चित्र 40कैसे काम करता है
वॉट का भाप इंजन कैसे काम करता है
वॉट का इंजन भाप को एक अलग बर्तन में ठंडा करके पानी बनाता था, इसलिए न्यूकॉमेन इंजन जितना काम लगभग एक-तिहाई कोयले में कर लेता था।
इस डिवाइस पर 3D मॉडल नहीं दिख सकता। नीचे गाइड के चरण आप लिखित रूप में पढ़ सकते हैं।
1 / 10 घूमने वाला बीम इंजनयह 1780 के दशक के बोल्टन और वॉट इंजन का 1:10 मॉडल है, जिसे बीच से काटा गया है। लाल सतहें कटे हुए हिस्से हैं। ताज़ी भाप नारंगी, निकास भाप हल्की नीली और पानी गहरा नीला है।
घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए स्क्रॉल करें या दो उँगलियों से फैलाएँ।
मॉडल क्या दिखाता है
जेम्स वॉट से पहले भाप इंजन अपना ज़्यादातर कोयला एक ही लोहे के सिलिंडर को बार-बार गरम और ठंडा करने में ख़र्च कर देता था, एक मिनट में 12 या उससे ज़्यादा बार। यह मॉडल वह मशीन दिखाता है जिसने इस समस्या को सुलझाया, और फिर सिर्फ़ पंप चलाने के बजाय मिलों के शाफ़्ट भी घुमाने लगी।
यह उस तरह का घूमने वाला बीम इंजन है जैसे बोल्टन और वॉट ने 1780 के दशक में बनाए, असली आकार के दसवें हिस्से में और बीच से कटा हुआ। लाल सतहें कटे हुए हिस्से हैं। बॉयलर से आई ताज़ी भाप नारंगी है, कंडेंसर की ओर जाती इस्तेमाल हो चुकी भाप हल्की नीली, और पानी गहरा नीला। अनुपात सिडनी के पावरहाउस म्यूज़ियम में रखे 1785 के बोल्टन और वॉट इंजन के हैं: 635 mm (25 इंच) बोर, 1.83 m (6 फ़ुट) स्ट्रोक और 4.27 m (14 फ़ुट) का फ़्लाईव्हील।
कोने का रीडआउट फ़्लाईव्हील की गति, थ्रॉटल कितना खुला है, भाप पिस्टन में कितनी शक्ति डाल रही है, इंजन कितना कोयला जला रहा है और पिस्टन के ऊपर का दाब दिखाता है। ग्राफ़ के नीचे एक छोटी रेखा पिछले 30 सेकंड की गति (लाल) और थ्रॉटल (नीला) सँभालकर रखती है, ताकि भार बदलने पर आप गवर्नर का जवाब देख सकें। उसके नीचे वाला ग्राफ़ सिलिंडर के ऊपरी भाग का दाब-आयतन लूप है, जो इंजन चलते-चलते बनता जाता है। उसके पीछे की धूसर रेखा डिज़ाइन भार पर बना लूप है, ताकि भार का स्लाइडर खिसकाने पर आप बदलाव देख सकें।
न्यूकॉमेन का इंजन इतना कोयला क्यों जलाता था
थॉमस न्यूकॉमेन का 1712 का वायुमंडलीय इंजन पहले अपने सिलिंडर को भाप से भरता था, फिर भीतर ठंडा पानी छिड़कता था। भाप संघनित होती, सिलिंडर का दाब गिरता, और बाहर की हवा पिस्टन को नीचे दबा देती। यह काम करता था, पर हर स्ट्रोक सिलिंडर की दीवारों को ठंडा कर देता, और अगली भाप को जगह भरने से पहले उन्हें फिर गरम करना पड़ता। बहुत सारी भाप, और उसे बनाने वाला कोयला, लोहे को गरम करने में ही चला जाता।
वॉट के सामने यह समस्या 1763 में आई, जब ग्लासगो कॉलेज ने उनसे न्यूकॉमेन इंजन का एक मॉडल ठीक करने को कहा जो भाप की कमी से बार-बार रुक जाता था। उनका हल था भाप को कहीं और संघनित करना, और 1765 तक उनका मॉडल इस तरह चलने लगा था। उनका पेटेंट 5 जनवरी 1769 को मिला, और उसका पहला दावा यह था कि सिलिंडर को "इंजन के काम करने के पूरे समय उतना ही गरम रखा जाना चाहिए जितनी उसमें आने वाली भाप।"
अलग कंडेंसर
मॉडल में कंडेंसर वह लोहे का बर्तन है जो इंजन हाउस के फ़र्श के नीचे, ठंडे पानी की लकड़ी की टंकी में खड़ा है। जब सिलिंडर का एक सिरा निकास से जुड़ता है, भाप तेज़ी से पाइप में नीचे उतरकर कंडेंसर में पहुँचती है, जहाँ इंजेक्शन कॉक से निकली ठंडे पानी की धार उसे फिर पानी बना देती है। पानी भाप से बहुत कम जगह लेता है, इसलिए कंडेंसर का दाब कम रहता है, मॉडल में लगभग 0.2 bar। सिलिंडर कभी ठंडे पानी को नहीं छूता, इसलिए गरम बना रहता है।
संघनन से पानी बनता है, और कुछ हवा भी भाप के साथ आ जाती है या जोड़ों से रिस आती है। कंडेंसर के पास वाला एयर पंप दोनों को निकाल देता है। इसकी बाल्टी बीम से जुड़ी एक छड़ से चलती है, और यह जो गुनगुना पानी उठाता है वह हॉट वेल में जाता है, जहाँ से फ़ीड पाइप उसे बॉयलर में वापस ले जाता है। साइंस म्यूज़ियम नतीजा सीधे शब्दों में बताता है: वॉट के कंडेंसर वाले इंजन दो-तिहाई कम कोयला जलाते थे।
मॉडल के आँकड़ों से इसका कारण दिखता है। जब थ्रॉटल अपने 45% वाले संदर्भ खुलाव पर है, सिलिंडर तक पहुँचने वाली भाप 1.14 bar निरपेक्ष दाब पर होती है, बाहर की हवा से बस थोड़ा ऊपर। पिस्टन की दूसरी ओर 0.2 bar वाले कंडेंसर से जुड़ी हो, तो हर दोहरा स्ट्रोक लगभग 80 kJ काम करता है। अगर यही इंजन 1.01 bar की खुली हवा में भाप छोड़ता, तो पीछे का दाब आगे के धक्के को बराबर कर देता और इंजन रुक जाता।
पिस्टन के दोनों ओर भाप
वॉट के पहले इंजन न्यूकॉमेन वाले जैसे एकल क्रिया वाले थे: भाप पिस्टन को नीचे धकेलती थी और पंप की छड़ों का वज़न उसे वापस खींचता था। मशीनों को सुचारु रूप से चलाने के लिए वॉट ने मार्च 1782 में दोहरी क्रिया का पेटेंट लिया। नीचे जाते समय भाप पिस्टन के ऊपर काम करती है और ऊपर जाते समय नीचे, और जिस ओर धक्का नहीं लग रहा होता, वह कंडेंसर से जुड़ी रहती है।
