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[근대] 증기기관 (두산)
증기기관 steam engine 蒸氣機關 증기가 가지는 열에너지를 기계적 일로 변환시키는 원동기의 한 형식. I. 개관 고압증기의 정적 압력(靜的壓力)을 실린더 내의 피스톤에 작용시켜 이것을 움직여 일을 시킨다. 18세기 중엽 영국에서는 방적기계·직물기계 등이 급속히 발달하여 공업이 점차 발전하게 되었다. 이에 따라 에너지원인 석탄의 채굴도 활발해지고, 지하수의 배수에도 어려움을 겪게 되자 펌프를 구동(驅動)하는 강력한 동력이 요구되었다. 1712년 T.뉴커먼은 실린더 내에 증기를 도입하여 피스톤을 상승시키고 증기가 냉각하면 실린더 내의 압력이 저하되어 피스톤을 대기압으로 내리누르는 대기압 증기기관을 만들었다. 글래스고대학의 수리공장에 근무하던 J.와트는 뉴커먼의 대기압 증기기관의 수리를 의뢰받고 성능개선에 노력한 결과 증기를 실린더 내에서 응고시키지 않고 다른 용기(응축기)에 이끌어서 응고시켜 피스톤을 대기압이 아닌 증기압력으로 구동하는 발명을 하여 오늘날 증기기관의 기초를 구축하였다. II. 구조 보일러에서 보내진 증기를 밸브실로 이끌어 여기서 밸브의 작용에 의하여 피스톤의 앞뒤에 번갈아 증기를 보내어 실린더 내에서 피스톤을 왕복운동시킨다. 이 피스톤의 왕복운동으로 피스톤 로드·연결봉에 이어진 크랭크에 전달되어 크랭크축을 회전시킨다. 증기를 피스톤의 앞뒤에 보낼 때는 슬라이드 밸브의 작용에 의하며, 이 슬라이드 밸브는 크랭크축에 붙여진 편심륜(偏心輪)에 의하여 전후로 움직여진다. 크랭크축에는 회전을 고르게 하기 위하여 플라이휠이 붙어 있다. 피스톤 양쪽에 증기를 보내는 것을 복동식(複動式)이라 하고 한쪽에만 증기를 보내는 것을 단동식(單動式)이라고 한다. 현재 일반적으로 사용되는 것은 복동식이다. 또, 1개의 실린더로 증기를 배기압력까지 팽창시키는 단식기관과 여러 개의 실린더로 증기를 차례로 팽창시키는 다단(多段) 팽창기관으로 나눌 수도 있다. 매분 회전수 200 이상을 고속기관, 100~200까지의 것을 중속기관, 100 이하의 것을 저속기관으로 분류하기도 한다. 증기기관은 구조가 간단하고 고장이 적고 취급이 쉬우며 회전을 시작할 때의 힘이 크다는 등의 장점이 있다. 역전도 간단히 할 수 있으나 열효율이 낮고 회전속도가 느리며 증기터빈과 같이 몇 만 마력의 대마력을 얻기가 어려울 뿐 아니라 보일러·응축기가 항상 필요하여 소형경량화가 어려운 등의 결점이 있다. 그러나 훌륭한 원동기였으므로 증기터빈이나 내연기관이 실용화될 때까지는 철도의 기관차에 많이 사용되었으며, 그 밖에 공장동력으로도 사용되어 한때 증기기관 전성시대도 있었다. 대출력의 원동기에는 증기터빈, 중소출력에는 내연기관이 사용되어 증기기관의 용도가 점차 좁아지고 있다. 요즈음에는 공장의 증기 해머, 윈치의 원동기(原動機) 등 특수한 경우에만 사용된다. 출전 : [두산세계대백과 Encyber Deluxe], ㈜두산, 2002 |
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