اختراع موتورهای بخار نقطه عطفی در تاریخ بشر بود. جایی در اواخر قرن 17-18، کار دستی ناکارآمد، چرخ های آب و آسیاب های بادی با مکانیسم های کاملاً جدید و منحصر به فرد - موتورهای بخار جایگزین شدند. به لطف آنها است که انقلاب های فنی و صنعتی و کل پیشرفت بشر امکان پذیر شد.
اما چه کسی موتور بخار را اختراع کرد؟ بشریت این را مدیون چه کسی است؟ و چه زمانی بود؟ ما سعی خواهیم کرد برای همه این سؤالات پاسخ پیدا کنیم.
حتی قبل از دوران ما
تاریخ ایجاد یک موتور بخار از قرن های اول قبل از میلاد آغاز می شود. Hero of Alexandria مکانیزمی را توصیف کرد که تنها زمانی شروع به کار کرد که در معرض بخار قرار گرفت. دستگاه توپی بود که نازل هایی روی آن ثابت می شد. بخار به صورت مماس از نازل ها خارج می شد و در نتیجه باعث چرخش موتور می شد. این اولین دستگاهی بود که توسط یک زوج تغذیه می شد.
خالق موتور بخار (به طور دقیق تر، توربین) تاگی الدینوم (فیلسوف، مهندس و ستاره شناس عرب) است. اختراع او در سال به طور گسترده ای شناخته شدمصر در قرن شانزدهم. مکانیسم به شرح زیر ترتیب داده شد: جریان های بخار مستقیماً با تیغه ها به مکانیزم هدایت می شوند و هنگامی که دود می افتد، تیغه ها می چرخند. چیزی مشابه در سال 1629 توسط مهندس ایتالیایی جیووانی برانکا پیشنهاد شد. عیب اصلی همه این اختراعات مصرف بیش از حد بخار بود که به نوبه خود به انرژی زیادی نیاز داشت و توصیه نمی شد. توسعه به حالت تعلیق درآمد، زیرا دانش علمی و فنی آن زمان بشر کافی نبود. به علاوه اصلا نیازی به چنین اختراعاتی نبود.
توسعه
تا قرن هفدهم، ایجاد یک موتور بخار غیرممکن بود. اما به محض افزایش سطح توسعه انسانی، اولین نسخه ها و اختراعات بلافاصله ظاهر شدند. اگرچه در آن زمان هیچ کس آنها را جدی نمی گرفت. بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1663، یک دانشمند انگلیسی پیش نویس اختراع خود را در مطبوعات منتشر کرد که او آن را در قلعه راگلان نصب کرد. دستگاه او برای بالا بردن آب بر روی دیوارهای برج ها کار می کرد. با این حال، مانند هر چیز جدید و ناشناخته، این پروژه با شک و تردید پذیرفته شد و هیچ حامی برای توسعه بیشتر آن وجود نداشت.
تاریخچه ایجاد یک موتور بخار با اختراع موتور بخار-اتمسفر آغاز می شود. در سال 1681 دانشمند فرانسوی دنیس پاپن دستگاهی را اختراع کرد که آب را از معادن پمپاژ می کرد. در ابتدا از باروت به عنوان نیروی محرکه استفاده می شد و سپس بخار آب جایگزین آن شد. اینگونه بود که موتور بخار متولد شد. دانشمندانی از انگلستان، توماس نیوکومن و توماس سورن سهم بزرگی در بهبود آن داشتند.ایوان پولزونوف، مخترع خودآموخته روسی نیز کمک های ارزنده ای ارائه کرد.
تلاش ناموفق پاپین
دستگاه بخار-اتمسفر، که در آن زمان کامل نبود، توجه ویژه ای را در صنعت کشتی سازی به خود جلب کرد. D. Papin آخرین پس انداز خود را صرف خرید یک کشتی کوچک کرد، که روی آن شروع به نصب یک دستگاه بخار-اتمسفر آب بالابر تولید خود کرد. مکانیسم عمل این بود که با سقوط از ارتفاع، آب شروع به چرخش چرخ ها کرد.
مخترع آزمایشات خود را در سال 1707 بر روی رودخانه فولدا انجام داد. بسیاری از مردم جمع شدند تا به معجزه نگاه کنند: کشتی بدون بادبان و پارو در امتداد رودخانه حرکت می کند. با این حال، در طول آزمایشات، یک فاجعه رخ داد: موتور منفجر شد و چندین نفر جان باختند. مقامات از دست مخترع نگون بخت عصبانی شدند و او را از هرگونه کار و پروژه منع کردند. کشتی مصادره و نابود شد و چند سال بعد خود پاپین درگذشت.
