كان اختراع المحركات البخارية نقطة تحول في تاريخ البشرية. في مكان ما في مطلع القرنين السابع عشر والثامن عشر ، بدأ استبدال العمل اليدوي غير الفعال وعجلات المياه وطواحين الهواء بآليات جديدة وفريدة تمامًا - المحركات البخارية. فبفضلهم أصبحت الثورات التقنية والصناعية ، وكل تقدم البشرية ممكناً.
لكن من اخترع المحرك البخاري؟ لمن تدين البشرية بهذا؟ ومتى كان؟ سنحاول العثور على إجابات لكل هذه الأسئلة.
حتى قبل عصرنا
تاريخ إنشاء محرك بخاري يبدأ في القرون الأولى قبل الميلاد. وصف Hero of Alexandria آلية بدأت تعمل فقط عندما تعرضت للبخار. كان الجهاز عبارة عن كرة تم تثبيت فتحات عليها. خرج البخار بشكل عرضي من الفتحات ، مما يتسبب في دوران المحرك. كان أول جهاز يتم تشغيله بواسطة زوجين.
مبتكر المحرك البخاري (بتعبير أدق ، التوربين) هو تاج الدينومي (الفيلسوف والمهندس والفلكي العربي). أصبح اختراعه معروفًا على نطاق واسع فيمصر في القرن السادس عشر. تم ترتيب الآلية على النحو التالي: تم توجيه تيارات البخار مباشرة إلى الآلية بالشفرات ، وعندما ينخفض الدخان ، تدور الشفرات. تم اقتراح شيء مشابه في عام 1629 من قبل المهندس الإيطالي جيوفاني برانكا. كان العيب الرئيسي لكل هذه الاختراعات هو الاستهلاك المفرط للبخار ، والذي بدوره يتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة ولا يُنصح به. تم تعليق التنمية ، حيث لم تكن المعرفة العلمية والتقنية للبشرية كافية. بالإضافة إلى ذلك ، لم تكن هناك حاجة لمثل هذه الاختراعات على الإطلاق.
التطورات
حتى القرن السابع عشر ، كان إنشاء محرك بخاري مستحيلاً. ولكن بمجرد ارتفاع مستوى التنمية البشرية ، ظهرت على الفور النسخ والاختراعات الأولى. على الرغم من أن لا أحد أخذهم على محمل الجد في ذلك الوقت. لذلك ، على سبيل المثال ، في عام 1663 ، نشر عالم إنجليزي في الصحافة مسودة لاختراعه ، والتي قام بتثبيتها في قلعة راجلان. كان جهازه يعمل على رفع المياه على جدران الأبراج. ومع ذلك ، مثل كل ما هو جديد وغير معروف ، تم قبول هذا المشروع بالريبة ، ولم يكن هناك رعاة لمزيد من التطوير.
تاريخ إنشاء محرك بخاري يبدأ باختراع محرك بخار الغلاف الجوي. في عام 1681 ، اخترع العالم الفرنسي دينيس بابين جهازًا يضخ المياه من المناجم. في البداية ، تم استخدام البارود كقوة دافعة ، ثم تم استبداله ببخار الماء. هكذا ولد المحرك البخاري. تم تقديم مساهمة كبيرة في تحسينها من قبل علماء من إنجلترا ، توماس نيوكمان وتوماس سيفيرين.كما قدم المخترع الروسي الذي علم نفسه بنفسه إيفان بولزونوف مساعدة لا تقدر بثمن.
محاولة بابين الفاشلة
آلة الغلاف الجوي البخارية ، بعيدًا عن كونها مثالية في ذلك الوقت ، جذبت اهتمامًا خاصًا في صناعة بناء السفن. أنفق د. بابين مدخراته الأخيرة على شراء سفينة صغيرة ، حيث بدأ في تركيب آلة رفع المياه بالبخار والغلاف الجوي من إنتاجه. كانت آلية العمل هي أنه ، عند السقوط من ارتفاع ، بدأ الماء في تدوير العجلات.
أجرى المخترع اختباراته عام 1707 على نهر فولدا. اجتمع كثير من الناس للنظر في معجزة: سفينة تتحرك على طول النهر بدون أشرعة ومجاديف. ومع ذلك ، خلال الاختبارات ، حدثت كارثة: انفجر المحرك ومات العديد من الأشخاص. وغضبت السلطات على المخترع المؤسف ومنعته من العمل والمشاريع. تمت مصادرة السفينة وتدميرها ، وبعد سنوات قليلة مات بابين نفسه.
