빔 엔진의 작동 원리

초기 빔 엔진은 증기의 팽창·응축과 대기압을 이용해 약 15마력을 지속적으로 생산했으며, 왕복 운동을 회전으로 바꿔 산업혁명기 광산과 공장 기계를 구동함 Newcomen 엔진은 증기를 응축해 진공을 만들고 대기압으로 피스톤을 움직였지만, 실린더를 행정마다 식히고 다시 데우느라 증기의 약 4분의 3을 낭비함 James Watt의 분리 응축기는 실린더는 뜨겁게, 응축기는 차갑게 유지해 석탄 소비를 약 3분의 2 줄였고, 복동 실린더·컷오프·정밀 가공으로 양방향에서 효율적으로 동력을 생산함 슬라이드 밸브와 편심륜, 빔과 평행 운동, 크랭크와 플라이휠, 급수 펌프, 조속기가 증기 흐름·직선 운동·회전·보일러 급수·속도 제어를 하나의 자동 운전 체계로 연결함 열효율은 Newcomen의 약 0.5% 에서 Watt의 약 3%, 1890년대 대형 선박 기관의 10% 이상, 현대 증기 터빈 발전소의 40% 이상으로 높아졌으며, 전동기가 보급되면서 중앙 빔 엔진과 축·벨트 체계는 점차 대체됨 증기의 팽창과 압력 물은 끓어 증기가 되면 원래 부피의 약 1,700배로 팽창함 물 한 컵은 약 400리터의 증기가 되어 욕조 두 개를 채울 정도가 됨 팽창할 공간이 부족하면 용기 벽 전체를 밀며, 이 힘을 면적으로 나눈 값이 압력임 물 표면에 가해진 증기 압력은 물이 접촉한 모든 곳으로 고르게 전달됨 압력 차이가 1기압일 때 피스톤 면적 1cm²당 약 1kg의 힘을 얻음 피스톤 지름을 두 배로 키우면 면적과 힘은 네 배가 됨 초기 제작자들은 고압 증기를 안전하게 다루지 못해 사람이 들어갈 만큼 큰 저압 실린더를 사용함 대기압과 증기 진공 지상에서 단면적 1cm²로 대기권 끝까지 이어지는 공기 기둥은 약 1kg이며, 대기는 모든 1cm²에 약 1kg의 힘을 가함 몸 안의 공기와 체액도 같은 압력으로 밀어내므로 평상시에는 대기압을 느끼지 못함 빨대로 마실 때는 빨대 내부 압력이 낮아지고, 컵 표면의 대기압이 액체를 위로 밀어 올림 Otto von Guericke는 1654년 지름 약 0.5m인 두 구리 반구 내부의 공기를 빼냄 대기압이 반구를 약 2톤의 힘으로 붙잡아 말 여러 마리도 떼지 못함 밸브를 열어 공기를 넣자 손으로 분리할 수 있었음 증기로 용기를 채운 뒤 물을 뿌려 식히면 증기가 약 1/1,700 부피의 물로 응축되어 빠르게 진공을 만들 수 있음 피스톤 아래 증기를 응축하면 위쪽 대기압이 피스톤을 진공 방향으로 내리누름 지름 0.5...