मॉडल यह बदलाव स्लाइड वाल्व से करता है। यह खोखले तल वाला पीतल का एक गुटका है, जो वाल्व सतह के तीन पोर्ट के ऊपर ऊपर-नीचे चलता है। ऊपरी पोर्ट सिलिंडर के ऊपर जाता है, निचला नीचे, और बीच वाला निकास में। जब वाल्व एक बाहरी पोर्ट को भाप चेस्ट के लिए खोलता है, उसका खोखला हिस्सा दूसरे बाहरी पोर्ट को निकास से जोड़ देता है।
वाल्व के बाहरी किनारे पोर्ट से कुछ ज़्यादा चौड़े हैं; इस अतिरिक्त हिस्से को स्टीम लैप कहते हैं। लैप के कारण वाल्व स्ट्रोक ख़त्म होने से काफ़ी पहले ताज़ी भाप बंद कर देता है: मॉडल में नीचे वाले स्ट्रोक के 46% पर और ऊपर वाले के 55% पर। दोनों आँकड़े अलग इसलिए हैं कि बीम का सिरा चाप पर झूलता है और छड़ें अनंत लंबी नहीं हैं। कट-ऑफ़ के बाद भीतर बंद भाप फैलते हुए धकेलती रहती है, जिससे भाप बचती है। वॉट ने इस फैलाव वाले काम का वर्णन उसी 1782 के पेटेंट में किया था।
झूलते बीम को घुमाव में बदलना
पिस्टन रॉड का ऊपरी सिरा सीधी रेखा में चलना चाहिए, वरना वह अपनी पैकिंग वाली ग्लैंड फाड़ देगा। लेकिन बीम का सिरा चाप पर चलता है। 1784 में वॉट का हल था पैरेलल मोशन: छड़ों और एक रेडियस रॉड की ऐसी व्यवस्था कि उसका एक जोड़ पूरे स्ट्रोक में लगभग सीधी रेखा खींचे। वॉट कहते थे कि यही उनका वह आविष्कार है जिस पर उन्हें सबसे ज़्यादा गर्व है। वॉट की असली कड़ी सीधी रेखा के बस क़रीब पहुँचती है; मॉडल क्रॉसहेड को ठीक सिलिंडर की धुरी पर रखता है और वहीं से छड़ों की स्थिति निकालता है।
बीम के दूसरे सिरे से एक कनेक्टिंग रॉड नीचे शाफ़्ट तक आती है। क्रैंक के बजाय इस पर एक गियर लगा है जो रॉड से जड़ा है और उस पर घूम नहीं सकता। यह प्लैनेट गियर फ़्लाईव्हील के शाफ़्ट पर लगे उसी आकार के सन गियर से फँसा रहता है, और एक पट्टी दोनों को साथ बाँधे रखती है। प्लैनेट गियर जब चारों ओर घुमाया जाता है, तो पिस्टन के हर ऊपर-नीचे पर सन गियर दो चक्कर घूमता है। ASME का इतिहास बताता है कि वॉट ने इसे इसलिए अपनाया क्योंकि सीधा-सादा क्रैंक किसी और के नाम पहले से पेटेंट था।
4.27 m का फ़्लाईव्हील हर चक्कर के उन दो डेड पॉइंट से शाफ़्ट को पार कराता है, जहाँ पिस्टन स्ट्रोक के छोर पर होता है और शाफ़्ट को घुमा नहीं सकता।
गवर्नर गति को कैसे थामे रखता है
मिल इंजन को लगभग एक ही गति से चलना होता है, चाहे उससे चलने वाली मशीनें व्यस्त हों या ख़ाली। अपकेंद्री गवर्नर यह काम बिना किसी की निगरानी के करता है। फ़्लाईव्हील शाफ़्ट से चलने वाली एक धुरी से भुजाओं पर पीतल की दो गेंदें लटकती हैं। धुरी तेज़ घूमे, तो गेंदें बाहर और ऊपर की ओर झूलती हैं। इससे एक स्लीव उठती है, जो बेल क्रैंक और एक लंबी छड़ के ज़रिए भाप पाइप के बटरफ़्लाई थ्रॉटल को थोड़ा बंद कर देती है। सिलिंडर तक कम भाप पहुँचती है और इंजन धीमा हो जाता है। इंजन ज़्यादा धीमा हो जाए, तो गेंदें गिरती हैं और थ्रॉटल खुल जाता है।
इसे नियंत्रण में आज़माएँ। 30 hp के डिज़ाइन भार पर इंजन 40.3 rpm पर टिक जाता है। भार 10 hp कर दें, तो फ़्लाईव्हील थोड़ी देर के लिए 42.8 rpm तक तेज़ होता है, फिर थ्रॉटल लगभग 8% तक बंद होता है और गति 42.6 rpm पर टिक जाती है। गवर्नर बंद करके यही करें: थ्रॉटल वहीं रहता है, और एक मिनट के भीतर इंजन 110 rpm के पार दौड़ने लगता है। भार 40 hp तक बढ़ाएँ, तो थ्रॉटल पूरा खुल जाता है, फिर भी इंजन लगभग 29 rpm तक धीमा हो जाता है। 40 rpm पर लगभग 37 hp से ऊपर सिलिंडर पर्याप्त काम दे ही नहीं पाता।
ऐसा गवर्नर कभी ठीक पुरानी गति पर नहीं लौटता। थ्रॉटल को नई स्थिति में थामने के लिए उसे गति में थोड़ी त्रुटि चाहिए, इसलिए हल्के भार पर इंजन भारी भार की तुलना में थोड़ा तेज़ चलता है। इंजीनियर इसे ड्रूप कहते हैं।
आँकड़े, हिसाब के साथ
| राशि | मॉडल का मान | कैसे निकलता है |
|---|---|---|
| पिस्टन का क्षेत्रफल | 0.317 m² | π/4 × 0.635² |
| एक ओर का स्वेप्ट आयतन | 580 लीटर | क्षेत्रफल × 1.832 m स्ट्रोक |
| डिज़ाइन भार पर औसत प्रभावी दाब | 0.69 bar (10.0 psi) | कुल काम ÷ दोनों ओर का स्वेप्ट आयतन |
| पिस्टन पर औसत बल | 21.9 kN | 0.69 bar × 0.317 m² |
| हर दोहरे स्ट्रोक का काम | 80.2 kJ | दोनों p-V लूप का क्षेत्रफल |
| प्रति मिनट 20 दोहरे स्ट्रोक पर सूचित शक्ति | 26.7 kW (35.9 hp) | 80.2 kJ × 20 ÷ 60 s |
| पिस्टन की औसत गति | 1.22 m/s | 2 × 1.832 m × 20 ÷ 60 s |
| 40 rpm पर फ़्लाईव्हील के किनारे की गति | 8.9 m/s | π × 4.27 m × 40 ÷ 60 s |
| गवर्नर धुरी की गति | 50 rpm | 1.25 × फ़्लाईव्हील की गति |
| धुरी-बिंदु से गेंदों की नीचे की ऊँचाई | 0.358 m | h = g ÷ ω² |
| 40 rpm पर गेंद की भुजा का कोण | ऊर्ध्वाधर से 44° | cos φ = 0.358 ÷ 0.5 |
