Une machine à vapeur est une machine thermique qui convertit l'énergie thermique de la vapeur en énergie mécanique. Le principe de fonctionnement de base est le suivant :

- Une chaudière transforme l'eau en vapeur sous pression.

- La vapeur est ensuite dirigée dans un cylindre, où elle se dilate et pousse un piston.

- Le piston est relié à un vilebrequin, qui convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif.

- Le mouvement de rotation du vilebrequin est ensuite utilisé pour alimenter divers appareils, tels que des pompes, des générateurs et des locomotives.

2. La chaudière

La chaudière est le cœur de la machine à vapeur. C'est là que l'eau se transforme en vapeur. La chaudière est généralement une cuve cylindrique en acier avec une chambre de combustion à une extrémité. La chambre de combustion est l'endroit où le combustible (généralement du charbon ou du bois) est brûlé. Les gaz chauds du foyer circulent autour de la chaudière, chauffant l’eau et la transformant en vapeur.

La pression de la vapeur est contrôlée par une soupape de sécurité. La soupape de sécurité est une soupape à ressort qui s'ouvre lorsque la pression à l'intérieur de la chaudière atteint un niveau prédéterminé. Cela empêche la chaudière d'exploser.

3. Le cylindre

Le cylindre est l'endroit où la vapeur fait son travail. Le cylindre est un récipient cylindrique en acier contenant un piston. Le piston est un disque métallique fixé à un vilebrequin. À mesure que la vapeur se dilate, elle pousse le piston vers le bas du cylindre. Le piston est relié au vilebrequin, qui convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif.

4. Le vilebrequin

Le vilebrequin est un arbre rotatif qui convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif. Le vilebrequin est relié aux roues de la locomotive, ou au générateur ou à la pompe que la machine à vapeur alimente.

5. Le condenseur

Le condenseur est un appareil qui condense la vapeur en eau. Le condenseur est généralement un récipient cylindrique en acier traversé par une série de tubes. La vapeur est dirigée à travers les tubes et l'eau froide de la rivière ou du lac circule autour des tubes, provoquant la condensation de la vapeur en eau.

L'eau condensée est ensuite renvoyée vers la chaudière, où elle est à nouveau réchauffée et transformée en vapeur.

6. Le système de lubrification

Le système de lubrification est essentiel au bon fonctionnement de la machine à vapeur. Le système de lubrification fait circuler l'huile autour des pièces mobiles du moteur, telles que le piston, le vilebrequin et les roulements. Cette huile aide à réduire la friction et l’usure, et aide également à empêcher le moteur de surchauffer.

7. La machine à vapeur en action

Lorsque la machine à vapeur est en fonctionnement, les étapes suivantes se produisent :

- Le foyer est allumé et le combustible (généralement du charbon ou du bois) est brûlé.

- Les gaz chauds du foyer circulent autour de la chaudière, chauffant l'eau et la transformant en vapeur.

- La vapeur est dirigée vers le cylindre, où elle se dilate et pousse le piston vers le bas du cylindre.

- Le piston est relié au vilebrequin, qui convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement rotatif.

- Le mouvement de rotation du vilebrequin est ensuite utilisé pour alimenter divers appareils, tels que des pompes, des générateurs et des locomotives.

La machine à vapeur est une machine puissante et polyvalente qui a été utilisée à diverses fins depuis son invention au XVIIIe siècle.