Parna mašina

mini|200px|Parna mašina
**Parna mašina** je vrsta mašine u kojoj se nalazi motor koji pokreće para. Ona energiju pare (koja većinom nastaje od vode) pretvara u mehanički rad. Ovi motori su korišteni na lokomotivama ili parobrodima, ali i u tvornicama za pokretanje pumpi i unapređivanje proizvodnje. Bili su primarna snaga industrijske revolucije.

Parna mašina koristi silu koju stvara pritisak pare da gura klip naprijed-nazad unutar cilindra. Ova sila guranja može se transformisati, pomoću klipnjače i poluge, u rotirajuću silu za rad. Termin "parna mašina" se općenito primjenjuje samo na klipne motore kako je upravo opisano, a ne na parnu turbinu. Parne mašine su mašine s vanjskim sagorijevanjem, gdje je radni fluid odvojen od produkata izgaranja. Idealni termodinamički ciklus koji se koristi za analizu ovog procesa naziva se Rankineov ciklus. U opštoj upotrebi, izraz parna mašina može se odnositi ili na kompletna parna postrojenja (uključujući kotlove itd.), kao što su željezničke parne lokomotive i prijenosni motori, ili se može odnositi samo na klipnu ili turbinsku mašineriju, kao u grednoj mašini i stacionarnom parnom motoru.

Iako su uređaji na parni pogon bili poznati kao aeolipile u prvom vijeku nove ere, sa nekoliko drugih upotreba zabilježenih u 16. vijeku, 1606. godine Jerónimo de Ayanz y Beaumont patentirao je svoj izum prve pumpe za vodu na parni pogon za isušivanje rudnika. Thomas Savery se smatra izumiteljem prvog komercijalno korištenog uređaja na parni pogon, parne pumpe koja je koristila pritisak pare koja radi direktno na vodi. Prvi komercijalno uspješan motor koji je mogao prenositi kontinuiranu snagu na mašinu razvio je 1712. godine Thomas Newcomen. James Watt je napravio ključno poboljšanje 1764. godine, uklanjanjem istrošene pare u posebnu posudu za kondenzaciju, uveliko poboljšavajući količinu posla dobijenog po jedinici potrošenog goriva. Do 19. vijeka stacionarne parne mašine pokretale su fabrike industrijske revolucije. Parne mašine su zamenile jedra za brodove na parobrodima, a parne lokomotive su radile na željeznici.

Parne mašine sa klipnim motorom bile su dominantan izvor energije sve do ranog 20. vijeka, kada je napredak u dizajnu elektromotora i motora sa unutrašnjim sagorevanjem rezultirao postepenom zamjenom parnih mašina u komercijalnoj upotrebi. Parne turbine zamijenile su klipne motore u proizvodnji električne energije, zbog niže cijene, veće radne brzine i veće efikasnosti.

## Historija
### Rani eksperimenti
Jedan od zabilježenih rudimentarnih "motora" na parni pogon bio je eolipil koji je opisao Hero od Aleksandrije, grčki matematičar i inženjer u rimskom Egiptu u prvom vijeku nove ere. U narednim vijekovima, nekoliko poznatih "motora" na parni pogon bili su, poput eolipila, u suštini eksperimentalni uređaji koje su pronalazači koristili da demonstriraju svojstva pare.

Rudimentarni uređaj parne turbine opisao je Taqi al-Din u osmanskom Egiptu 1551. i Giovanni Branca u Italiji 1629. godine. Španski pronalazač Jerónimo de Ayanz y Beaumont dobio je patente 1606. godine za 50 izuma na parni pogon, uključujući pumpu za vodu za isušivanje natopljenih rudnika. Denis Papin, hugenot, obavio je neke korisne radove na parnom digestoru 1679. godine, a prvi je koristio klip za podizanje utega 1690. godine.