गवर्नर की ऊँचाई का सूत्र शंक्वाकार लोलक से आता है: ऊर्ध्वाधर धुरी के चारों ओर घूमती गेंद वहाँ टिकती है जहाँ भुजा का भीतर की ओर खिंचाव गुरुत्व को संतुलित करता है, यानी धुरी-बिंदु से h = g/ω² नीचे, उसका द्रव्यमान चाहे जो हो। तेज़ घुमाएँ तो h छोटा होता है, इसलिए गेंदें ऊपर उठती हैं। अमेरिकन सोसाइटी ऑफ़ मैकेनिकल इंजीनियर्स का अनुमान है कि दोहरी क्रिया वाला बनने के बाद व्हिटब्रेड इंजन लगभग 35 सूचित हॉर्सपावर का था, यह मानकर कि औसत प्रभावी दाब 10 psi और प्रति मिनट 20 से 21 स्ट्रोक थे। मॉडल भी इन्हीं आँकड़ों पर पहुँचता है।
एक ही इंजन पर न्यूकॉमेन बनाम वॉट
नियंत्रण टैब में अलग कंडेंसर नाम का एक स्विच है। इसे बंद करें, तो मॉडल न्यूकॉमेन इंजन की तरह काम करता है: हर स्ट्रोक के अंत में ठंडी धार सीधे सिलिंडर में छिड़की जाती है, और कंडेंसर का बर्तन ख़ाली बैठा रहता है। दो चीज़ें बदलती हैं। निर्वात कमज़ोर हो जाता है, क्योंकि धार को गरम सिलिंडर दीवार से जूझना पड़ता है, इसलिए मॉडल का पीछे का दाब 0.2 bar से बढ़कर 0.55 bar हो जाता है। और हर स्ट्रोक पर दीवारें ठंडी होती हैं, इसलिए अगली भाप को धकेलने से पहले उन्हें फिर गरम करना पड़ता है।
दूसरा असर वही है जिसके पीछे वॉट पड़े थे, और इसी में कोयला ख़र्च होता है। मॉडल इसे गिनने के लिए दीवारों पर संघनित होने वाली भाप को काम करने वाली भाप में जोड़ता है। अलग कंडेंसर के साथ काम करने वाले हर किलोग्राम पर यह 0.6 kg जोड़ता है, जो ऐसे जैकेट वाले सिलिंडर का हिसाब है जो फिर भी थोड़ी ऊष्मा खोता है। सिलिंडर में धार के साथ यह 2 kg जोड़ता है, यानी सारी भाप का दो-तिहाई लोहे को फिर गरम करने में चला जाता है। दोनों आँकड़े मॉडल के मान हैं, जिन्हें इस तरह चुना गया है कि नतीजा साइंस म्यूज़ियम के "दो-तिहाई कम कोयला" के पास आए।
लैब की पट्टियाँ उसी इंजन का नतीजा 40 rpm पर, थ्रॉटल पूरा खोलकर दिखाती हैं:
| सेटिंग | प्रति hp·घंटा कोयला | दक्षता |
|---|---|---|
| सिलिंडर में धार (न्यूकॉमेन) | 10.1 kg (22.3 lb) | 0.9% |
| अलग कंडेंसर (वॉट) | 3.3 kg (7.2 lb) | 2.8% |
यानी उतने ही काम के लिए 3.1 गुना कोयला। चलते मॉडल में यह फ़र्क़ एक और तरह से भी दिखता है। 30 hp के डिज़ाइन भार पर न्यूकॉमेन सेटिंग टिक नहीं पाती: थ्रॉटल पूरा खुल जाता है, गति गिरती है, और इंजन रुक जाता है। भार 15 hp करें, तो यह 40.6 rpm पर टिका रहता है, पर घंटे में 239 kg कोयला जलाता है, जबकि उसी भार पर वॉट सेटिंग 87 kg जलाती है।
प्रति हॉर्सपावर-घंटा कोयला, हिसाब के साथ
वॉट के समय के इंजीनियर इंजनों की तुलना इस बात से करते थे कि तय मात्रा के कोयले से वे कितना काम करते हैं। मॉडल डिज़ाइन भार पर, गवर्नर चालू रखकर, यही हिसाब क़दम-दर-क़दम करता है:
| क़दम | मॉडल का मान | कैसे निकलता है |
|---|---|---|
| वाल्व चेस्ट का दाब | 1.11 bar | पाइप और 41% खुले थ्रॉटल के बाद |
| उस दाब पर भाप का तापमान | 102.6 °C | संतृप्ति तापमान |
| उस भाप का घनत्व | 0.64 kg/m³ | संतृप्ति पर आदर्श गैस, p ÷ (R T) |
| हर दोहरे स्ट्रोक में भीतर आया आयतन | 0.58 m³ | दोनों सिरे, स्ट्रोक की शुरुआत से कट-ऑफ़ तक |
| हर दोहरे स्ट्रोक की भाप, दीवार की हानि सहित | 0.60 kg | 0.58 m³ × 0.64 kg/m³ × 1.6 |
| 40.3 rpm पर प्रति घंटा भाप | 719 kg | प्रति मिनट 20.2 दोहरे स्ट्रोक |
| प्रति घंटा कोयला | 120 kg | प्रति kg कोयले से 6 kg भाप |
| सूचित शक्ति | 35.0 hp (26.1 kW) | p-V लूप से |
| प्रति हॉर्सपावर-घंटा कोयला | 3.4 kg | 120 ÷ 35.0 |
| दक्षता | 2.7% | 26.1 kW ÷ (120 kg/h × 29 MJ/kg) |
इनमें से दो आँकड़े नतीजे नहीं, मान्यताएँ हैं: मॉडल का बॉयलर हर किलोग्राम कोयले से 6 kg भाप बनाता है, और कोयले में प्रति किलोग्राम 29 MJ है। दोनों मॉडल के मान हैं। इनमें से किसी को भी बदलें, तो तालिका में उसके नीचे का हर आँकड़ा साथ-साथ बदल जाता है।
आख़िरी पंक्ति को धीरे से पढ़ें। कोयले की हर सौ इकाई ऊष्मा में से तीन से भी कम काम बनकर पिस्टन तक पहुँचती है। बाक़ी चिमनी से ऊपर, टंकी के ठंडे पानी में, और उस गुनगुने पानी में चली जाती है जिसे एयर पंप हॉट वेल में डालता है। मॉडल में 1 kg कोयला पिस्टन पर 0.78 MJ काम देता है। यह एक टन पानी को 80 मीटर उठाने के लिए काफ़ी है, और ऐसे ही कामों के लिए ये इंजन ख़रीदे जाते थे। न्यूकॉमेन सेटिंग पर वही 1 kg कोयला 0.27 MJ देता है।
हॉर्सपावर क्या है
शक्ति का रीडआउट पहले हॉर्सपावर दिखाता है, क्योंकि वॉट अपने इंजनों को इसी इकाई में आँकते थे। एक हॉर्सपावर का मतलब है प्रति मिनट 33,000 फ़ुट-पाउंड काम: हर मिनट 33,000 पाउंड का बल एक फ़ुट तक, या 330 पाउंड 100 फ़ुट तक। अमेरिका का नेशनल इंस्टिट्यूट ऑफ़ स्टैंडर्ड्स ऐंड टेक्नोलॉजी इसका रूपांतरण प्रति सेकंड 550 फ़ुट-पाउंड बताता है, जो 745.7 वाट है। मॉडल वाट को हॉर्सपावर में बदलने के लिए इसी संख्या से भाग देता है, इसलिए 26.1 kW का मतलब 35.0 hp होता है।