خطأ
كان لدى باخرة Papen مبدأ التشغيل التالي. في الجزء السفلي من الاسطوانة كان من الضروري صب كمية صغيرة من الماء. تم وضع نحاس أسفل الأسطوانة نفسها ، والتي تعمل على تسخين السائل. عندما بدأ الماء في الغليان ، أدى البخار الناتج ، المتوسع ، إلى رفع المكبس. يتم طرد الهواء من الفضاء الموجود فوق المكبس من خلال صمام مجهز بشكل خاص. بعد غليان الماء وبدأ البخار في التساقط ، كان من الضروري إزالة الموقد وإغلاق الصمام لإزالة الهواء وتبريد جدران الأسطوانة بالماء البارد. بفضل هذه الإجراءات ، تكثف البخار الموجود في الاسطوانة تحت المكبسالخلخلة ، وبسبب قوة الضغط الجوي ، عاد المكبس مرة أخرى إلى مكانه الأصلي. خلال حركته الهبوطية ، تم عمل مفيد. ومع ذلك ، كانت كفاءة محرك Papen البخاري سلبية. كان محرك الباخرة غير اقتصادي للغاية. والأهم من ذلك ، أنه كان معقدًا للغاية وغير مريح للاستخدام. لذلك ، لم يكن لاختراع بابين مستقبل منذ البداية.
المتابعين
ومع ذلك ، فإن تاريخ إنشاء المحرك البخاري لم ينته عند هذا الحد. التالي ، الذي كان بالفعل أكثر نجاحًا من Papen ، كان العالم الإنجليزي Thomas Newcomen. درس أعمال أسلافه لفترة طويلة ، مع التركيز على نقاط الضعف. وأخذ أفضل ما لديهم من عمل ، وأنشأ أجهزته الخاصة في عام 1712. تم تصميم المحرك البخاري الجديد (الصورة الموضحة) على النحو التالي: تم استخدام أسطوانة كانت في وضع رأسي بالإضافة إلى مكبس. أخذ Newcomen هذا من أعمال Papin. ومع ذلك ، تم تشكيل البخار بالفعل في غلاية أخرى. تم تثبيت الجلد بالكامل حول المكبس ، مما زاد بشكل كبير من الشد داخل أسطوانة البخار. كانت هذه الآلة أيضًا عبارة عن غلاف جوي بخاري (ارتفع الماء من المنجم باستخدام الضغط الجوي). كانت العيوب الرئيسية للاختراع هي ضخامته وعدم كفاءته: فقد "أكلت" الآلة كمية هائلة من الفحم. ومع ذلك ، فقد جلبت فوائد أكثر بكثير من اختراع بابين. لذلك ، تم استخدامه في الأبراج المحصنة والمناجم لما يقرب من خمسين عامًا. تم استخدامه لضخ المياه الجوفية ، وكذلك لتجفيف السفن. حاول توماس نيوكمان تغيير سيارتهبحيث يمكن استخدامه لحركة المرور. لكن كل محاولاته باءت بالفشل.
العالم التالي الذي أعلن عن نفسه هو D. Hull من إنجلترا. في عام 1736 ، قدم اختراعه للعالم: آلة بخار الغلاف الجوي ، والتي لها عجلات مجداف كمحرك. كان تطوره أكثر نجاحًا من تطوير Papin. على الفور ، تم إطلاق سراح العديد من هذه السفن. كانت تستخدم بشكل رئيسي لسحب الصنادل والسفن والسفن الأخرى. ومع ذلك ، فإن موثوقية آلة الغلاف الجوي البخاري لم توحي بالثقة ، وكانت السفن مجهزة بأشرعة كمحرك رئيسي.
وعلى الرغم من أن هال كان أكثر حظًا من بابين ، إلا أن اختراعاته فقدت أهميتها تدريجياً وتم التخلي عنها. ومع ذلك ، فإن آلات الغلاف الجوي البخاري في ذلك الوقت بها العديد من أوجه القصور المحددة.
تاريخ المحرك البخاري في روسيا
حدث الاختراق التالي في الإمبراطورية الروسية. في عام 1766 ، تم إنشاء أول محرك بخاري في مصنع للمعادن في بارناول ، والذي كان يزود أفران الصهر بالهواء باستخدام منفاخ خاص. كان منشئها إيفان إيفانوفيتش بولزونوف ، الذي حصل حتى على رتبة ضابط لخدماته لوطنه. قدم المخترع لرؤسائه مخططات وخطط لـ "آلة إطفاء" قادرة على تشغيل المنفاخ.
