Parni stroj je stroj koji energiju vodene pare koja se proizvodi u parnim kotlovima pretvara u mehanički rad.
Prvi parni industrijski stroj koji je radio u praksi konstruirao je njegov izumitelj Thomas Newcomen u Tiptonu u Staffordshireu 1712. godine u Engleskoj. Taj je stroj crpio vodu iz rudnika Conevgre Colliery vlasništvo grofa Dudleyja više od 30 godina.
Thomas Newcomen je bio trgovac željeznom robom u Dartmouthu. Dobro je poznavao rudnike kositra u Devonu i Cornwallu i njihov najteži problem - kako ukloniti vodu iz rudničkih rovova koja ih je neprekidno plavila. Odlučio je pronaći rješenje, ali mu je trebalo 10 godina vršenja pokusa prije no što je naišao na odgovor koji ga je zadovoljio. Međutim, čak ni taj stroj nisu htjeli prihvatiti kornvalski rudari, jer je trošio vrlo mnogo ugljena, a ovaj se morao uvoziti preko mora pa je bio veoma skup. Prvi korisnici Newcomenovog parnog stroja bili su vlasnici rudnika na području Midlanda, koji su također bili suočeni s problemom uklanjanja vode iz rudničkih rovova.
Newcomen je prvi čovjek koji je s uspjehom koristio pokrete klipa u stublini, a njegov stroj izgrađen godine 1712. bio je neosporno predak svih strojeva toga tipa. Igrao je veliku ulogu u britanskoj industrijskoj revoluciji
James Watt nije izumio parni stroj, kako se to općenito smatra. On je zaslužan za znatno usavršavanje u radnom učinku stroja time što je kondenzirao paru u posebnoj zatvorenoj posudi.
James Watt (Greenock, Škotska, 19. siječnja 1736. - Heathfield kraj Birminghama, 19. kolovoza 1819.), škotski izumitelj i inženjer.
Godine 1765. izumio je parni stroj novog tipa koji je imao kondenzator i uređaj za isisvanje zraka i kondenziranje pare. Godine 1769. patentirao je svoj parni stroj koji je za osiguranje broja okretaja imao centrifugalni regulator, što je zapravo bilo poboljšanje stroja kojeg je izradio Thomas Newcomen. Newcomenovu stroju je primarna funkcija bila crpljenje vode iz poplavljivanih rudnika.1764.g. Sretan slučaj: Watta su zamolili da popravi umanjeni model Newcomenova stroja koji je služio u nastavi na Sveučilištu. Smatra se da je Thomas Newcomen oko 25 godina prije Wattova rođenja izumio prvi parni stroj, međutim, Wattovi strojevi imali su opsežniji učinak. Watt je zaslužan za znatno usavršavanje u radnom učinku stroja time što je kondenzirao paru u posebnoj zatvorenoj posudi. Da bi popravio parni stroj, Watt ga je trebao detaljno istražiti te je otkrio da je posve nedjelotvoran. Najveću slabost tog stroja uočio je u grijanju i hlađenju cilindra pri svakom udaru. Time se uzalud rasipala golema količina goriva, a i vremena potrebnog za ponovno zagrijavanje cilindra na temperaturu na kojoj se proizvodila para. Nakon toga Watt je počeo razmišljati o mogućim poboljšanjima Newcomenova stroja. Priča se da mu je rješenje palo na pamet jednog dana 1765. godine dok je šetao parkom Glassgow Green. Watt je shvatio da je ključ bolje djelotvornosti u tome da se para kondenzira u odvojenom spremniku i tako cilindru i klipu omogući da uvijek ostanu vrući. Nekoliko godina kasnije Watt se povezao sa Matthewom Boultonom i zajedno 1774. otvorili tvornicu “Boulton & Watt” i krenuli u proizvodnju parnih strojeva. Prije Matthewa Boultona Wattov partner bio je John Roebuck s kojim je također prodavao parne strojeve no tvrtka je pala u stečaj.
Jedinica snage dobila je, njemu u čast, oznaku watt (vat).
Za Jamesa Watta je bilo značajno da je uspijevao naučna dostignuća pretvoriti u praktična rješenja. On nije bio samo strojarski inženjer, bavio se dosta i sa kemijom. Kao poslovan čovjek nije bio baš uspješan, mrzio je cjenkanje i dugotrajna pregovaranja i tek pred kraj svog radnog vijeka, uspio se riješiti financijskih problema.