उसके बगल में किलोवाट का आँकड़ा इसलिए है कि आज लगभग हर चीज़ वाट में आँकी जाती है। वॉट की अपनी इकाई में, सिडनी इंजन की मरम्मत के बाद की 10 से 15 हॉर्सपावर का अर्थ था 10 से 15 घोड़ों का बिना रुके किया गया काम।
भाप को और पहले काटना
वॉट ने देखा कि वाल्व बंद होने के बाद भी सिलिंडर में पहुँच चुकी भाप काम करती रह सकती है, और कट-ऑफ़ स्लाइडर से आप यह आज़मा सकते हैं। यह तय करता है कि स्ट्रोक में कितनी दूर तक ताज़ी भाप आती रहे। मॉडल का स्लाइड वाल्व असली ढंग का है, इसलिए कट-ऑफ़ बदलने से उसका लैप और एंगल ऑफ़ एडवांस बदलते हैं, और निकास भी अलग बिंदु पर खुलता है। बिना लीड के, जिस वाल्व का लैप उसकी यात्रा का L भाग है, वह पिस्टन की लगभग cos²δ स्थिति पर कट-ऑफ़ करता है, जहाँ sin δ = L। मॉडल का 45° कट-ऑफ़ को आधे स्ट्रोक के पास रखता है।
फैलाव फ़ायदेमंद है क्योंकि बंद भाप मुफ़्त में धकेलती रहती है। स्थिर तापमान पर भाप अपने आयतन से दुगुनी फैले, तो वह भीतर आते समय किए गए काम का 1 + ln 2 = 1.69 गुना काम करती है। चार गुना फैले, तो 2.39 गुना। इसलिए छोटा कट-ऑफ़ हर किलोग्राम भाप से ज़्यादा काम निकालता है।
मुश्किल यह है कि छोटे कट-ऑफ़ का मतलब हर स्ट्रोक में कम भाप भी है, और इसलिए कम शक्ति। वॉट के 1.45 bar पर कट-ऑफ़ 25% करें, तो इंजन 30 hp नहीं उठा पाता: वह धीमा होकर रुक जाता है। बॉयलर दाब 2.5 bar करें, तो वह फिर 41.4 rpm पर टिक जाता है, थ्रॉटल केवल 24% खुला, और प्रति hp·घंटा 3.4 के बजाय 2.4 kg कोयला लगता है। बाद के इंजीनियरों ने यही रास्ता अपनाया। 1800 के दशक के कॉर्निश पंपिंग इंजन उच्च दाब वाली भाप लेते और उसे जल्दी काट देते थे; मॉडल को 3.5 bar पर 20% कट-ऑफ़ और एकल क्रिया पर सेट करें, तो पट्टियाँ प्रति hp·घंटा 1.8 kg दिखाती हैं।
एकल क्रिया और दोहरी क्रिया
दोहरी क्रिया स्विच तय करता है कि भाप सिलिंडर के निचले भाग में जाए या नहीं। बंद करने पर पिस्टन का निचला हिस्सा हमेशा कंडेंसर से जुड़ा रहता है, जैसा वॉट के पहले पंपिंग इंजनों में था। हर दोहरे स्ट्रोक का काम आधा हो जाता है, और पूरे थ्रॉटल पर मॉडल 42 के बजाय 20 hp देता है। 30 hp के डिज़ाइन भार पर एकल क्रिया वाला इंजन धीमा होकर रुक जाता है। 15 hp पर यह लगभग 38 rpm पर टिकता है, थ्रॉटल 84% खुला।
मंच पर भी फ़र्क़ दिखता है। एकल क्रिया सेटिंग पर सिलिंडर का निचला भाग हर समय हल्का नीला रहता है, और ग्राफ़ पर p-V बिंदु हर चक्र का आधा समय कंडेंसर रेखा पर बिताता है।
इतिहास के इंजन
«इतिहास के इंजन» की सूची में 76 इंजन हैं, 1698 के सेवरी पंप से आज के कोयला बिजलीघर तक। नाम, वर्ष या स्थान से खोजें और देश व उपयोग से छाँटें: खदान और जल पंप, कारखाने और मिलें, लोकोमोटिव और सड़क वाहन, जहाज़, बिजली, मॉडल और पेटेंट। चुनाव से नीचे दिए छह प्रकारों में से संबंधित इंजन मंच पर आता है और वॉट मॉडल की चार सेटिंग उसे दर्शाने के लिए बदलती हैं: निकास की मंज़िल (सिलिंडर में पानी का छिड़काव, अलग कंडेंसर या खुली हवा), एकल या दोहरी क्रिया, कट-ऑफ़ और बॉयलर का दाब। ये इंजन के प्रकार को दर्शाती हैं, उस ख़ास मशीन की माप नहीं हैं।
मेन्यू के नीचे की टिप्पणियाँ बताती हैं कि संग्रहालय और संस्थाएँ हर इंजन के बारे में क्या कहते हैं। कुछ में शक्ति का आँकड़ा है, और वे असली इंजन के आँकड़ों के रूप में दिखाए गए हैं: 1843 में एसएस ग्रेट ब्रिटेन के इंजन के लिए 1,000 hp, 1876 की सेंटेनियल प्रदर्शनी में मशीनरी हॉल चलाने वाले कॉर्लिस इंजन के लिए 1,400 hp, और 1903 के बर्नली मिल इंजन के लिए 700 hp। आख़िरी विकल्प पिस्टन इंजन है ही नहीं। 2024 में अमेरिका के कोयला बिजलीघरों ने हर किलोवाट-घंटा बनाने में औसतन 10,777 Btu ईंधन लगाया, और क्योंकि एक किलोवाट-घंटा 3,412 Btu है, यह 31.7% दक्षता हुई। वे आज भी पानी उबालते, भाप फैलाते और उसे संघनित करते हैं, पर टर्बाइनों में और कहीं ज़्यादा दाब और तापमान पर।
लोकोमोटिव वाले विकल्प दिखाते हैं कि रेलवे बिना कंडेंसर के क्यों चल सकती थी। रॉकेट जैसी सेटिंग निकास को 1.01 bar की हवा में छोड़ देती है, जो वॉट के दाब पर लगभग कुछ नहीं बचने देती। 4.4 bar पर इतना दाब होता है कि वायुमंडल के विरुद्ध धकेलकर भी काम किया जा सके, बदले में प्रति हॉर्सपावर ज़्यादा कोयला लगता है।
एक मंच पर छह इंजन
मंच के निचले किनारे के बटन वॉट की जगह पाँच दूसरे इंजन दिखाते हैं। हर इंजन चलता है और उसकी दाब, दक्षता, कोयले की खपत और गति की रीडिंग बदलती है। हर आँकड़े के बाद छोटा चिह्न उसका आधार बताता है: «स्रोत» संग्रहालय या ऐतिहासिक मशीन के पेज का लिंक है; «मॉडल» का अर्थ है कि इस पेज के मॉडल ने उस प्रकार के लिए आँकड़ा निकाला है।
