มจากวิดีโอ The Model Engineering Learning Curve(https://www.youtube.com/watch?v=Ps_BQJEMnGA) ตลอดหลายปีที่ผ่านมาเธอสร้างหัวรถจักรจำลองจนมีวิดีโอสะสมเกิน 100 ตอนแล้ว(เพลย์ลิสต์) และยังแนะนำ wobbler ซึ่งเปรียบได้กับ “Hello World” ของเครื่องยนต์จำลองแบบแมชชีนิง(วิดีโอ)

    • Blondihacks ยอดเยี่ยมมาก แต่ดูไปสักพักคุณอาจลงเอยด้วยการซื้อ เครื่องกลึงและเครื่องกัด ได้ งานแมชชีนิงแบบแมนนวลเป็นงานอดิเรกที่ยอดเยี่ยม สร้างภาวะจดจ่อแบบเดียวกับการเขียนโค้ด ทั้งที่ต่างกันโดยสิ้นเชิงแต่ก็คล้ายกันอย่างประหลาด
    • ช่อง YouTube เกี่ยวกับเครื่องจักรไอน้ำที่อยากแนะนำอีกช่องคือ Keith Rucker: https://www.youtube.com/channel/UCyjwQ6oz4cqqtEcWGboSU3g
    • ดูวิดีโอแรกแค่ 5 นาทีก็จะรู้ว่าทุกคำพูดนั้นถูกต้องจนเจ็บแปลบ การสร้างของขึ้นมาสักชิ้นต้องใช้ทั้งเวลาและทักษะพื้นฐานมากมาย ลงมือเองก็แพง และโอกาสที่จะดีกว่าของที่มีขายก็ต่ำ แต่ ต้องสนุกกับทั้งกระบวนการ
      ถ้าจะดูจากโพสต์นี้แค่อย่างเดียว ก็ขอแนะนำวิดีโอเหล่านี้
    • Wreck2Restored บันทึกกระบวนการบูรณะหัวรถจักรไอน้ำรางกว้าง 2 ฟุต และยังได้เห็นครอสเฮดกับวาล์วสไลด์ด้วย: https://www.youtube.com/@Wreck2Restored

  • เครื่องจักรไอน้ำยุคแรกสุดเป็น เครื่องสุญญากาศ ที่เติมไอน้ำเข้าไปในกระบอกสูบแล้วทำให้ควบแน่นเพื่อดึงลูกสูบลงมา การปรับปรุงและสิทธิบัตรของ Watt คือคอนเดนเซอร์แยกส่วนที่ไม่ต้องคอยให้ความร้อนกระบอกสูบทั้งลูกใหม่ทุกครั้ง ทำให้การใช้ถ่านหินลดลงครึ่งหนึ่ง
    แทนที่จะขายสิทธิการผลิต Watt ขายใบอนุญาตการใช้งาน โดยรับส่วนแบ่งเป็นครึ่งหนึ่งของมูลค่าถ่านหินที่ประหยัดได้จากสิทธิบัตร ผลคือมีเครื่องยนต์เถื่อนจำนวนมาก และมักเลี่ยงสิทธิบัตรด้วยการอ้างว่าคอนเดนเซอร์ไม่ได้แยกจากกระบอกสูบ แต่รวมเข้าไว้ด้วยกันไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

    • Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine (1989) ของ Richard L. Hills เป็นหนังสือเกริ่นนำที่ยอดเยี่ยมและลงลึกถึงแง่มุมทางธุรกิจด้วย มีจดหมายของ Watt จำนวนมากที่แสดงให้เห็นปัญหาในการสร้างเครื่องยนต์ขนาดมหึมาในยุคที่แม้แต่ถนนดี ๆ ก็ยังไม่มี
    • สรุปเนื้อหาในบทความแบบคลาดเคลื่อนไปนิด ตามต้นฉบับไม่ได้บอกว่าเป็นเครื่องสุญญากาศ แต่บอกว่าใช้การทำให้กระบอกสูบเย็นด้วยน้ำ และปริมาณถ่านหินที่ประหยัดได้ก็ไม่ใช่ครึ่งหนึ่ง แต่เป็น หนึ่งในสาม