Паровая машина, машина, использующая энергию пара для выполнения механической работы за счет тепла.
(Прочитайте эссе Джеймса Уатта о паровом двигателе, опубликованное в 1819 году в Britannica).
Далее следует краткое описание паровых двигателей. Полное описание энергии и производства пара, а также паровых двигателей и турбин см. в разделе Преобразование энергии: Паровые двигатели.
В паровом двигателе горячий пар, обычно подаваемый из котла, расширяется под давлением, и часть тепловой энергии преобразуется в работу. Оставшаяся часть тепла может улетучиваться, или, для достижения максимальной эффективности двигателя, пар может быть сконденсирован в отдельном аппарате — конденсаторе — при сравнительно низкой температуре и давлении. Для достижения высокой эффективности пар должен проходить через широкий диапазон температур в результате расширения внутри двигателя. Наиболее эффективная работа, то есть наибольшая производительность по отношению к подведенному теплу, достигается при использовании низкой температуры конденсатора и высокого давления в котле. Пар можно дополнительно нагреть, пропустив его через перегреватель на пути от котла к двигателю. Обычный перегреватель представляет собой группу параллельных труб, поверхности которых подвергаются воздействию горячих газов в топке котла. С помощью перегревателей пар может быть нагрет выше температуры, при которой он образуется при кипении воды.
В поршневом и цилиндровом паровом двигателе пар под давлением поступает в цилиндр через клапанный механизм. Расширяясь, пар толкает поршень, который обычно соединен с кривошипом на маховике для получения вращательного движения. В двигателе двойного действия пар из котла подается поочередно на каждую сторону поршня. В простом паровом двигателе расширение пара происходит только в одном цилиндре, тогда как в сложном двигателе имеется два или более цилиндров все большего размера для большего расширения пара и более высокого КПД; первый и самый маленький поршень приводится в действие первоначальным паром высокого давления, а второй — паром более низкого давления, выходящим из первого.
В паровой турбине пар с большой скоростью вырывается через сопла, затем проходит через ряд неподвижных и подвижных лопаток, заставляя ротор двигаться с высокой скоростью. Паровые турбины более компактны и обычно допускают более высокие температуры и большие коэффициенты расширения, чем поршневые паровые двигатели. Турбина — это универсальное средство, используемое для выработки большого количества электроэнергии с помощью пара.
Самые ранние паровые двигатели были научными новинками Героя Александрийского в I веке н. э., такими как эолипила, но только в XVII веке были предприняты попытки использовать пар в практических целях. В 1698 году Томас Сэвери запатентовал насос с клапанами, управляемыми вручную, для подъема воды из шахт за счет всасывания, производимого конденсирующимся паром. Примерно в 1712 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал более эффективный паровой двигатель с поршнем, отделяющим конденсирующийся пар от воды. В 1765 году Джеймс Уатт значительно усовершенствовал двигатель Ньюкомена, добавив отдельный конденсатор, чтобы не нагревать и не охлаждать цилиндр при каждом ходе поршня. Затем Уатт разработал новый двигатель, который вращал вал, а не обеспечивал простое движение насоса вверх-вниз, и добавил множество других усовершенствований, чтобы создать практичную электростанцию.
Громоздкая паровая повозка для дорог была построена во Франции Николасом-Жозефом Кугно еще в 1769 году. Ричард Тревитик в Англии первым использовал паровую повозку на железной дороге; в 1803 году он построил паровоз, который в феврале 1804 года совершил успешный пробег по конному маршруту в Уэльсе. Адаптация парового двигателя к железным дорогам стала коммерчески успешной после того, как в 1829 году английский инженер Джордж Стефенсон создал паровоз «Ракета». Первым практическим пароходом стал буксир «Шарлотта Дандас», построенный Уильямом Саймингтоном и опробованный на канале Форт и Клайд в Шотландии в 1802 году. Роберт Фултон применил паровой двигатель на пассажирском судне в Соединенных Штатах в 1807 году.
Хотя паровая машина уступила место двигателю внутреннего сгорания в качестве средства передвижения, интерес к ней возродился во второй половине XX века из-за растущих проблем с загрязнением воздуха, вызванных сжиганием ископаемого топлива в двигателях внутреннего сгорания.