न्यूकॉमेन, 1712। ऊपर से खुला सिलिंडर घास के ढेर जैसे बॉयलर पर खड़ा है। लगभग वायुमंडलीय दाब की भाप पिस्टन के नीचे भरती है। दीवार की टंकी से ठंडे पानी की फुहार उसे संघनित करती है और ऊपर की हवा पिस्टन को नीचे दबाती है। बीम के चापाकार सिरों की ज़ंजीरें पिस्टन रॉड और पंप की छड़ को सीधे ऊपर-नीचे चलाती हैं। यूनिवर्सिटी ऑफ़ ह्यूस्टन के जॉन लीनहार्ड पहले न्यूकॉमेन इंजनों की दक्षता लगभग एक प्रतिशत का तिहाई बताते हैं। इसलिए 29 MJ वाला 1 kg कोयला लगभग 0.1 MJ काम देता था। साइंस म्यूज़ियम का ओल्ड सारा, वेकफ़ील्ड के पास का वायुमंडलीय इंजन, 1917 में भी 330 ft गहराई से लगभग 5 स्ट्रोक प्रति मिनट पर पानी उठा रहा था।
वॉट, 1785। बाकी पेज इसी इंजन के बारे में है। अलग कंडेंसर और 1.45 bar पर मॉडल की दक्षता 2.8% और खपत प्रति हॉर्सपावर-घंटा 3.3 kg कोयला है।
ट्रेविथिक, 1805। साइंस म्यूज़ियम का Hazledine and Co. इंजन वायुमंडल से लगभग 50 psi अधिक दाब, यानी 4.46 bar निरपेक्ष, पर 3 hp देता था। सिलिंडर बॉयलर में धँसा है ताकि भाप गर्म पहुँचे, और निकास चिमनी से होता है, इसलिए कंडेंसर और बीम नहीं हैं। मॉडल 2.3% दक्षता देता है: उच्च दाब वायुमंडलीय दाब पर भाप छोड़ने के अधिकतर नुकसान की भरपाई करता है, बहुत छोटे इंजन में।
रॉकेट, 1829। साइंस म्यूज़ियम ग्रुप के अनुसार स्टीफ़न्सन के लोकोमोटिव ने बहुनली बॉयलर और ब्लास्ट पाइप को मिलाया। दो तिरछे सिलिंडरों की निकास भाप चिमनी में तेज़ी से निकलकर आग की गैसें नलियों से खींचती है। इंजन जितना मेहनत करता है, आग उतनी तेज़ जलती है। उसी उच्च दाब और बिना कंडेंसर मॉडल 2.2% देता है।
तिहरा विस्तार, 1894। भाप क्रमशः बड़े होते तीन सिलिंडरों से गुज़रती है; हर सिलिंडर पहले में फैल चुकी भाप इस्तेमाल करता है। बॉस्टन के चेस्टनट हिल का लेविट पंपिंग इंजन ASME का ऐतिहासिक यांत्रिक धरोहर स्थल है। परीक्षण में यह 175.7 psi (13.1 bar निरपेक्ष) और 50.6 rpm पर चला और प्रति हॉर्सपावर-घंटा 1.146 lb कोयला जलाया। यह 0.52 kg है; प्रति kg 29 MJ मानने पर दक्षता 17.8%, वॉट मॉडल से छह गुना। ASME की पुस्तिका केवल इंजन की, भाप के आधार पर मापी दक्षता 20.8% बताती है। दूसरे विश्व युद्ध के लिबर्टी जहाज़, जैसे एसएस जेरमायाह ओब्रायन, तब भी 2,500 hp तिहरे विस्तार इंजन इस्तेमाल करते थे।
पार्सन्स टर्बाइन, 1884। पिस्टन नहीं है। मॉडल में भाप आवरण के बीच से आती है और रोटर के चल ब्लेडों तथा आवरण के स्थिर ब्लेडों की कतारों में फैलकर शाफ़्ट को सीधे घुमाती है। साइंस म्यूज़ियम ग्रुप पहली टर्बाइन की गति 18,000 rpm बताता है, जो डायनेमो के अनुकूल है, पर दक्षता नहीं देता; रीडिंग यही बताती है। 1892 तक कैम्ब्रिज की कंडेंसर वाली तीन 100 kW पार्सन्स टर्बाइनें परीक्षण में समान आकार के सबसे अच्छे पिस्टन इंजनों जितनी दक्ष निकलीं। तुलना के लिए आज के कोयला बिजलीघर की 31.7% दक्षता भी दिखाई जाती है।
एक किलोग्राम कोयला, इंजन-दर-इंजन
नियंत्रणों के नीचे दक्षता की दौड़ में हर इंजन 1 kg कोयला जलाकर पानी 10 m उठाता है। एक किलोग्राम को 10 m उठाने में 9.81 × 10 = 98.1 J लगते हैं। 1 kg कोयले में 29 MJ हैं, इसलिए उठने वाले पानी की मात्रा 29,000,000 × दक्षता ÷ 98.1 kg है।
| इंजन | वर्ष | दक्षता | 1 kg कोयले से 10 m उठाया पानी | आधार |
|---|---|---|---|---|
| न्यूकॉमेन | 1712 | 0.33% | 976 kg | यूनिवर्सिटी ऑफ़ ह्यूस्टन |
| स्मीटन, लॉन्ग बेंटन | 1774 | 1.4% | 4,139 kg | ASEE शोधपत्र |
| वॉट (मॉडल) | 1785 | 2.84% | 8,406 kg | यह मॉडल |
| ट्रेविथिक (मॉडल) | 1805 | 2.32% | 6,855 kg | यह मॉडल |
| रॉकेट (मॉडल) | 1829 | 2.22% | 6,559 kg | यह मॉडल |
| कॉर्निश इंजन | 1835 | 11% | 32,518 kg | ASME, Kew Bridge |
| कारखाने का बीम इंजन | 1846 | 3.4% | 10,055 kg | साइंस म्यूज़ियम ग्रुप |
| तिहरा विस्तार (3 सिलिंडर) | 1894 | 17.8% | 52,644 kg | ASME, Leavitt |
| आज का कोयला बिजलीघर | 2024 | 31.7% | 93,596 kg | US EIA |
दो पंक्तियाँ कोयले की खपत से निकाली गई हैं। 1846 का पील, विलियम्स और पील बीम इंजन प्रति हॉर्सपावर-घंटा लगभग 6 lb, यानी 2.72 kg कोयला जलाता था; दक्षता 3.4% बनती है। लेविट के 1.146 lb से 0.52 kg और 17.8% मिलते हैं। कॉर्निश इंजन की 11% वह समग्र दक्षता है जो ASME 1835 में कॉर्नवॉल के 80-inch इंजन के लिए देता है। उसी पुस्तिका के अनुसार 1830 के दशक के कॉर्निश इंजन प्रति टन कोयले पर सबसे अच्छे वॉट इंजनों से चार से पाँच गुना पानी उठाते थे। ASEE का शोधपत्र लॉन्ग बेंटन के स्मीटन इंजन के प्रति बुशल 9.45 मिलियन फ़ुट-पाउंड काम से लगभग 1.4% निकालता है। पहले न्यूकॉमेन इंजन से आज के बिजलीघर तक वही कोयला 96 गुना पानी उठाने लगा।
पट्टियाँ लघुगणकीय पैमाने पर हैं, जहाँ हर कदम पिछले से दस गुना है। सीधा पैमाना न्यूकॉमेन की पट्टी को इतना छोटा कर देता कि वह दिखती नहीं। नीचे का चार्ट उन्हीं नौ इंजनों को समयरेखा पर रखता है।
चुनौतियाँ और सुरक्षा वाल्व
