Pierwsze silniki parowe na świecie: historia ich wynalazku

Silnik parowy stał się pierwszym silnikiem mechanicznym, który miał szerokie zastosowanie praktyczne. Pierwsze tłokowe silniki parowe były najpierw używane w produkcji fabrycznej, a później można je było połączyć z kołami i uzyskać maszyny samobieżne:

• statki parowe;
• lokomotywy;
• traktory;
• samochody.

Historia wynalezienia silnika parowego

Podstawową zasadą działania każdego silnika parowego jest zamiana energii gorącej pary na energię mechaniczną, którą można:

• posuwisto-zwrotny;
• rotacyjny.

A uzyskaną energię mechaniczną można już wykorzystać do użytecznych celów. Zasada działania maszyny parowej była jasna dla starożytnych Greków, ale w średniowieczu ludzie o niej zapomnieli. Ponownie zainteresowanie tym problemem odżyło dopiero w XVII wieku. Włoch Giovanni Branca zaproponował model własnej turbiny parowej w 1629 roku. Jednak ze względu na niedopuszczalnie duże straty energii ten pierwszy na świecie silnik parowy nie znalazł praktycznego zastosowania.

Silnik parowy Denis Papin

Ten Francuz, z wykształcenia lekarz, przeniósł się w 1675 roku do Anglii, gdzie zasłynął z wielu wynalazków. Wynalazł więc „kocioł Papenowa" – prototyp nowoczesnego podwójnego kotła. Papen był w stanie zauważyć związek między wzrostem ciśnienia a temperaturą wrzenia cieczy. Potrafił zbudować hermetyczny kocioł, w którym utrzymywano zwiększone ciśnienie. W wyniku tego woda w nim gotowała się w podwyższonej temperaturze i stało się możliwe gotowanie potraw w temperaturach powyżej 100 stopni, co przyspieszyło proces gotowania.

W przeddzień przeprowadzki do Foggy Albion Papin wynalazł silnik proszkowy. Płonący w cylindrze proch pchnął tłok. Powstałe gazy proszkowe zostały usunięte przez zawór, a pozostałe schłodzone, w wyniku czego w cylindrze nastąpiło lekkie rozrzedzenie, a ciśnienie atmosfery przywróciło tłok na swoje miejsce.

Mimo że sam pomysł obiecywał spore korzyści, nie przyniósł on korzyści jego twórcy. Faktem jest, że nieco wcześniej Savery (angielski mechanik) opatentował swoją pompę parową, która w tamtym czasie była jedynym sposobem wykorzystania silnika parowego. Tak się złożyło, że wynalazca pierwszej maszyny parowej, Denis Papin, zmarł w 1714 roku w Londynie, będąc biednym i samotnym.

Samochód Thomasa Newcomena

Ten przedsiębiorczy Anglik był w stanie osiągnąć duże zyski. Miał 35 lat, gdy powstała maszyna Papin. Newcomen dokładnie przestudiował spuściznę Papina i Savery’ego, zauważył wady obu modeli i przyjął mocne idee. Współpracując ze specjalistą od hydrauliki i szkła D. Calli, Newcomen stworzył swój pierwszy model już w 1712 roku, kontynuując historię powstania parowozów. Jej podstawowa praca wyglądała tak:

• konstrukcja miała pionowy cylinder z tłokiem (od Papin);
• para była wytwarzana w oddzielnym kotle, który działał na zasadzie wynalazku Savery’ego;
• Szczelność cylindra parowego zapewniała poszycie wokół tłoka.

Zwiększając ciśnienie, urządzenie Newcomena podniosło wodę z kopalni. Ale był bardzo nieporęczny i wyjątkowo żarłoczny na węglu. Ale te niedociągnięcia nie przeszkodziły półwiecznej eksploatacji tego wynalazku w kopalniach. Dzięki niemu możliwe stało się ożywienie kopalń, które wcześniej zostały opuszczone z powodu zalania wód gruntowych. Ale ponieważ jego maszyna była kompilacją wczesnych wynalazków, Newcomen nie mógł uzyskać na nią patentu.

Maszyna Watta

Decydujący krok podjął Brytyjczyk James Watt, dzięki któremu pojawił się wystarczająco mocny i kompaktowy pierwszy tłokowy silnik parowy. Jako mechanik na Uniwersytecie w Glasgow, w 1763 roku Watt podjął się naprawy silnika parowego Newcomena. Podczas procesu naprawy wymyślił sposób na zmniejszenie jej obżarstwa – jej cylinder musiał być utrzymywany w cieple.

Ale konieczne było rozwiązanie problemu skraplania pary. Złapał rozwiązanie, gdy mijał pralnie, z pokryw bojlerów buchała para. Zdał sobie sprawę, że para jest gazem, który należy umieścić w cylindrze o obniżonym ciśnieniu. Osiągnął szczelny układ tłokowo-cylindrowy, owijając pierwszy naoliwioną liną konopną, po czym możliwe stało się porzucenie ciśnienia atmosferycznego – zauważalny krok naprzód.

Film przedstawiający pierwszą maszynę parową Jamesa Watta

Ale w życiu Watt miał mniej szczęścia i musiał zastawić patent na długi. Po 3 latach poznał bogatego przemysłowca Matthew Boltona, który kupił Wattowi jego patenty. Pod jego opieką Watt wrócił do pracy. Już w 1773 roku nowy model Watta wykazał w testach znacznie mniejsze zużycie węgla niż wymagały tego jego poprzednicy. A rok później Anglia rozpoczęła przemysłową produkcję maszyn Watt. W 1781 roku Watt opatentował silnik parowy napędzający maszyny przemysłowe. Nieco później te same technologie zaczęto wykorzystywać do poruszania się statków i pociągów, co stanie się prawdziwą rewolucją techniczną.

Parowóz Polzunowa

Nie mniej drogi nam jest Iwan Połzunow, rosyjski wynalazca pierwszego silnika parowego, który był w stanie napędzać wiele działających mechanizmów. Co więcej, dokonał tego wynalazku przed White’em – w 1763 r., Pracując w zakładach górniczych Ałtaju. Zapoznał szefa fabryk ze swoim projektem i uzyskał zgodę stolicy na montaż jednostki. Polzunow otrzymał polecenie zbudowania dużej maszyny.

Prace te trwały 21 miesięcy, ale kiedy były już prawie gotowe, wynalazczyni-konsumpcja zmarła na kilka dni przed pierwszymi testami. Maszyna parowa Polzunova mogła pracować w sposób ciągły i automatyczny. Zostało to udowodnione w wyniku testów przeprowadzonych w 1766 roku przez uczniów Polzunowa. Miesiąc później maszyna już zaczęła działać, nie tylko zwracając wszystkie koszty jej stworzenia, ale także przynosząc zysk właścicielom.