מנוע קיטור

מנוע קיטור הוא מנוע בעירה חיצונית בוכנאי, המופעל על ידי לחץ קיטור. מנוע הקיטור הבוכנאי הוא חלוץ מנועי החום המודרניים, ונושא הדגל של המהפכה התעשייתית במאה ה-18. כיום כמעט ואינו בשימוש משום יעילותו הנמוכה לעומת מנועי בעירה פנימית ומנועי טורבינה.

חתך של מנוע קיטור מסוף המאה ה-19

שני חלקיו היסודיים של מנוע הקיטור הם צילינדר ובוכנה. קיטור בלחץ גבוה, המיוצר בדוד קיטור, מסופק אל הצילינדר על ידי שסתום חלוקה, המונע באמצעות מערכת מוטות על ידי הבוכנה עצמה. הקיטור הנכנס לצילינדר דוחף את הבוכנה מטה. לאחר דחיפת הבוכנה וביצוע העבודה המכנית, יוצא הקיטור מן הצילינדר כשהטמפרטורה והלחץ שלו נמוכים יותר, והוא מעובה למים על ידי קירורו במעבה. המים החמים מוזרמים אל דוד הקיטור לשימוש חוזר. מנגנון ארכובה הופך את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית של גל ארכובה, אשר מניע מדחף, גלגלי קטר או כל מכונה אחרת. 

מנועי הקיטור הראשונים היו מנועי יניקה, והסתמכו על הלחץ האטמוספירי שפעל על הבוכנה כתוצאה מעיבוי האדים שבתוכו. לצורך כך נאלצו להשתמש במכלי לחץ (צילינדר) בעלי נפח עצום. בסביבות שנת 1800, מהנדס המכרות ריצ'רד טרביצ'יק מאנגליה המציא מנוע קיטור בלחץ גבוה, שאיפשר הפעלת מנוע נייד על גבי גלגלים, ואת קטר הרכבת. היו שחששו מרכבות הקיטור החדשניות. חששם היה שמשקלו של הקטר ימנע את נסיעתו וששאון הקטר יפחיד את בעלי החיים ויפגע בתנובתם. החששות התגלו כחסרי בסיס. המצאת רכבת הקיטור הובילה לפיתוח ענפים חדשים בתעשייה, שעד אותה עת לא היו רווחיים עקב עלויות התובלה. הרכבות גם איפשרו לראשונה תנועה מהירה של אנשים למקומות מרוחקים, והובילה לפיתוח מואץ של אזורי ספר וערי מסחר.

מנוע קיטור הוא מנוע בעירה חיצונית בוכנאי, המופעל על ידי לחץ קיטור. מנוע הקיטור הבוכנאי הוא חלוץ מנועי החום המודרניים, ונושא הדגל של המהפכה התעשייתית במאה ה-18. כיום כמעט ואינו בשימוש משום יעילותו הנמוכה לעומת מנועי בעירה פנימית ומנועי טורבינה.

חתך של מנוע קיטור מסוף המאה ה-19

שני חלקיו היסודיים של מנוע הקיטור הם צילינדר ובוכנה. קיטור בלחץ גבוה, המיוצר בדוד קיטור, מסופק אל הצילינדר על ידי שסתום חלוקה, המונע באמצעות מערכת מוטות על ידי הבוכנה עצמה. הקיטור הנכנס לצילינדר דוחף את הבוכנה מטה. לאחר דחיפת הבוכנה וביצוע העבודה המכנית, יוצא הקיטור מן הצילינדר כשהטמפרטורה והלחץ שלו נמוכים יותר, והוא מעובה למים על ידי קירורו במעבה. המים החמים מוזרמים אל דוד הקיטור לשימוש חוזר. מנגנון ארכובה הופך את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית של גל ארכובה, אשר מניע מדחף, גלגלי קטר או כל מכונה אחרת.

מנוע הקיטור הבוכנאי הומצא בסוף המאה ה-17 על ידי דני פפן (Denis Papin), ושימש בתחילה להנעת מכונות כרייה ומשאבות מים במכרות פחם באנגליה ובסקוטלנד^{[דרוש מקור]}. ב-1712 הציג תומאס ניוקומן את המנוע האטמוספירי שלו שהיה הראשון שנעשה בו שימוש מסחרי^{[דרוש מקור]}. בסוף המאה ה-18 ובראשית המאה ה-19 הוסיפו ופיתחו אותו ממציאים ומהנדסים אנגלים ואמריקאים, שהחשוב והנודע בהם הוא הממציא הסקוטי ג'יימס ואט.

פיתוח והפצת מנוע הקיטור על ידי ג'יימס ואט בשנת 1774 היו הכוח המניע של המהפכה התעשייתית. יש הטוענים כי מנוע הקיטור היה קרש הקפיצה של התעשייה אל העידן המודרני. עד אותה תקופה היו פועלים מפעילים מכונות בכוח פיזי, בעזרת בעלי חיים או בכוח הרוח והמים.

כתוצאה מן השימוש במנוע הקיטור התחוללו בתעשייה שינויים רבים, הראשון שבהם בתעשיית הטקסטיל. בעלי מטוויות הכותנה היו הצרכנים הגדולים הראשונים של מנועי הקיטור. טוויית החוטים החלה להיעשות בעזרת מנוע הקיטור, ותעשיית הכותנה, שעד אז הייתה תעשייה ביתית ידנית ברובה, עברה לבתי החרושת. ייצור החוטים הלך וגדל במהירות רבה.

מנועי הקיטור הימיים הראשונים נבנו כבר במאה ה-18, אך היו כבדים ובלתי-יעילים, תצרוכת הפחם שלהם הייתה עצומה ביחס לממדיהם ולהספקם, והדבר הגביל כמובן את ממדי ספינות הקיטור ואת טווח הפלגתן. רק ב-1865 לערך, לאחר ששופרו בשיעור ניכר מנועי הקיטור, משהחליף המדחף את גלגל המשוטות ועם ראשית הבנייה של כלי שיט גדולים עשויים ברזל, דחקו אוניות הקיטור את אוניות המפרשים מנתיבי הימים. מנוע הקיטור הוסיף לשמור על מעמדו עד לאחר מלחמת העולם הראשונה, אז תפסו את מקומו בהדרגה מנוע הדיזל וטורבינת הקיטור.

מנועי קיטור ביניקה (משמאל) ובלחץ גבוה (מימין)

מנועי הקיטור הראשונים היו מנועי יניקה, והסתמכו על הלחץ האטמוספירי שפעל על הבוכנה כתוצאה מעיבוי האדים שבתוכו. לצורך כך נאלצו להשתמש במכלי לחץ (צילינדר) בעלי נפח עצום. בסביבות שנת 1800, מהנדס המכרות ריצ'רד טרביצ'יק מאנגליה המציא מנוע קיטור בלחץ גבוה, שאיפשר הפעלת מנוע נייד על גבי גלגלים, ואת קטר הרכבת. היו שחששו מרכבות הקיטור החדשניות. חששם היה שמשקלו של הקטר ימנע את נסיעתו וששאון הקטר יפחיד את בעלי החיים ויפגע בתנובתם. החששות התגלו כחסרי בסיס. המצאת רכבת הקיטור הובילה לפיתוח ענפים חדשים בתעשייה, שעד אותה עת לא היו רווחיים עקב עלויות התובלה. הרכבות גם איפשרו לראשונה תנועה מהירה של אנשים למקומות מרוחקים, והובילה לפיתוח מואץ של אזורי ספר וערי מסחר.