ومع ذلك ، لعب القدر مزحة قاسية مع Polzunov: بعد سبع سنوات من قبول مشروعه وتجميع السيارة ، مرض وتوفي بسبب الاستهلاك - قبل أسبوع واحد فقط من بدء اختباراتهمحرك. ومع ذلك ، كانت تعليماته كافية لبدء تشغيل المحرك.
إذن ، في 7 أغسطس 1766 ، تم إطلاق محرك Polzunov البخاري ووضعه تحت الحمل. ومع ذلك ، في نوفمبر من نفس العام ، انهارت. اتضح أن السبب في ذلك هو أن جدران المرجل رفيعة جدًا وغير مخصصة للتحميل. علاوة على ذلك ، كتب المخترع في تعليماته أنه لا يمكن استخدام هذه الغلاية إلا أثناء الاختبار. إن تصنيع غلاية جديدة سيؤتي ثماره بسهولة ، لأن كفاءة محرك Polzunov البخاري كانت إيجابية. لمدة 1023 ساعة عمل ، تم صهر أكثر من 14 رطلاً من الفضة بمساعدتها!
لكن على الرغم من ذلك ، لم يبدأ أحد في إصلاح الآلية. كان محرك Polzunov البخاري يجمع الغبار لأكثر من 15 عامًا في أحد المستودعات ، بينما لم يقف عالم الصناعة ساكنًا ولم يتطور. وبعد ذلك تم تفكيكه بالكامل لأجزاء. على ما يبدو ، في تلك اللحظة ، لم تكن روسيا قد كبرت بعد على المحركات البخارية.
مطالب العصر
وفي الوقت نفسه ، لم تقف الحياة صامدة. وفكرت البشرية باستمرار في إنشاء آلية لا تسمح بالاعتماد على الطبيعة المتقلبة ، بل للسيطرة على المصير نفسه. أراد الجميع التخلي عن الشراع في أسرع وقت ممكن. لذلك ، كانت مسألة إنشاء آلية بخار معلقة باستمرار في الهواء. في عام 1753 ، تم طرح منافسة بين الحرفيين والعلماء والمخترعين في باريس. أعلنت أكاديمية العلوم عن جائزة لمن يستطيع إنشاء آلية يمكنها استبدال طاقة الرياح. ولكن على الرغم من حقيقة أن عقول مثل L. Euler و D. Bernoulli و Canton de Lacroix وآخرين قد شاركوا في المسابقة ، لم يقدم أحد عرض معقول
مرت السنوات. والثورة الصناعيةغطت المزيد والمزيد من البلدان. ذهب التفوق والقيادة بين القوى الأخرى دائمًا إلى إنجلترا. بحلول نهاية القرن الثامن عشر ، كانت بريطانيا العظمى هي التي ابتكرت الصناعة على نطاق واسع ، وبفضلها فازت بلقب الاحتكار العالمي لهذه الصناعة. أصبحت مسألة المحرك الميكانيكي كل يوم أكثر أهمية. وتم إنشاء مثل هذا المحرك.
أول محرك بخاري في العالم
شكل1784 نقطة تحول في الثورة الصناعية لإنجلترا والعالم. والشخص المسؤول عن ذلك كان الميكانيكي الإنجليزي جيمس وات. كان المحرك البخاري الذي ابتكره أكبر اكتشاف في القرن.
كان جيمس وات يدرس رسومات وبنية ومبادئ تشغيل آلات البخار الجوي لعدة سنوات. وعلى أساس كل هذا ، خلص إلى أنه من أجل كفاءة المحرك ، من الضروري معادلة درجات حرارة الماء في الاسطوانة والبخار الذي يدخل الآلية. كان العيب الرئيسي لآلات الغلاف الجوي البخاري هو الحاجة المستمرة لتبريد الأسطوانة بالماء. كانت مكلفة وغير مريحة.
