Maailman ensimmäiset höyrykoneet: niiden keksintöjen historia

Höyrykoneesta tuli ensimmäinen mekaaninen moottori, jolle oli laaja käytännön sovellus. Ensimmäiset mäntähöyrykoneet otettiin käyttöön tehdastuotannossa, ja myöhemmin ne pystyttiin kytkemään pyöriin ja hankkimaan itseliikkuvat koneet:

• höyrylaivat;
• veturit;
• traktorit;
• autoja.

Höyrykoneen keksimisen historia

Minkä tahansa höyrykoneen toimintaperiaate on, että kuuman höyryn energia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi, joka voi olla:

• edestakaisin;
• pyörivä.

Ja tuloksena oleva mekaaninen energia voidaan jo käyttää hyödyllisiin tarkoituksiin. Höyrykoneen toimintaperiaate oli selvä muinaisille kreikkalaisille, mutta pimeällä aikakaudella ihmiset unohtivat sen. Jälleen kiinnostus tätä ongelmaa kohtaan heräsi uudelleen vasta 1600-luvulla. Italialainen Giovanni Branca ehdotti mallia omasta höyryturbiinistaan ​​vuonna 1629. Mutta liian suurista energiahäviöistä johtuen tämä maailman ensimmäinen höyrykone ei löytänyt käytännön sovellusta.

Höyrykone Denis Papin

Tämä ranskalainen, koulutukseltaan lääkäri, muutti Englantiin vuonna 1675, missä hänet tunnettiin useista keksinnöistä. Joten hän keksi "Papenovin kattilan" – modernin kaksoiskattilan prototyypin. Papen havaitsi paineen nousun ja nesteen kiehumispisteen välisen suhteen. Hän pystyi rakentamaan ilmatiiviin kattilan, jossa pidettiin korkea paine. Tämän seurauksena siinä oleva vesi kiehui kohotetussa lämpötilassa, ja ruoan kypsentäminen yli 100 asteen lämpötiloissa tuli mahdolliseksi, mikä nopeutti kypsennysprosessia.

Foggy Albioniin muuttamisen aattona Papin keksi jauhemoottorin. Sylinterissä palava ruuti työnsi mäntää. Syntyneet jauhekaasut poistettiin venttiilin kautta ja loput jäähtyivät, minkä vuoksi sylinterissä tapahtui lievä harvinaisuus ja ilmakehän paine palautti männän paikoilleen.

Huolimatta siitä, että idea itsessään lupasi huomattavia etuja, se ei tuonut tekijälleen osinkoja. Tosiasia on, että vähän aikaisemmin Savery (englannin mekaanikko) patentoi höyrypumppunsa, joka oli tuolloin ainoa tapa käyttää höyrykonetta. Kävi niin, että ensimmäisen höyrykoneen keksijä Denis Papin kuoli vuonna 1714 Lontoossa köyhänä ja yksinäisenä.

Thomas Newcomenin auto

Tämä yritteliäs englantilainen pystyi saavuttamaan suuria voittoja. Hän oli 35-vuotias, kun Papin-kone luotiin. Newcomen tutki huolellisesti Papinin ja Saveryn perintöä ja pani merkille molempien mallien puutteet ja omaksui vahvoja ideoita. Yhteistyössä putki- ja lasiasiantuntijan D. Callin kanssa Newcomen loi ensimmäisen mallinsa vuoteen 1712 mennessä ja jatkoi höyrykoneiden luomisen historiaa. Hänen perustyönsä näytti tältä:

• mallissa oli pystysuora sylinteri männällä (Papinilta);
• höyryä tuotettiin erillisessä kattilassa, joka toimi Saveryn keksinnön periaatteella;
• Höyrysylinterin tiiviys varmistettiin männän ympärillä olevalla ihotiiviydellä.

Nostamalla painetta Newcomenin laite nosti vettä kaivoksista. Mutta se oli hyvin tilaa vievä ja erittäin ahne hiilellä. Mutta nämä puutteet eivät estäneet tämän keksinnön puolen vuosisadan käyttöä kaivoksissa. Hänen ansiostaan ​​oli mahdollista elvyttää kaivoksia, jotka olivat aiemmin hylätty pohjavesitulvien vuoksi. Mutta koska hänen koneensa oli varhaisten keksintöjen kokoelma, Newcomen ei voinut saada sille patenttia.

Watti kone

Ratkaisevan askeleen otti britti James Watt, jonka ponnistelujen ansiosta syntyi riittävän tehokas ja kompakti ensimmäinen mäntähöyrykone. Mekaanikkona Glasgow’n yliopistossa Watt ryhtyi vuonna 1763 korjaamaan Newcomenin höyrykonetta. Korjausprosessin aikana hän keksi tavan vähentää hänen ahmattavuuttaan – hänen sylinterinsä oli pidettävä lämpimänä.

Mutta se oli tarpeen ratkaista höyryn tiivistymisongelma. Hän huomasi ratkaisun ohittaessaan pesuloita, joiden kattiloiden kannesta valui höyryä. Hän ymmärsi, että höyry on kaasu, joka pitäisi laittaa sylinteriin alennetulla paineella. Hän saavutti tiukan mäntä-sylinterijärjestelmän käärimällä ensimmäisen öljytyllä hamppuköydellä, minkä jälkeen ilmakehän paineesta tuli mahdollista luopua – huomattava askel eteenpäin.

Video James Watin ensimmäisestä höyrykoneesta

Mutta elämässä Watt oli vähemmän onnekas, ja hänen täytyi panttittaa velkojen patentti. Kolmen vuoden kuluttua hän tapasi varakkaan teollisuusmiehen Matthew Boltonin, joka osti Wattin patentit. Hänen ohjauksessaan Watt palasi töihin. Jo vuonna 1773 Watin uusi malli osoitti testeissä paljon pienemmän hiilenkulutuksen kuin edeltäjänsä vaativat. Ja vuotta myöhemmin Englanti aloitti Watt-koneiden teollisen tuotannon. Vuonna 1781 Watt patentoi höyrykoneen, joka käytti teollisuuskoneita. Hieman myöhemmin näitä samoja tekniikoita alettiin käyttää laivojen ja junien liikkumiseen, josta tulee todellinen tekninen vallankumous.

Polzunovin höyrykone

Ei vähemmän rakas meille Ivan Polzunov, venäläinen ensimmäisen höyrykoneen keksijä, joka kykeni saamaan voiman moniin työmekanismeihin. Lisäksi hän teki tämän keksinnön ennen Whitea – vuonna 1763 työskennellessään Altain kaivoslaitoksissa. Hän tutustutti tehtaiden päällikön projektiinsa, ja hän sai pääkaupungista luvan yksikön kokoamiseen. Polzunov määrättiin rakentamaan suuri kone.

Tämä työ kesti 21 kuukautta, mutta kun se oli melkein valmis, kuluttava keksijä kuoli muutama päivä ennen ensimmäisiä kokeitaan. Polzunovin höyrykone saattoi toimia jatkuvasti ja automaattisesti. Tämä todistettiin Polzunovin opiskelijoiden vuonna 1766 suorittamien kokeiden tuloksena. Kuukautta myöhemmin kone oli jo alkanut toimia, ei vain kattanut kaikki luomiskustannukset, vaan myös tuonut voittoa omistajille.