नियंत्रणों के नीचे सात चुनौतियाँ इंजन की एक-एक विशेषता परखती हैं। तीन वॉट मॉडल चाहती हैं: उसी कोयले से न्यूकॉमेन का तीन गुना काम, 60 hp भार पर 40 rpm बनाए रखना, और जल्दी कट-ऑफ़ तथा अधिक बॉयलर दाब से 4% से अधिक दक्षता। 1.45 bar पर मॉडल लगभग 37 hp से 38 rpm के नीचे जाता है और 50 hp तक रुक जाता है, इसलिए भार की चुनौती में पहले बॉयलर 2.5 bar या अधिक करें। चौथी चुनौती सुरक्षा वाल्व इस्तेमाल करती है, जो बॉयलर पर वज़न वाला लीवर है। मॉडल के गाड़ी जैसे बॉयलर की सीमा 3.5 bar है, इस आकार के कम-दाब बॉयलर के लिए हमारी चुनी हुई संख्या। वाल्व चालू रखकर सेटिंग सीमा से ऊपर करें तो लीवर उठकर भाप छोड़ता है और इंजन 3.5 bar पर चलता रहता है। वाल्व बंद करने पर रीडिंग ख़तरे की चेतावनी देती है।
दाबमापी और धुआँ
मॉडल के दो डायल वे दाब दिखाते हैं जिन पर इंजन चालक नज़र रखता था। सिलिंडर के बगल वाले पाइप का भाप दाबमापी थ्रॉटल के बाद वाल्व चेस्ट को पढ़ता है, इसलिए गवर्नर थ्रॉटल बंद करे तो उसकी सुई गिरती है। कंडेंसर का निर्वात मापी वॉट के कंडेंसर के साथ 0.2 bar और न्यूकॉमेन सेटिंग पर 0.55 bar पढ़ता है। चिमनी का धुआँ मॉडल के जलाए कोयले के साथ चलता है: भार बढ़ाने पर या कोई फ़िज़ूलख़र्च सेटिंग चुनने पर वह गाढ़ा हो जाता है।
दाब-आयतन लूप पढ़ना
लाल बिंदु के पीछे घड़ी की दिशा में चलें। सपाट ऊपरी हिस्सा प्रवेश है, जब सिलिंडर का ऊपरी भाग भाप चेस्ट से जुड़ा होता है। उससे नीचे गिरता वक्र कट-ऑफ़ के बाद का फैलाव है, जहाँ आयतन बढ़ने के साथ दाब गिरता है। स्ट्रोक के 84% पर वाल्व ऊपरी भाग को निकास से जोड़ता है और दाब कंडेंसर रेखा तक गिर जाता है। लौटते स्ट्रोक पर वाल्व पिस्टन के ऊपर पहुँचने से पहले निकास बंद कर देता है, इसलिए बची हुई भाप क्लियरेंस स्पेस में दब जाती है और पिस्टन के लिए गद्दी का काम करती है। लूप के भीतर का क्षेत्रफल एक चक्र में पिस्टन की उस ओर किया गया काम है।
भार घटाएँ और लूप को सिकुड़ते देखें। गवर्नर थ्रॉटल बंद करता है, भाप चेस्ट का दाब गिरता है, और लूप का सपाट ऊपरी हिस्सा नीचे खिसक जाता है। इसे थ्रॉटल गवर्निंग कहते हैं: इंजन हमेशा उसी बिंदु पर कट-ऑफ़ करता है, पर पतली भाप पर काम करता है।
मॉडल असली इंजनों से कहाँ अलग है
1785 का इंजन भाप को ड्रॉप वाल्व से भीतर लेता है, स्लाइड वाल्व से नहीं। हमने स्लाइड वाल्व इसलिए लिया कि एक ही चलता पुर्ज़ा वाल्व की सारी घटनाएँ दिखा देता है। असली कनेक्टिंग रॉड 5.5 m लंबी है, मॉडल की 4 m से ज़्यादा, और व्हिटब्रेड इंजन का बीम बनने के बरसों बाद ढलवाँ लोहे का कर दिया गया था, जबकि हमारा ओक का है। बॉयलर दाब हमारा अपना चुनाव है: 1.45 bar निरपेक्ष, ताकि पाइप और थ्रॉटल के बाद वाल्व चेस्ट वायुमंडलीय दाब से थोड़ा ऊपर रहे, ASME के सुझाए वायुमंडल से 3 psi ऊपर के क़रीब। फ़्लाईव्हील भी असली से हल्का है, ताकि भार में बदलाव मिनटों के बजाय सेकंडों में स्थिर हो जाए।
कंडेंसर मॉडल से लैप इंजन तक
वॉट ने अपना कंडेंसर मॉडल 1765 में बनाया और 1769 में पेटेंट पाया। मैथ्यू बोल्टन के साथ साझेदारी के बाद 1776 में यह पेटेंट अमल में आया, एक खदान के पंपिंग इंजन और एक लोहे के कारख़ाने के ब्लोइंग इंजन में। ASME कहता है कि वे उस समय के सामान्य ईंधन का एक-तिहाई जलाते थे। इसके बाद घूमने वाली गति आई: "एक धुरी के चारों ओर वृत्ताकार गति" के लिए वॉट का पेटेंट, जिसमें सन और प्लैनेट गियर शामिल था, 25 अक्टूबर 1781 का है। दोहरी क्रिया और फैलाव वाला काम मार्च 1782 में आए, और पैरेलल मोशन अगस्त 1784 में।
सिडनी का व्हिटब्रेड ब्रुअरी इंजन 1785 में लगाया गया, शायद कंपनी का बनाया छठा घूमने वाला इंजन, और 1887 तक 102 साल चला। पावरहाउस म्यूज़ियम के अनुसार इसकी शक्ति 10 से 15 हॉर्सपावर करने के लिए इसमें बदलाव किए गए, और इसका गवर्नर 1790 के दशक में जोड़ा गया। 1788 का लैप इंजन, जो अब लंदन के साइंस म्यूज़ियम में है, बोल्टन की सोहो मैन्युफ़ैक्टरी में 70 साल तक पॉलिश करने वाले लैप चलाता रहा। ASME इसे अपकेंद्री गवर्नर वाला पहला इंजन दर्ज करता है। वॉट ने इसे 10 हॉर्सपावर का आँका था, और 1858 के एक परीक्षण में 13.75 मापा गया। कुल मिलाकर बोल्टन और वॉट ने लगभग 500 इंजन बनाए, जिनमें से क़रीब 60% घूमने वाले थे।
सवाल-जवाब
वॉट के अलग कंडेंसर ने क्या बदला?
इससे सिलिंडर हर समय गरम रह सका, जबकि भाप अपने अलग ठंडे बर्तन में संघनित होती थी। न्यूकॉमेन इंजन हर स्ट्रोक पर सिलिंडर को ठंडा करके फिर गरम करते थे। साइंस म्यूज़ियम कहता है कि वॉट के कंडेंसर वाले इंजन दो-तिहाई कम कोयला जलाते थे।
क्या भाप इंजन का आविष्कार वॉट ने किया?
नहीं। थॉमस न्यूकॉमेन का वायुमंडलीय इंजन 1712 से खदानों से पानी पंप कर रहा था। वॉट ने इसे कहीं ज़्यादा कुशल बनाया और बाद में इसे दोहरी क्रिया वाला और शाफ़्ट घुमाने लायक़ बनाया, जिससे भाप की शक्ति खदानों से निकलकर मिलों और कारख़ानों तक पहुँची।
वॉट ने क्रैंक के बजाय सन और प्लैनेट गियर क्यों लिया?