خطا
بخارشوی پاپن اصول کارکرد زیر را داشت. در پایین سیلندر لازم بود مقدار کمی آب بریزید. یک منقل زیر خود سیلندر قرار داشت که برای گرم کردن مایع کار می کرد. هنگامی که آب شروع به جوشیدن کرد، بخار حاصل که منبسط می شد، پیستون را بالا می برد. هوا از فضای بالای پیستون از طریق یک سوپاپ مجهز خارج می شد. پس از جوشاندن آب و شروع ریزش بخار، لازم بود منقل را جدا کرده، دریچه را ببندید تا هوا خارج شود و دیواره های سیلندر را با آب خنک خنک کنید. به لطف چنین اقداماتی، بخاری که در سیلندر بود متراکم شد و زیر پیستون تشکیل شد.نادر شدن، و به دلیل نیروی فشار اتمسفر، پیستون دوباره به جای اولیه خود بازگشت. در طول حرکت رو به پایین آن، کارهای مفیدی انجام شد. با این حال، راندمان موتور بخار پاپن منفی بود. موتور کشتی بخار بسیار غیراقتصادی بود. و مهمتر از همه، استفاده از آن بسیار پیچیده و ناخوشایند بود. بنابراین اختراع پاپن از همان ابتدا آینده ای نداشت.
Followers
با این حال، تاریخچه ایجاد موتور بخار به همین جا ختم نشد. دانشمند انگلیسی توماس نیوکامن بعدی که در حال حاضر بسیار موفق تر از پاپن بود. او مدتها با تمرکز بر نقاط ضعف، کارهای پیشینیان خود را مطالعه کرد. و با استفاده از بهترین کار آنها، دستگاه خود را در سال 1712 ایجاد کرد. موتور بخار جدید (عکس نشان داده شده است) به شرح زیر طراحی شده است: یک سیلندر که در حالت عمودی قرار داشت و همچنین یک پیستون. این نیوکومن برگرفته از آثار پاپین است. با این حال، بخار قبلاً در دیگ بخار دیگر تشکیل شده بود. کل پوست اطراف پیستون ثابت شد که به طور قابل توجهی سفتی داخل سیلندر بخار را افزایش داد. این دستگاه نیز بخار اتمسفری بود (آب با استفاده از فشار اتمسفر از معدن بالا می رفت). معایب اصلی اختراع حجیم و ناکارآمدی آن بود: دستگاه مقدار زیادی زغال سنگ "خورد". با این حال، مزایای بسیار بیشتری نسبت به اختراع پاپن به همراه داشت. بنابراین تقریباً پنجاه سال است که از آن در سیاه چال ها و معادن استفاده می شود. از آن برای پمپاژ آب های زیرزمینی و همچنین خشک کردن کشتی ها استفاده می شد. توماس نیوکامن سعی کرد ماشین خود را تبدیل کندتا بتوان از آن برای تردد استفاده کرد. با این حال، تمام تلاش های او شکست خورد.
دانشمند بعدی که خود را معرفی کرد دی. هال از انگلستان بود. در سال 1736، او اختراع خود را به جهانیان ارائه کرد: یک ماشین بخار-اتمسفر، که دارای چرخ های پارویی به عنوان حرکت دهنده بود. پیشرفت او موفقیت آمیزتر از پاپین بود. بلافاصله چندین کشتی از این دست آزاد شدند. آنها عمدتاً برای یدک کشی کشتی ها، کشتی ها و سایر کشتی ها استفاده می شدند. با این حال، قابلیت اطمینان ماشین بخار-اتمسفر باعث ایجاد اطمینان نمی شد و کشتی ها به بادبان ها به عنوان محرک اصلی مجهز بودند.
و اگرچه هال از پاپین خوش شانس تر بود، اختراعات او به تدریج اهمیت خود را از دست دادند و رها شدند. با این حال، ماشین‌های بخار-اتمسفر آن زمان دارای کاستی‌های خاص زیادی بودند.
تاریخچه ماشین بخار در روسیه
پیشرفت بعدی در امپراتوری روسیه اتفاق افتاد. در سال 1766، اولین موتور بخار در یک کارخانه متالورژی در Barnaul ساخته شد که با استفاده از دمنده های مخصوص، هوا را به کوره های ذوب می رساند. خالق آن ایوان ایوانوویچ پولزونوف بود که حتی برای خدمات به میهن خود درجه افسری نیز دریافت کرد. این مخترع به مافوق خود نقشه ها و نقشه هایی را برای یک "ماشین آتش نشانی" که قادر به کار با دم است، ارائه کرد.