Nakon 4 godine rada na Univerzitetu u Glasgowu, Jamesa Watta je dobio priliku da radi pokuse sa parom. U početku nije imao uspjeha, ali zbog svoje upornosti je nastavio. Otkrio je veliki značaj topline isparavanja za parne procese. Na Univerzitetu su imali i Newcomenov parni stroj, koji je on uspješno popravio 1763. Taj stroj je jedva radio, jer je oko 80% topline trošio na zagrijavanje cilindra, koji bi se zatim hladio sa hladnom vodom, koja bi se ubrizgavala u cilindar – a onda bi se postupak ponavljao. Prva ideja mu je bila da kondenzira paru u odvojenom spremniku, tako da bi cilindar mogao lakše ostati zagrijan, sa istom temperaturom kao ubrizgana para. Prvi svoj model je napravio 1765.
Iako je prvi model bio poboljšan u odnosu na Newcomenov parni stroj, još je bilo dosta problema u njegovom radu. Jedan od problema je bila i strojna obrada klipa i cilindra, budući su u izradi sudjelovali kovači, koji nisu bili u stanju izraditi tako precizne dijelove. Kako nije imao dosta sredstava za usavršavanje svoga modela, zaposlio se prvo kao geometar, a zatim je radio 8 godina kao građevinski inženjer.
Kasnije se Watt povezao sa Matthewom Boultonom i zajedno 1774. otvorili tvornicu “Boulton & Watt” i krenuli u proizvodnju parnih strojeva. Imao je na raspolaganju nekoliko najboljih radnika sa željezom u to vrijeme, koji su znali bušiti cijevi za topove, što su iskoristili za izradu uskih mehaničkih tolerancija između klipa i cilindra.
Konačno, 1776. prvi Wattov parni stroj je ugrađen i upotrebljen u tržišne svrhe. Narudžbe su uskoro pristizale i slijedećih 5 godina znatan broj strojeva je ugrađen u rudnicima u Cornwallu, za pumpanje vode iz rudnika.
Prvi Wattov parni strojevi su bili veliki, cilindar je imao promjer od 1,25 metara, a visoki su bili oko 7,3 metra, tako da imali kućište otprilike kao jedna manja zgrada. Ipak su bili uspješni, jer su rudnici uspjeli povećati produktivnost oko 30%. Primjena se proširila na brušenje, tkanje i mljevenje.
Iako je za Wattov parni stroj, koljenčasta osovina bila logično rješenje za pretvaranje kružnog gibanja u pravocrtno (kao na motorima s unutrašnjim izgaranjem), vlasnici patenta za parni stroj, su prisilili Watta da promjeni konstrukciju. 1781. James Watt uspijeva to riješiti sa planetarnim prijenosnikom, koji je kasnije našao znatnu primjenu kod parnih lokomotiva.
James Watt je i dalje usavršavao svoj parni stroj. Izradio je i regulator pare sa kuglicama, koji s povećanjem brzine vrtnje stroja, kuglice se podižu i zatvaraju regulacijski ventil, pa se dotok pare smanjuje i brzina vrtnje opada. Ideja je bila da bi se brzina vrtnje stroja održavala konstantnom, mora se dovoditi konstantna struja pare. To je bio jedan od prvih uspješnih primjera automatskog upravljanja u industriji, budući je regulator uspio osigurati stabilnost sustava. Uspio je napraviti cilindar s dvostrukim djelovanjem, para je strujila s obje strane cilindra, tako da je vršila tlak na klip i kod njegovog podizanja i spuštanja. Watt je napravio i parni indikator, koji je snimao tlak pare u cilindru za vrijeme rada. Usavršio je i princip paralelnog kretanja, između klipa u cilindru i klipa pumpe za vodu. Na kraju, Watt je napravio stroj koji je bio oko 5 puta uspješniji od Newcomenovog parnog stroja.
U to vrijeme proizvodnja kotlova nije bila razvijena, tako da Watt nije mogao koristiti paru visokog pritiska, što je dosta umanjivalo uspješnost parnog stroja. Od 1794. do 1824. tvrtka “Boulton & Watt” je proizvela 1 164 parna stroja.
Novi parni strojevi su vrlo brzo pronašli primjenu u tvornicama, rudnicima i prometu. Strojevi koji su 'koristili vodenu paru kao pogonsko sredstvo morali su biti od čvrstog materijala - željeza. Zbog toga se naglo povećala potražnja za željeznom rudačom i ugljenom.
Amerikanac Robert Fulton je 1807. sagradio prvi parobrod koji je sa strane imao kotače s lopatama, a zvao je Clermont. Već 1819. godine američki je parobrod Savannah preplovio Atlantski ocean za 26 dana.
George Stephenson
Godine 1814. Englez George Stephenson konstruirao je prvu parnu lokomotivu. U početku je išla 20 km/h, a kasnije i brže.
Zvala se Rocket (eng. raketa). Već 1825. u Engleskoj sagrađena je prva željeznička pruga u svijetu. Povezivala je gradove Stockton i Darlington. Prva željeznička pruga na hrvatskom prostoru sagrađena je u Međimurju 1860. godine.