### Motori za pumpanje
Prvi komercijalni uređaj na parni pogon bila je pumpa za vodu koju je 1698. razvio Thomas Savery. Koristio je kondenzaciju pare da bi stvorio vakuum koji je podigao vodu odozdo, a zatim koristio pritisak pare da bi je podigao više. Mali motori su bili efikasni, dok su veći modeli bili problematični. Imali su vrlo ograničenu visinu dizanja i bili su skloni eksplozijama kotla. Saveryjev motor je korišten u rudnicima, pumpnim stanicama i opskrbi vodom vodenih točkova koji su pokretali tekstilne mašine. Saveryjev motor je bio niske cijene. Bento de Moura Portugal je uveo poboljšanje Saveryjeve konstrukcije „da bi je učinio sposobnom za sam rad“, kako je to opisao John Smeaton u *Filozofskim transakcijama* objavljenim 1751. godine. Nastavio se proizvoditi sve do kasnog 18. vijeka. Još se znalo da je barem jedan motor radio 1820. godine.

### Klipni parni motori
Prvi komercijalno uspješan motor koji je mogao prenositi kontinuiranu snagu na mašinu bio je atmosferski motor, koji je izumio Thomas Newcomen oko 1712. godine. Poboljšao je Saveryjevu parnu pumpu, koristeći klip kako je predložio Papin. Newcomenov motor je bio relativno neefikasan i uglavnom se koristio za pumpanje vode. Djelovao je stvaranjem parcijalnog vakuuma kondenzacijom pare ispod klipa unutar cilindra. Korišten je za isušivanje jama u rudnicima na dubinama koje su prvobitno bile nepraktične koristeći tradicionalna sredstva, i za obezbeđivanje vode za višekratnu upotrebu za pogon vodenih točkova u fabrikama koje su bile udaljene od odgovarajuće "glave". Voda koja je prošla preko točka pumpana je u rezervoar za skladištenje iznad točka. Godine 1780. James Pickard je patentirao korištenje zamajca i radilice za obezbjeđivanje rotacijskog kretanja od poboljšanog Newcomen motora.

Godine 1720. Jacob Leupold je opisao dvocilindričnu parnu mašinu visokog pritiska. Pronalazak je objavljen u njegovom glavnom djelu *Theatri Machinarum Hydraulicarum*. Motor je koristio dva teška klipa da bi omogućio kretanje vodenoj pumpi. Svaki klip je podignut pritiskom pare i vraćen u prvobitni položaj gravitacijom. Dva klipa su dijelila zajednički četverosmjerni rotacijski ventil povezan direktno na parni kotao.

Sljedeći veliki korak dogodio se kada je James Watt razvio (1763–1775) poboljšanu verziju Newcomenovog motora, sa posebnim kondenzatorom. Boulton i Wattovi rani motori koristili su upola manje uglja nego John Smeatonovepoboljšana verzija Newcomenovog motora.

Watt je dalje razvio svoj motor, modificirajući ga kako bi omogućio rotaciono kretanje pogodno za vožnju mašina. To je omogućilo da fabrike budu udaljene od rijeka, i ubrzalo tempo industrijske revolucije.

### Motori visokog pritiska
Značenje visokog tlaka, zajedno sa stvarnom vrijednošću iznad ambijentalne, ovisi o eri u kojoj se taj izraz koristio. Za ranu upotrebu termina Van Reimsdijk se odnosi na paru koja je pod dovoljno visokim pritiskom da bi se mogla izbaciti u atmosferu bez oslanjanja na vakuum koji bi joj omogućio da obavlja koristan rad. Ewing 1894, str. 22 navodi da su Wattovi kondenzacijski motori u to vrijeme bili poznati kao niskotlačni u poređenju sa visokotlačnim, nekondenzacijskim motorima iz istog perioda.