با این حال، سرنوشت شوخی بی رحمانه ای با پولزونف بازی کرد: هفت سال پس از پذیرفته شدن پروژه او و مونتاژ ماشین، او بیمار شد و در اثر مصرف مرد - فقط یک هفته قبل از شروع آزمایشاتش.موتور با این حال، دستورات او برای روشن کردن موتور کافی بود.
بنابراین، در 7 آگوست 1766، موتور بخار پولزونوف راه اندازی شد و تحت بار قرار گرفت. اما در نوامبر همان سال خراب شد. دلیل مشخص شد که دیواره های بسیار نازک دیگ است که برای بارگیری در نظر گرفته نشده است. علاوه بر این، مخترع در دستورالعمل خود نوشت که این دیگ فقط در هنگام آزمایش قابل استفاده است. ساخت دیگ بخار جدید به راحتی جواب می دهد، زیرا راندمان موتور بخار Polzunov مثبت بود. برای 1023 ساعت کار، بیش از 14 پوند نقره با کمک آن ذوب شد!
اما با وجود این، هیچ کس شروع به تعمیر مکانیسم نکرد. موتور بخار پولزونوف برای بیش از 15 سال در یک انبار گرد و غبار جمع می کرد، در حالی که دنیای صنعت از حرکت بازماند و توسعه یافت. و سپس برای قطعات کاملاً برچیده شد. ظاهراً در آن لحظه، روسیه هنوز به موتورهای بخار بزرگ نشده بود.
خواسته های روزگار
در همین حال، زندگی ثابت نمی ماند. و بشریت دائماً در مورد ایجاد مکانیزمی فکر می کرد که اجازه می دهد به طبیعت هوس انگیز وابسته نشویم، بلکه خود سرنوشت را کنترل کنیم. همه می خواستند هر چه زودتر بادبان را رها کنند. بنابراین، مسئله ایجاد مکانیزم بخار دائماً در هوا معلق بود. در سال 1753، رقابتی بین صنعتگران، دانشمندان و مخترعان در پاریس برگزار شد. آکادمی علوم جایزه ای را به کسانی که می توانند مکانیزمی را ایجاد کنند که بتواند جایگزین نیروی باد شود، اعلام کرد. اما با وجود این واقعیت که ذهن هایی مانند L. Euler، D. Bernoulli، Canton de Lacroix و دیگران در مسابقه شرکت کردند، هیچ کس پیشنهاد معقولی ارائه نکرد.
سالها گذشت. و انقلاب صنعتیکشورهای بیشتر و بیشتری را پوشش می دهد. برتری و رهبری در میان دیگر قدرت ها همواره به انگلستان می رسید. در پایان قرن هجدهم، این بریتانیای کبیر بود که مبدع صنایع بزرگ شد و به لطف آن عنوان انحصار جهانی را در این صنعت به دست آورد. سوال یک موتور مکانیکی هر روز بیشتر و بیشتر مرتبط می شد. و چنین موتوری ایجاد شد.
اولین موتور بخار جهان
1784 نقطه عطفی در انقلاب صنعتی برای انگلستان و جهان بود. و مسئول این کار مکانیک انگلیسی جیمز وات بود. موتور بخاری که او خلق کرد بزرگترین کشف قرن بود.
James Watt چندین سال است که نقشه ها، ساختار و اصول عملکرد ماشین های بخار-اتمسفر را مطالعه می کند. و بر اساس همه اینها به این نتیجه رسید که برای کارایی موتور لازم است دمای آب سیلندر و بخاری که وارد مکانیسم می شود یکسان شود. عیب اصلی ماشین های بخار-اتمسفر نیاز مداوم به خنک کردن سیلندر با آب بود. پرهزینه و ناخوشایند بود.
موتور بخار جدید متفاوت طراحی شده است. بنابراین، سیلندر در یک ژاکت بخار مخصوص محصور شد. بنابراین وات به حالت گرمای ثابت خود دست یافت. مخترع یک ظرف مخصوص غوطه ور در آب سرد (کندانسور) ساخت. یک استوانه با لوله به آن وصل شده بود. هنگامی که بخار در سیلندر تمام شد، از طریق یک لوله وارد کندانسور شد و دوباره در آنجا به آب تبدیل شد. در حالی که روی بهبود ماشین خود کار می کرد، واتایجاد خلاء در خازن بنابراین، تمام بخار خروجی از سیلندر در آن متراکم می شود. به لطف این نوآوری، فرآیند انبساط بخار بسیار افزایش یافت که به نوبه خود امکان استخراج انرژی بسیار بیشتری از همان مقدار بخار را فراهم کرد. این تاج موفقیت بود.
