A gőzgépek feltalálása fordulópont volt az emberiség történelmében. Valahol a 17-18. század fordulóján a nem hatékony kézi munkát, a vízi kerekeket és a szélmalmokat teljesen új és egyedi mechanizmusokra - gőzgépekre - kezdték felváltani. Nekik valósulhatott meg a műszaki és ipari forradalmak, valamint az emberiség teljes fejlődése.
De ki találta fel a gőzgépet? Kinek köszönheti ezt az emberiség? És mikor volt? Igyekszünk választ találni ezekre a kérdésekre.
Még a mi korszakunk előtt is
A gőzgép megalkotásának története a Krisztus előtti első századokban kezdődik. Alexandria hőse leírt egy mechanizmust, amely csak akkor kezdett működni, amikor gőz hatásának volt kitéve. Az eszköz egy golyó volt, amelyre fúvókákat rögzítettek. Gőz tangenciálisan távozott a fúvókákból, ezáltal a motor forog. Ez volt az első olyan eszköz, amelyet páran tápláltak.
A gőzgép (pontosabban a turbina) megalkotója Tagi-al-Dinome (arab filozófus, mérnök és csillagász). Találmánya ben vált széles körben ismerttéEgyiptom a 16. században. A mechanizmus a következőképpen volt elrendezve: a gőzáramokat lapátokkal közvetlenül a mechanizmusra irányították, és amikor a füst leesett, a pengék forogtak. Valami hasonlót javasolt 1629-ben Giovanni Branca olasz mérnök. Mindezen találmányok fő hátránya a túl sok gőzfogyasztás volt, ami viszont hatalmas mennyiségű energiát igényelt, és nem volt tanácsos. A fejlesztést felfüggesztették, mivel az emberiség akkori tudományos és műszaki tudása nem volt elegendő. Ráadásul egyáltalán nem volt szükség ilyen találmányokra.
Fejlesztések
A 17. századig lehetetlen volt gőzgépet létrehozni. Ám amint megemelkedett a léc az emberi fejlettség szintjén, azonnal megjelentek az első példányok és találmányok. Bár akkor még senki sem vette őket komolyan. Így például 1663-ban egy angol tudós közzétette a sajtóban találmányának tervezetét, amelyet a Raglan kastélyban telepített. Eszköze arra szolgált, hogy vizet emeljen a tornyok falára. Azonban, mint minden újat és ismeretlent, ezt a projektet is kétségekkel fogadták, és nem voltak támogatók a továbbfejlesztéséhez.
A gőzgép létrehozásának története a gőz-atmoszférikus motor feltalálásával kezdődik. 1681-ben Denis Papin francia tudós feltalált egy eszközt, amely vizet pumpált ki a bányákból. Eleinte lőport használtak hajtóerőként, majd vízgőzre cserélték. Így született meg a gőzgép. Javításához nagyban hozzájárultak az angliai tudósok, Thomas Newcomen és Thomas Severen. Ivan Polzunov orosz autodidakta feltaláló szintén felbecsülhetetlen értékű segítséget nyújtott.
Papin sikertelen próbálkozása
A gőz-atmoszférikus gép, amely akkoriban még korántsem volt tökéletes, különös figyelmet keltett a hajóépítő iparban. D. Papin utolsó megtakarításait egy kishajó vásárlására fordította, amelyre egy saját gyártású vízemelő gőz-atmoszférikus gépet kezdett felszerelni. A hatásmechanizmus az volt, hogy a magasból leesve a víz elkezdte forgatni a kerekeket.
A feltaláló 1707-ben végezte tesztjeit a Fulda folyón. Sokan gyűltek össze, hogy csodát nézzenek: egy hajót, amely vitorlák és evezők nélkül halad a folyón. A tesztek során azonban katasztrófa történt: a motor felrobbant, többen megh altak. A hatóságok megharagudtak a szerencsétlen feltalálóra, és eltiltották minden munkától és projekttől. A hajót elkobozták és megsemmisítették, néhány évvel később pedig maga Papin megh alt.
Hiba
Papen gőzösének a következő működési elve volt. A henger aljára kis mennyiségű vizet kellett önteni. A henger alatt egy tűzhely volt, amely a folyadék melegítésére szolgált. Amikor a víz forrni kezdett, a keletkező gőz, kitágulva, megemelte a dugattyút. A levegőt egy speciálisan felszerelt szelepen keresztül vezették ki a dugattyú feletti térből. Miután a víz felforrt és a gőz elkezdett esni, el kellett távolítani a tűzhelyet, el kellett zárni a szelepet a levegő eltávolításához, és a henger falait hideg vízzel le kellett hűteni. Az ilyen műveleteknek köszönhetően a hengerben lévő gőz lecsapódott, és a dugattyú alatt képződikmegritkul, és a légköri nyomás hatására a dugattyú ismét visszakerült eredeti helyére. Lefelé mozgása során hasznos munkát végeztek. Papen gőzgépének hatásfoka azonban negatív volt. A gőzös motorja rendkívül gazdaságtalan volt. És ami a legfontosabb, túl bonyolult és kényelmetlen volt a használata. Ezért Papen találmányának a kezdetektől nem volt jövője.