क्रैंक का पेटेंट पहले ही किसी और के नाम था, इसलिए वॉट ने 1781 में "एक धुरी के चारों ओर वृत्ताकार गति" पाने के दूसरे तरीक़ों का पेटेंट लिया और उनमें से यह चुना। यह गति को दुगुना भी करता है: पिस्टन के हर दोहरे स्ट्रोक पर फ़्लाईव्हील दो चक्कर घूमता है, यानी हर एकल स्ट्रोक पर शाफ़्ट एक चक्कर।
दोहरी क्रिया का मतलब क्या है?
भाप बारी-बारी से पिस्टन के दोनों चेहरों पर धकेलती है: नीचे वाले स्ट्रोक के लिए ऊपर, और ऊपर वाले स्ट्रोक के लिए नीचे। जिस ओर धक्का नहीं लग रहा, वह कंडेंसर से जुड़ी रहती है। एकल क्रिया वाले इंजन को केवल एक ही ओर धक्का मिलता है।
अपकेंद्री गवर्नर कैसे काम करता है?
दो वज़न इंजन के साथ घूमते हैं। तेज़ घुमाव उन्हें बाहर और ऊपर फेंकता है, जो कड़ियों के ज़रिए थ्रॉटल बंद करता है; धीमा घुमाव उन्हें गिरने देता है और थ्रॉटल खुल जाता है। मॉडल में भार 30 hp से 10 hp होने पर गवर्नर के साथ गति केवल लगभग 2 rpm बढ़ती है, जबकि उसके बिना 70 rpm से ज़्यादा।
क्या वॉट के इंजनों में भाप का दाब ऊँचा था?
नहीं। वे वायुमंडलीय दाब के क़रीब काम करते थे और अपने धक्के के बड़े हिस्से के लिए कंडेंसर के निर्वात पर निर्भर थे। ASME व्हिटब्रेड इंजन के लिए वायुमंडल से लगभग 3 psi ऊपर का अनुमान देता है। कहीं ऊँचे दाब पर चलने वाले इंजन बाद में आए।
p-V आरेख किस काम आता है?
यह सिलिंडर के दाब को आयतन के सामने दिखाता है। लूप के भीतर का क्षेत्रफल एक चक्र में किया गया काम है। इंजीनियर इसे स्टीम इंजन इंडिकेटर से बनाते थे, ताकि इंजन की असली शक्ति माप सकें और उसके वाल्व ठीक कर सकें।
वॉट के कंडेंसर ने कितना कोयला बचाया?
साइंस म्यूज़ियम इसे दो-तिहाई कम कोयला बताता है। मॉडल अलग कंडेंसर के साथ प्रति हॉर्सपावर-घंटा 3.3 kg और सिलिंडर में धार के साथ 10.1 kg देता है, यानी 3.1 का अनुपात, दीवार की उन हानियों के साथ जो इस आँकड़े से मेल खाने के लिए चुनी गई हैं।
एक हॉर्सपावर कितने वाट है?
745.7 W। वॉट का हॉर्सपावर प्रति मिनट 33,000 फ़ुट-पाउंड या प्रति सेकंड 550 फ़ुट-पाउंड है, और NIST इसका रूपांतरण 745.6999 W दर्ज करता है।
बाद के इंजन कहीं ऊँचा दाब क्यों लेते थे?
ऊँचे दाब की भाप को जल्दी काटकर दूर तक फैलाया जा सकता है, जिससे हर किलोग्राम से ज़्यादा काम निकलता है। इससे इंजन बिना कंडेंसर के वायुमंडल के विरुद्ध भी धकेल सकता है, और लोकोमोटिव को यही चाहिए था। मॉडल में 25% कट-ऑफ़ 30 hp का भार तभी उठाता है जब बॉयलर लगभग 2.5 bar तक बढ़ाया जाए।
क्या बिजलीघर आज भी कंडेंसर इस्तेमाल करते हैं?
हाँ। भाप टर्बाइन वाला बिजलीघर अपनी निकास भाप को कंडेंसर में फिर पानी बनाता है, उसी कारण से जिससे वॉट ने किया: निकास वाली ओर का कम दाब भाप से ज़्यादा काम करवाता है। 2024 में अमेरिका के कोयला संयंत्र लगभग 32% दक्षता पर चले, जबकि मॉडल इंजन लगभग 3% पर।
न्यूकॉमेन और ट्रेविथिक के इंजन में क्या अंतर है?
न्यूकॉमेन लगभग वायुमंडलीय दाब पर काम करता था। भाप केवल सिलिंडर भरती थी; उसके संघनित होने से बने निर्वात में हवा पिस्टन दबाकर काम करती थी। 1800 के दशक की शुरुआत में ट्रेविथिक के इंजन वायुमंडल से लगभग 50 psi ऊपर चलते थे: भाप स्वयं पिस्टन धकेलती और बाद में बाहर निकाली जा सकती थी। इससे इंजन पहियों पर रखने लायक छोटे बने।
तिहरे विस्तार का इंजन क्या है?
भाप क्रम से तीन सिलिंडरों में काम करती है। दाब गिरने पर उसका आयतन बढ़ता है, इसलिए हर अगला सिलिंडर बड़ा होता है। विस्तार बाँटने से हर सिलिंडर का तापमान-अंतर घटता है और दीवार पर कम भाप संघनित होती है। 1894 का लेविट इंजन इसी तरह प्रति हॉर्सपावर-घंटा 1.146 lb कोयला जलाता था।
बिजलीघरों में टर्बाइन ने पिस्टन इंजनों की जगह क्यों ली?
टर्बाइन एकसार तेज़ घूमती है, जो जनरेटर के अनुकूल है, और भाप कई चरणों से गुज़रते हुए काम करती रहती है। साइंस म्यूज़ियम ग्रुप के अनुसार 1892 की कैम्ब्रिज पार्सन्स टर्बाइनें परीक्षण में समान आकार के सर्वोत्तम पिस्टन इंजनों के बराबर थीं और उस स्टेशन ने टर्बाइन के उभार की शुरुआत की। संग्रहालय कहता है कि आज भी हमारी अधिकांश ऊर्जा टर्बाइनों से मिलती है।
बिजलीघर कोयले से न्यूकॉमेन से कितना अधिक काम लेता है?