خالق موتور بخار نیز اصل تامین هوا را تغییر داد. اکنون بخار ابتدا زیر پیستون افتاد و در نتیجه آن را بالا برد و سپس بالای پیستون جمع شد و آن را پایین آورد. بنابراین، هر دو ضربه پیستون در مکانیسم کار می کنند، که حتی قبلا امکان پذیر نبود. و مصرف زغال سنگ به ازای هر اسب بخار به ترتیب چهار برابر کمتر از ماشین های بخار-اتمسفر بود، چیزی که جیمز وات در تلاش برای رسیدن به آن بود. موتور بخار خیلی سریع ابتدا بریتانیای کبیر و سپس کل جهان را فتح کرد.
شارلوت دانداس
بعد از اینکه تمام دنیا از اختراع جیمز وات شگفت زده شدند، استفاده گسترده از موتورهای بخار آغاز شد. بنابراین، در سال 1802، اولین کشتی برای یک زوج در انگلستان ظاهر شد - قایق شارلوت دونداس. خالق آن ویلیام سیمینگتون است. این قایق به عنوان یدک کش در طول کانال استفاده می شد. نقش متحرک در کشتی را یک چرخ دست و پا زدن که بر روی عقب نصب شده بود بازی می کرد. قایق اولین بار آزمایشات را با موفقیت پشت سر گذاشت: دو کشتی عظیم را در مدت 6 ساعت 18 مایل یدک کشید. در همان زمان، باد مخالف به شدت در او دخالت کرد. اما او این کار را کرد.
و با این حال متوقف شد، زیرا می ترسیدند که در اثر امواج شدیدی که در زیر چرخ دست و پا زدن ایجاد می شد، کناره های کانال شسته شود. به هر حال، درشارلوت توسط مردی آزمایش شد که تمام جهان امروز او را خالق اولین کشتی بخار می‌دانند.
اولین کشتی بخار در جهان
کشتی‌ساز انگلیسی، رابرت فولتون، از دوران جوانی رویای یک کشتی بخارپز را داشت. و حالا رویای او محقق شده است. از این گذشته، اختراع موتورهای بخار انگیزه جدیدی در کشتی سازی بود. فولتون به همراه فرستاده آمريكا، آر. این اختراع پیچیده ای بود که بر اساس ایده یک پارو حرکت می کرد. در امتداد دو طرف کشتی، صفحات ردیفی به تقلید از پاروهای زیادی کشیده شده بود. در همان زمان، صفحات گاه و بیگاه با یکدیگر تداخل پیدا کردند و شکستند. امروزه به راحتی می توان گفت که همین اثر را می توان تنها با سه یا چهار کاشی به دست آورد. اما از دیدگاه علم و فناوری آن زمان، دیدن این موضوع غیرواقعی بود. بنابراین، کشتی سازان کار بسیار سخت تری داشتند.
در سال 1803، اختراع فولتون به جهان معرفی شد. کشتی بخار به آرامی و به طور مساوی در امتداد رود سن حرکت می کرد و ذهن و تخیل بسیاری از دانشمندان و شخصیت های پاریس را به خود جلب کرد. با این حال، دولت ناپلئون این پروژه را رد کرد و کشتی‌سازان ناراضی مجبور شدند به دنبال ثروت خود در آمریکا باشند.
و در آگوست 1807، اولین قایق بخار جهان به نام Claremont، که در آن قوی ترین موتور بخار درگیر بود (عکس ارائه شده است)، در امتداد خلیج هادسون رفت. بسیاری از آنها به سادگی به موفقیت اعتقاد نداشتند.
کلرمون اولین سفر خود را بدون بار و بدون مسافر آغاز کرد. هیچ کس نمی خواست به آنجا برودسفر با کشتی آتش گیر اما قبلاً در راه بازگشت ، اولین مسافر ظاهر شد - یک کشاورز محلی که شش دلار برای بلیط پرداخت کرد. او اولین مسافر تاریخ شرکت کشتیرانی شد. فولتون به قدری متاثر شد که تمام اختراعاتش را به مجرد یک عمر سوار کرد.