Követők
A gőzgép létrehozásának története azonban ezzel nem ért véget. A következő, már Papennél is sokkal sikeresebb, Thomas Newcomen angol tudós volt. Hosszú ideig tanulmányozta elődei munkásságát, a gyengeségekre összpontosítva. Munkájuk legjavát kihasználva 1712-ben megalkotta saját készülékét. Az új gőzgépet (a képen látható) a következőképpen tervezték: hengert használtak, amely függőleges helyzetben volt, valamint egy dugattyút. Ez az új jövevény Papin műveiből vett át. Gőz azonban már egy másik kazánban keletkezett. A dugattyú körül egész bőrt rögzítettek, ami jelentősen növelte a gőzhenger belsejében lévő tömítettséget. Ez a gép is gőz-atmoszférikus volt (a víz légköri nyomás segítségével emelkedett ki a bányából). A találmány fő hátránya a terjedelmessége és a hatástalansága volt: a gép hatalmas mennyiségű szenet "evett". Ez azonban sokkal több hasznot hozott, mint Papen találmánya. Ezért csaknem ötven éve használják börtönökben és bányákban. A talajvíz kiszivattyúzására, valamint a hajók szárítására használták. Thomas Newcomen megpróbálta átalakítani az autójáthogy közlekedésre lehessen használni. Azonban minden próbálkozása kudarcot vallott.
A következő tudós, aki bejelentette magát, D. Hull volt Angliából. 1736-ban mutatta be a világnak találmányát: egy gőz-atmoszférikus gépet, amelynek mozgatójaként lapátkerekek voltak. Fejlődése sikeresebb volt, mint Papiné. Azonnal több ilyen hajót elengedtek. Főleg uszályok, hajók és egyéb hajók vontatására használták őket. A gőz-atmoszférikus gép megbízhatósága azonban nem keltett bizalmat, a hajókat vitorlákkal látták el, mint fő mozgatórugót.
És bár Hull szerencsésebb volt, mint Papin, találmányai fokozatosan elvesztették jelentőségét, és elhagyták őket. Ennek ellenére az akkori gőz-atmoszférikus gépeknek számos konkrét hiányossága volt.
A gőzgép története Oroszországban
A következő áttörés az Orosz Birodalomban történt. 1766-ban egy barnauli kohászati üzemben megalkották az első gőzgépet, amely speciális fúvóka segítségével szállította levegőt az olvasztókemencékbe. Alkotója Ivan Ivanovics Polzunov volt, aki még tiszti rangot is kapott a hazájának tett szolgálataiért. A feltaláló bemutatta feletteseinek a fújtatók meghajtására alkalmas "tűzgép" tervrajzait és terveit.
A sors azonban kegyetlen tréfát játszott Polzunovval: hét évvel azután, hogy projektjét elfogadták és az autót összeszerelték, megbetegedett és beleh alt a fogyasztásba – mindössze egy héttel a tesztek kezdete előttmotor. Az utasításai azonban elegendőek voltak a motor beindításához.
Így 1766. augusztus 7-én beindították Polzunov gőzgépét és terhelés alá helyezték. Ugyanezen év novemberében azonban megszakadt. Az ok a kazán túl vékony falaiban derült ki, amelyeket nem rakodásra szántak. Sőt, a feltaláló az utasításaiban azt írta, hogy ez a kazán csak a tesztelés során használható. Egy új kazán gyártása könnyen megtérülne, mert Polzunov gőzgépének hatásfoka pozitív volt. 1023 óra munkáért több mint 14 font ezüstöt olvasztottak ki a segítségével!
De ennek ellenére senki sem kezdte megjavítani a mechanizmust. Polzunov gőzgépe több mint 15 évig porosodott egy raktárban, miközben az ipar világa nem állt meg és fejlődött. Aztán teljesen leszerelték alkatrésznek. Nyilvánvalóan abban a pillanatban Oroszország még nem nőtt fel a gőzgépekig.
A kor követelményei
Eközben az élet nem állt meg. És az emberiség folyamatosan gondolkodott egy olyan mechanizmus létrehozásán, amely lehetővé teszi, hogy ne függjön a szeszélyes természettől, hanem magát a sorsot irányítsa. Mindenki a lehető leghamarabb el akarta hagyni a vitorlát. Ezért folyamatosan a levegőben lógott a gőzszerkezet létrehozásának kérdése. 1753-ban Párizsban versenyt hirdettek kézművesek, tudósok és feltalálók között. Díjat hirdetett a Tudományos Akadémia azoknak, akik képesek olyan mechanizmust létrehozni, amely helyettesítheti a szél erejét. De annak ellenére, hogy olyan elmék vettek részt a versenyen, mint L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix és mások, senki sem tett értelmes javaslatot.
Teltek az évek. És az ipari forradalomegyre több országra terjedt ki. A felsőbbrendűség és a vezetés más hatalmak között változatlanul Angliát illeti. A tizennyolcadik század végére Nagy-Britannia vált a nagyipar megteremtőjévé, aminek köszönhetően elnyerte a világmonopólium címét ebben az iparágban. A mechanikus motor kérdése napról napra egyre aktuálisabbá vált. És létrejött egy ilyen motor.