लगभग 96 गुना। न्यूकॉमेन की दक्षता लगभग 0.33% थी और 2024 में अमेरिकी कोयला बिजलीघरों की औसत 31.7%। 1712 में 1 kg कोयला 976 kg पानी 10 m उठाता था; आज लगभग 93,600 kg उठाता है।
शब्दावली
बीम इंजन: ऐसा इंजन जिसमें पिस्टन बीच की धुरी पर झूलते बीम के एक सिरे को चलाता है।
घूमने वाला इंजन: शाफ़्ट घुमाने वाला इंजन, पंपिंग इंजन के उलट जो केवल झूलता है।
अलग कंडेंसर: सिलिंडर से अलग एक ठंडा बर्तन, जहाँ निकास भाप फिर पानी बनती है।
दोहरी क्रिया: भाप बारी-बारी से पिस्टन के दोनों ओर काम करती है।
स्लाइड वाल्व: सरकता गुटका जो सिलिंडर के पोर्ट को बारी-बारी से भाप और निकास के लिए खोलता है।
कट-ऑफ़: स्ट्रोक का वह बिंदु जहाँ ताज़ी भाप का आना रुकता है। इसके बाद भाप फैलकर काम करती है।
स्टीम लैप: वाल्व बीच में होने पर उसका किनारा पोर्ट को जितना ढकता है।
पैरेलल मोशन: वॉट की कड़ी, जो बीम की चाप वाली गति से पिस्टन रॉड को सीधी रेखा में चलाती है।
सन और प्लैनेट गियर: गियरों की जोड़ी जो कनेक्टिंग रॉड की ऊपर-नीचे गति को शाफ़्ट के घुमाव में बदलती है।
अपकेंद्री गवर्नर: घूमते वज़न जो गति बढ़ने पर थ्रॉटल बंद करते हैं।
औसत प्रभावी दाब: वह स्थिर दाब जो एक स्ट्रोक में असली, बदलते दाब जितना ही काम करे।
सूचित शक्ति: घर्षण से पहले, भाप द्वारा पिस्टन को दी गई शक्ति।
पीछे का दाब: पिस्टन की निकास वाली ओर का दाब, जो उसके विरुद्ध काम करता है।
प्रति हॉर्सपावर-घंटा कोयला: एक घंटे तक एक हॉर्सपावर का काम करने में इंजन जितना कोयला जलाता है। कम हो तो बेहतर।
फैलाव वाला काम: भाप जल्दी बंद करके सिलिंडर में पहुँच चुकी भाप को फैलने देना।
हॉर्सपावर: प्रति मिनट 33,000 फ़ुट-पाउंड काम, 745.7 W।
वायुमंडलीय इंजन: न्यूकॉमेन जैसा इंजन, जिसमें भाप संघनित करके बने निर्वात की ओर हवा पिस्टन दबाती है।
उच्च दाब इंजन: वायुमंडल से बहुत अधिक दाब वाली भाप स्वयं पिस्टन धकेलती और आम तौर पर बाद में बाहर निकलती है।
तिहरा विस्तार: उच्च, मध्यम और निम्न दाब के तीन सिलिंडरों में क्रम से भाप का उपयोग।
भाप टर्बाइन: बिना पिस्टन की मशीन, जिसमें ब्लेडों की कतारों से गुज़रती भाप रोटर घुमाती है।
सुरक्षा वाल्व: वज़न या स्प्रिंग से बंद रहने वाला वाल्व, जो बॉयलर की दाब सीमा पर खुलता है।
प्रति बुशल काम (Duty): पंपिंग इंजन का पुराना माप: प्रति बुशल कोयले से मिलने वाला फ़ुट-पाउंड काम।
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- साइंस म्यूज़ियम ग्रुप संग्रह, ट्रेविथिक का उच्च दाब भाप इंजन और बॉयलर, लगभग 1806. https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co51033/trevithicks-high-pressure-steam-engine-and-boiler-c-1806 (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- साइंस म्यूज़ियम ग्रुप संग्रह, पील, विलियम्स और पील का भाप इंजन. https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8414737/peel-williams-peel-steam-engine (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- अमेरिकन सोसायटी ऑफ़ मैकेनिकल इंजीनियर्स (ASME), चेस्टनट हिल का लेविट पंपिंग इंजन, धरोहर पुस्तिका 2. https://www.asme.org/getmedia/0ae20250-f58e-44bb-9162-1deeae56533f/2.pdf (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- अमेरिकन सोसायटी ऑफ़ मैकेनिकल इंजीनियर्स (ASME), एसएस जेरमायाह ओब्रायन, ऐतिहासिक मशीन 98. https://www.asme.org/about-asme/engineering-history/landmarks/98-SS-Jeremiah-O-Brien (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- साइंस म्यूज़ियम ग्रुप संग्रह, 100 kW पार्सन्स रेडियल-फ़्लो भाप टर्बाइन और जनरेटर, आंशिक कटाव. https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8625819/100-k-w-parsons-radial-flow-steam-turbine-alternator-with-generator-partly-sectioned (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- साइंस म्यूज़ियम ग्रुप संग्रह, विलन्स का तिहरे विस्तार वाला इंजन, 1884–1887. https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co51066/willans-triple-expansion-engine-1884-1887 (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- अमेरिकन सोसायटी ऑफ़ मैकेनिकल इंजीनियर्स (ASME), पोर्ट वॉशिंगटन बिजलीघर, ऐतिहासिक मशीन 51. https://www.asme.org/about-asme/engineering-history/landmarks/51-Port-Washington-Power-Plant (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- Musée des Arts et Métiers, भाप गाड़ी. https://www.arts-et-metiers.net/musee/fardier-vapeur (जाँच: 26 अक्टूबर 2026)
- बाकी सूची मंच से हर इंजन के Science Museum Group, ASME या संग्रहालय के अपने पेज पर ले जाती है (सभी की जाँच: 26 अक्टूबर 2026)।
- इस पेज के हिसाब मॉडल के अपने कोड से आते हैं: पिस्टन की स्थिति बीम और रॉड की ज्यामिति से, वाल्व की घटनाएँ 45° एंगल ऑफ़ एडवांस वाले स्लाइड वाल्व से, कट-ऑफ़ के बाद का दाब समतापी फैलाव (pV = स्थिरांक) से, और गवर्नर h = g/ω² से। भाप और कोयले के आँकड़े भी उसी कोड से आते हैं: संतृप्ति पर आदर्श गैस नियम से भाप का घनत्व, प्रति kg कोयले से 6 kg भाप, प्रति kg कोयले में 29 MJ, और दीवार की हानि काम करने वाली भाप की 0.6 गुना (अलग कंडेंसर) और 2.0 गुना (सिलिंडर में धार)।
मार्ग 1 में से 4
इंजन: भाप से रॉकेट तकऔर प्रदर्शनियाँ
चार-स्ट्रोक इंजन कैसे काम करता है
3,000 rpm पर हर सिलिंडर एक सेकंड में 25 बार फ़ायर होता है। यहाँ इंजन इतना धीमे घूमता है कि आप हर स्ट्रोक देख सकें, और इसे सिंगल से लेकर V8 तक किसी भी बनावट में बदल सकें, हर एक अपने फ़ायरिंग क्रम के साथ।
द्रव रॉकेट इंजन कैसे काम करता है
नूरी का 75 टन वाला इंजन हर सेकंड 255 kg केरोसीन और द्रव ऑक्सीजन जलाता है, और यही इंजन समुद्र तल की तुलना में अंतरिक्ष में लगभग 13 प्रतिशत ज़्यादा ज़ोर से धकेलता है।
टर्बोचार्जर: इंटरैक्टिव सिमुलेटर, क़दम-दर-क़दम
इस 2.0 लीटर इंजन मॉडल में 1,42,000 rpm पर घूमता एक शाफ़्ट हर सिलिंडर में लगभग दोगुनी हवा भर देता है।
सग्रादा फ़ैमिलिया कब पूरा होगा? भीतर की सैर
भीतर 45 m ऊपर स्तंभ शाखाओं में बँटते हैं। सूरज फ़र्श पर नीली और नारंगी रोशनी चलाता है।
ग्रैंड कैन्यन कैसे बना? चट्टानी परतों से नदी तक पैदल उतरें
Bright Angel Trail पर 13 परतों में 1,360 m उतरें: किनारे के 27 करोड़ वर्ष पुराने समुद्री तल से नदी के 175 करोड़ वर्ष पुराने शिस्ट तक।
माचू पिचू का इतिहास: इंका नगर में पैदल सैर
माचू पिचू को पहाड़ी धार पर टिकाए रखने वाला ज़्यादातर काम ज़मीन के नीचे, अदृश्य नींव और नालियों में है। एक अनुमान में यह निर्माण के 60 प्रतिशत प्रयास के बराबर है।