Wattov patent je spriječio druge da prave motore pod visokim pritiskom i složene motore. Ubrzo nakon što je Watt-ov patent istekao 1800. godine, Richard Trevithick i, odvojeno, Oliver Evans 1801. predstavili su motore koji koriste paru pod visokim pritiskom; Trevithick je dobio svoj patent za motor visokog pritiska 1802. godine, a Evans je prije toga napravio nekoliko radnih modela. Oni su bili mnogo snažniji za datu veličinu cilindra od prethodnih motora i mogli su biti dovoljno mali za transport. Nakon toga, tehnološki razvoj i poboljšanja u proizvodnim tehnikama (djelomično uzrokovana usvajanjem parne mašine kao izvora energije) rezultirali su dizajnom efikasnijih motora koji bi mogli biti manji, brži ili moćniji, ovisno o namjeravanoj primjeni. Osim što je koristio 30% manje pare, omogućio je ravnomjerniju brzinu zbog promjenjivog prekida pare, što ga čini vrlo pogodnim za proizvodnju, posebno za predenje pamuka. Godine 1784. William Murdoch, škotski izumitelj, napravio je model parne cestovne lokomotive.  Rani radni model parne šinske lokomotive dizajnirao je i konstruirao pionir parobroda John Fitch u Sjedinjenim Državama vjerovatno tokom 1780-ih ili 1790-ih. Njegova parna lokomotiva koristila je unutrašnje kotače s lopaticama vođene šinama.

Prvu radnu željezničku parnu lokomotivu napravio je Richard Trevithick u Ujedinjenom Kraljevstvu, a 21. februara 1804. dogodilo se prvo svjetsko putovanje željeznicom dok je Trevithickova neimenovana parna lokomotiva vukla voz tramvajskom prugom od željezare Pen-y-Darena blizu Merthyr Tydfila do Abercynona u južnom Walesu. Dizajn je uključio niz važnih inovacija koje su uključivale korištenje pare pod visokim pritiskom koja je smanjila težinu motora i povećala njegovu efikasnost. Trevithick je kasnije 1804. posjetio područje Newcastlea, a željeznice rudnika u sjeveroistočnoj Engleskoj postale su vodeći centar za eksperimentiranje i razvoj parnih lokomotiva.

Trevithick je nastavio svoje eksperimente koristeći trio lokomotiva, zaključno s Catch Me Who Can 1808. Samo četiri godine kasnije, uspješnu dvocilindričnu lokomotivu Salamanca autora Matthewa Murraya koristila je Middleton Railway sa zupčanikom i zupčanikom s rubnim šinama. Godine 1825. George Stephenson je izgradio Locomotion za Stockton i Darlington željeznicu. Ovo je bila prva javna parna željeznica u svijetu, a zatim je 1829. godine izgradio The Rocket koja je bila prijavljena i pobijedila na Rainhill Trials-u. Željeznica Liverpool - Manchester otvorena je 1830. godine, koristeći isključivo parnu snagu za putničke i teretne vozove.

Parne lokomotive su se nastavile proizvoditi do kasnog dvadesetog vijeka u mjestima kao što su Kina i bivša Istočna Njemačka (gdje se proizvodila DR klasa 52.80).

### Parne turbine 
Konačna velika evolucija dizajna parnih mašina bila je upotreba parnih turbina počevši od kraja 19. vijeka. Parne turbine su generalno efikasnije od klipnih parnih motora sa klipom (za izlazne snage veće od nekoliko stotina konjskih snaga), imaju manje pokretnih dijelova i pružaju rotirajuću snagu direktno umjesto preko sistema klipnjače ili sličnih sredstava. Parne turbine su praktično zamijenile klipne motore u stanicama za proizvodnju električne energije početkom 20. vijeka, gdje su njihova efikasnost, veća brzina prikladna za rad generatora i glatka rotacija bili prednosti. Danas većinu električne energije daju parne turbine. U Sjedinjenim Državama se 90% električne energije proizvodi na ovaj način korištenjem različitih izvora topline. Parne turbine su se u velikoj mjeri primjenjivale za pogon velikih brodova tokom većeg dijela 20. vijeka.

### Sadašnji razvoj 
Iako klipna parna mašina više nije u širokoj komercijalnoj upotrebi, razne kompanije istražuju ili iskorištavaju potencijal motora kao alternative motorima s unutrašnjim sagorijevanjem.

## Reference 
Kategorija:Pogoni
Kategorija:Britanski izumi
Kategorija:Engleski izumi
Kategorija:Parne mašine