A világ első gőzgépe
A 1784 fordulópontot jelentett az ipari forradalomban Anglia és a világ számára. Ennek felelőse pedig James Watt angol szerelő volt. Az általa megalkotott gőzgép az évszázad legnagyobb felfedezése volt.
James Watt évek óta tanulmányozza a gőz-atmoszférikus gépek rajzait, szerkezetét és működési elveit. Mindezek alapján pedig arra a következtetésre jutott, hogy a motor hatékonysága érdekében ki kell egyenlíteni a hengerben lévő víz és a mechanizmusba belépő gőz hőmérsékletét. A gőz-atmoszférikus gépek fő hátránya az volt, hogy a hengert folyamatosan vízzel kellett hűteni. Költséges és kényelmetlen volt.
Az új gőzgépet másképp tervezték. Tehát a hengert egy speciális gőzköpenybe zárták. Watt így érte el állandó felhevült állapotát. A feltaláló egy speciális edényt készített hideg vízbe merítve (kondenzátor). Csővel egy hengert erősítettek rá. Amikor a gőz elfogyott a hengerben, egy csövön keresztül bejutott a kondenzátorba és ott visszaváltozott vízzé. Miközben gépe fejlesztésén dolgozott, Wattvákuumot hozott létre a kondenzátorban. Így a hengerből kiáramló összes gőz lecsapódott benne. Ennek az újításnak köszönhetően a gőz expanziós folyamata nagymértékben megnövekedett, ami viszont sokkal több energia kinyerését tette lehetővé azonos mennyiségű gőzből. Ez volt a megkoronázási eredmény.
A gőzgép megalkotója a levegőellátás elvét is megváltoztatta. Most a gőz először a dugattyú alá esett, ezáltal megemelte, majd a dugattyú felett összegyűlt, leengedve azt. Így a mechanizmusban a dugattyú mindkét lökete működőképes lett, ami korábban nem is volt lehetséges. Az egy lóerőre jutó szénfogyasztás pedig négyszer kevesebb volt, mint a gőz-atmoszférikus gépeké, amit James Watt igyekezett elérni. A gőzgép nagyon gyorsan meghódította először Nagy-Britanniát, majd az egész világot.
Charlotte Dundas
Miután az egész világot lenyűgözte James Watt találmánya, megkezdődött a gőzgépek széles körű alkalmazása. Így 1802-ben Angliában megjelent az első hajó egy pár számára - a Charlotte Dundas hajó. Alkotója William Symington. A csónakot vontatóbárkákként használták a csatorna mentén. A hajón a mozgató szerepét a tatra szerelt lapátkerék töltötte be. A hajó első alkalommal sikeresen teljesítette a teszteket: hat óra alatt vontatta két hatalmas bárkát 18 mérföldet. Ugyanakkor a szembeszél erősen megzavarta. De megtette.
És mégis felfüggesztették, mert attól tartottak, hogy a lapátkerék alatt keletkezett erős hullámok miatt kimosódnak a csatorna partjai. Mellesleg továbbCharlotte-ot egy olyan ember tesztelte, akit ma az egész világ az első gőzhajó megalkotójának tart.
A világ első gőzhajója
Robert Fulton angol hajóépítő fiatal korában egy gőzmeghajtású hajóról álmodott. És most az álma valóra vált. Végül is a gőzgépek feltalálása új lendületet adott a hajóépítésben. Fulton Amerika követével, R. Livingstonnal, aki átvette a kérdés anyagi oldalát, egy gőzgépes hajó projektjére fogott. Ez egy összetett találmány volt, amely egy evezőmozgató ötletén alapult. A hajó oldalain sorban húzódtak a sok evezőt imitáló lemezek. Ugyanakkor a lemezek időnként zavarták egymást és eltörtek. Ma már nyugodtan kijelenthetjük, hogy ugyanazt a hatást három-négy csempével is el lehetne érni. De az akkori tudomány és technológia szempontjából ezt irreális volt látni. Ezért a hajóépítőknek sokkal nehezebb dolguk volt.
1803-ban Fulton találmányát bemutatták a világnak. A gőzös lassan és egyenletesen haladt a Szajna mentén, sok párizsi tudós és alak elméjét és képzeletét megmozgatva. A napóleoni kormány azonban elutasította a projektet, és az elégedetlen hajóépítők kénytelenek voltak Amerikában keresni a szerencséjüket.
És 1807 augusztusában a világ első Claremont nevű gőzhajója, amelyben a legerősebb gőzgép is részt vett (a fénykép látható), a Hudson-öböl mentén haladt. Sokan egyszerűen nem hittek a sikerben.
A Clermont rakomány és utasok nélkül indult első útjára. Senki nem akart odamenniutazni egy tűzokádó hajó fedélzetén. De már a visszaúton megjelent az első utas - egy helyi farmer, aki hat dollárt fizetett egy jegyért. Ő lett az első utas a hajózási társaság történetében. Fulton annyira meghatódott, hogy a vakmerőnek életre szóló szabad utat biztosított minden találmányán.