تم تصميم المحرك البخاري الجديد بشكل مختلف. لذلك ، تم وضع الأسطوانة في سترة بخار خاصة. وهكذا حقق واط حالته الساخنة الدائمة. ابتكر المخترع وعاء خاص مغمور في الماء البارد (مكثف). تم توصيل اسطوانة بها بأنبوب. عندما نفد البخار في الاسطوانة ، دخل المكثف عبر أنبوب وعاد إلى الماء هناك. بينما كان يعمل على تحسين ماكينته واتخلق فراغ في المكثف. وهكذا ، يتكثف كل البخار القادم من الاسطوانة. بفضل هذا الابتكار ، تمت زيادة عملية التمدد البخاري بشكل كبير ، مما أتاح بدوره إمكانية استخراج المزيد من الطاقة من نفس كمية البخار. كان التتويج انجاز
قام مبتكر المحرك البخاري أيضًا بتغيير مبدأ تزويد الهواء. الآن سقط البخار أولاً تحت المكبس ، وبالتالي رفعه ، ثم تجمع فوق المكبس ، وخفضه. وهكذا ، أصبحت كلتا ضربات المكبس في الآلية تعمل ، وهو ما لم يكن ممكنًا من قبل. وكان استهلاك الفحم لكل حصان أقل بأربع مرات من استهلاك آلات البخار الجوي ، وهو ما كان جيمس وات يحاول تحقيقه. سرعان ما غزا المحرك البخاري بريطانيا العظمى أولاً ، ثم العالم كله.
شارلوت دونداس
بعد أن اندهش العالم كله باختراع جيمس وات ، بدأ الاستخدام الواسع النطاق للمحركات البخارية. لذلك ، في عام 1802 ، ظهرت أول سفينة للزوجين في إنجلترا - قارب شارلوت دونداس. منشئها هو ويليام سيمينجتون. تم استخدام القارب كقطر للصنادل على طول القناة. تم لعب دور المحرك على السفينة بواسطة عجلة مجداف مثبتة على المؤخرة. اجتاز القارب الاختبارات بنجاح في المرة الأولى: حيث قام بسحب بارجتين ضخمتين مسافة 18 ميلاً في ست ساعات. في الوقت نفسه ، تدخلت الرياح المعاكسة معه بشكل كبير. لكنه فعلها
ومع ذلك تم تعليقها ، لأنهم كانوا يخشون أن تجرف ضفاف القناة بسبب الأمواج القوية التي تشكلت تحت عجلة المجذاف. بالمناسبة ، يومتم اختبار شارلوت من قبل رجل يعتبره العالم كله اليوم مبتكر أول باخرة.
أول باخرة في العالم
حلم صانع السفن الإنجليزي روبرت فولتون بسفينة تعمل بالبخار منذ شبابه. والآن أصبح حلمه حقيقة. بعد كل شيء ، كان اختراع المحركات البخارية دافعًا جديدًا في بناء السفن. جنبا إلى جنب مع المبعوث من أمريكا ، آر. ليفينغستون ، الذي تولى الجانب المادي من القضية ، تولى فولتون مشروع سفينة بمحرك بخاري. لقد كان اختراعًا معقدًا يعتمد على فكرة المحرك المجذاف. على طول جوانب السفينة امتدت صفائح متتالية تقلد الكثير من المجاديف. في الوقت نفسه ، تداخلت الألواح بين الحين والآخر مع بعضها البعض وتحطمت. اليوم يمكننا القول بسهولة أنه يمكن تحقيق نفس التأثير باستخدام ثلاثة أو أربعة بلاطات فقط. لكن من وجهة نظر العلم والتكنولوجيا في ذلك الوقت ، كان من غير الواقعي رؤية ذلك. لذلك ، واجه بناة السفن وقتًا أصعب بكثير.
في عام 1803 ، تم تقديم اختراع فولتون للعالم. تحركت السفينة البخارية ببطء وبشكل متساوٍ على طول نهر السين ، مما أثار دهشة عقول وخيال العديد من العلماء والشخصيات في باريس. ومع ذلك ، رفضت حكومة نابليون المشروع ، واضطر بناة السفن الساخطون إلى السعي وراء ثروتهم في أمريكا.
وفي أغسطس 1807 ، سارت أول باخرة بخارية في العالم تسمى كليرمونت ، والتي شارك فيها أقوى محرك بخاري (الصورة المعروضة) ، على طول خليج هدسون. ثم ببساطة لم يؤمن الكثيرون بالنجاح.
انطلقت كليرمونت في رحلتها الأولى بدون حمولة وبدون ركاب. لا أحد يريد الذهاب إلىالسفر على متن سفينة تنفث النار. ولكن في طريق العودة بالفعل ، ظهر الراكب الأول - مزارع محلي دفع ستة دولارات مقابل تذكرة. أصبح أول راكب في تاريخ شركة الشحن. تأثر فولتون بشدة لدرجة أنه منح المتهور ركوبًا مجانيًا مدى الحياة على جميع اختراعاته.
