蒸気機関_1

　　
1.1 蒸気機関の基本

　ジェームズ・ワットが発明した往復動蒸気機関は、従来の風車や水車のように海岸や川岸
　といった場所の制約を受けずに設置できたため、工場で機械を動かす動力源として盛んに
　使用されるようになった。

　そこで、原動機の基礎中の基礎として、蒸気機関の基本原理について説明する。
　
　
　０）蒸気機関：初期状態

　ボイラ：水を入れた密閉容器で、熱源で加熱して水蒸気を発生させる。

　シリンダ：内部をピストンが往復運動するための密閉ケースである。

　ピストン：シリンダ内の圧力を受けて往復運動に変換する。本図は、ピストン下部にロッド
　　　　　　　の付いたクロスヘッドと呼ばれるタイプである。

　ロッドピン：クロスヘッドとコンロッドを連結する部品で、クロスヘッドとコンロッドはピンを介し
　　　　　　　　　て自由に回転することができる。

　コンロッド：クロスヘッドをクランクシャフトと連結する部品で、正式にはコネクティングロッド
　　　　　　　（連接棒）。

　クランクピン：コンロッドとクランクシャフトを連結する部品で、コンロッドとクランクシャフトはピン
　　　　　　　　　を介して自由に回転することができる。

　クランクシャフト：ピストンが受けた力を回転運動に変換する。
　
　バルブ A ~ D：パイプの長さ方向に動かすとバルブが開き、直角方向に動かすとバルブが
　閉じる。

　図では、バルブ A ~ D はすべて開いており、ボイラで発生した蒸気はシリンダの上側、下側
　均等に流れているので、ピストンはシリンダの中央部で停止している状態である。
　
　
　1）蒸気機関：ピストン上昇行程
　

　
　バルブ A ~ D が開いている状態から、バルブ B,C を閉じる。
　すると、ボイラで発生した蒸気は、バルブ D を通って、シリンダ下部に流れるため、蒸気の圧
　力はピストン下側に作用して、ピストンを上側に押し上げることになる。ピストンの上昇に伴っ
　て、コンロッドも引き上げられ、クランクシャフトが回転することになる。
　一方、シリンダ上部の残留蒸気は、バルブ A を通って外部に排出される。

　2）蒸気機関：ピストン下降行程
　

　
　ピストンが上昇しきった時点で、今度は、バルブ A,D を閉じ、バルブ B, C を開ける。
　すると、ボイラで発生した蒸気は、シリンダ上部に流れ込むため、蒸気の圧力はピストン上側
　に作用してピストンを下側に押し下げることになる。ピストンの下降に伴って、コンロッドも引き
　下げられ、クランクシャフトには引き続いて回転することになる。
　一方、シリンダ下部の残留蒸気は、バルブ C を通って、外部に排出される。

　3）蒸気機関：ピストン上昇行程
　

　ピストンが下降しきった時点で、今度は、バルブ A,D を開け、バルブ B, C を閉じる。
　すると、ボイラで発生した蒸気は、シリンダ下部に流れ込むため、蒸気の圧力はピストン下側
　に作用してピストンを上側に押し上げることになる。ピストンの上昇に伴って、コンロッドも引き
　上げられ、クランクシャフトには引き続いて回転することになる。
　一方、シリンダ上部の残留蒸気は、バルブ A を通って、外部に排出される。

　以上のように、ピストンの上昇、下降のタイミングに合わせて、４つのバルブ A, B, C, D を
　開閉することによって、クランクシャフトが回転を続けることになる。

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