De uitvinding van stoommachines was een keerpunt in de menselijke geschiedenis. Ergens aan het begin van de 17e-18e eeuw begonnen inefficiënte handarbeid, waterraderen en windmolens te worden vervangen door volledig nieuwe en unieke mechanismen - stoommachines. Het is dankzij hen dat de technische en industriële revoluties en de hele vooruitgang van de mensheid mogelijk werden.
Maar wie heeft de stoommachine uitgevonden? Aan wie heeft de mensheid dit te danken? En wanneer was het? We zullen proberen antwoorden op al deze vragen te vinden.
Zelfs vóór onze jaartelling
De geschiedenis van de creatie van een stoommachine begint in de eerste eeuwen voor Christus. Hero of Alexandria beschreef een mechanisme dat pas begon te werken als het werd blootgesteld aan stoom. Het apparaat was een bal waarop sproeiers waren bevestigd. Stoom kwam tangentieel uit de sproeiers, waardoor de motor ging draaien. Het was het eerste apparaat dat door een paar werd aangedreven.
De maker van de stoommachine (meer precies, de turbine) is Tagi-al-Dinome (Arabische filosoof, ingenieur en astronoom). Zijn uitvinding werd algemeen bekend inEgypte in de 16e eeuw. Het mechanisme was als volgt gerangschikt: stoomstromen werden met bladen rechtstreeks naar het mechanisme geleid en toen de rook viel, roteerden de bladen. Iets soortgelijks werd in 1629 voorgesteld door de Italiaanse ingenieur Giovanni Branca. Het grootste nadeel van al deze uitvindingen was een te groot stoomverbruik, wat op zijn beurt enorm veel energie vergde en niet aan te raden was. De ontwikkeling werd opgeschort, omdat de toenmalige wetenschappelijke en technische kennis van de mensheid niet voldoende was. Bovendien waren dergelijke uitvindingen helemaal niet nodig.
Ontwikkelingen
Tot de 17e eeuw was het onmogelijk om een stoommachine te maken. Maar zodra de lat voor het niveau van menselijke ontwikkeling hoog opliep, verschenen meteen de eerste exemplaren en uitvindingen. Hoewel niemand ze op dat moment serieus nam. Dus bijvoorbeeld, in 1663 publiceerde een Engelse wetenschapper in de pers een ontwerp van zijn uitvinding, die hij in Raglan Castle installeerde. Zijn apparaat diende om water op de muren van de torens te verhogen. Maar zoals alles wat nieuw en onbekend was, werd dit project met twijfel aanvaard en waren er geen sponsors voor de verdere ontwikkeling ervan.
De geschiedenis van de creatie van een stoommachine begint met de uitvinding van een damp-atmosferische motor. In 1681 vond de Franse wetenschapper Denis Papin een apparaat uit dat water uit mijnen pompte. Aanvankelijk werd buskruit gebruikt als drijvende kracht en daarna werd het vervangen door waterdamp. Zo werd de stoommachine geboren. Een enorme bijdrage aan de verbetering werd geleverd door wetenschappers uit Engeland, Thomas Newcomen en Thomas Severen. De Russische autodidactische uitvinder Ivan Polzunov bood ook onschatbare hulp.
Papins mislukte poging
De stoom-atmosferische machine, die in die tijd verre van perfect was, trok speciale aandacht in de scheepsbouwindustrie. D. Papin besteedde zijn laatste spaargeld aan de aankoop van een klein vaartuig, waarop hij begon met het installeren van een water-lifting stoom-atmosferische machine van zijn eigen productie. Het werkingsmechanisme was dat, wanneer het van een hoogte viel, het water de wielen begon te draaien.
De uitvinder voerde zijn tests uit in 1707 op de rivier de Fulda. Veel mensen kwamen samen om naar een wonder te kijken: een schip dat zich zonder zeilen en riemen over de rivier voortbewoog. Tijdens de tests deed zich echter een ramp voor: de motor explodeerde en verschillende mensen stierven. De autoriteiten werden boos op de ongelukkige uitvinder en verbood hem van elk werk en projecten. Het schip werd in beslag genomen en vernietigd, en een paar jaar later stierf Papin zelf.
Fout
Papen's stoomboot had het volgende werkingsprincipe. Op de bodem van de cilinder moest een kleine hoeveelheid water worden gegoten. Onder de cilinder zelf bevond zich een vuurpot die diende om de vloeistof te verwarmen. Toen het water begon te koken, bracht de resulterende stoom, uitzettend, de zuiger omhoog. Via een speciaal uitgeruste klep werd lucht uit de ruimte boven de zuiger verdreven. Nadat het water kookte en de stoom begon te vallen, was het noodzakelijk om de vuurpot te verwijderen, de klep te sluiten om lucht te verwijderen en de wanden van de cilinder af te koelen met koud water. Dankzij dergelijke acties condenseerde de stoom die in de cilinder zat onder de zuigerverdunning, en door de kracht van atmosferische druk keerde de zuiger weer terug naar zijn oorspronkelijke plaats. Tijdens de neerwaartse beweging werd nuttig werk verricht. Het rendement van de stoommachine van Papen was echter negatief. De motor van de stoomboot was uiterst oneconomisch. En het belangrijkste was dat het te ingewikkeld en onhandig was om te gebruiken. Daarom had de uitvinding van Papen vanaf het begin geen toekomst.
Volgers
De geschiedenis van de creatie van de stoommachine eindigde daar echter niet. De volgende, al veel succesvoller dan Papen, was de Engelse wetenschapper Thomas Newcomen. Hij bestudeerde het werk van zijn voorgangers lange tijd en concentreerde zich op zwakheden. En met het beste van hun werk creëerde hij zijn eigen apparaat in 1712. De nieuwe stoommachine (foto getoond) was als volgt ontworpen: er werd een cilinder gebruikt, die zich in een verticale positie bevond, evenals een zuiger. Deze Newcomen nam het werk van Papin over. In een andere ketel werd echter al stoom gevormd. De hele huid werd rond de zuiger gefixeerd, wat de dichtheid in de stoomcilinder aanzienlijk verhoogde. Deze machine was ook stoom-atmosferisch (water steeg uit de mijn met atmosferische druk). De belangrijkste nadelen van de uitvinding waren de omvang en inefficiëntie: de machine "at" een enorme hoeveelheid steenkool. Het bracht echter veel meer voordelen met zich mee dan de uitvinding van Papen. Daarom wordt het al bijna vijftig jaar in kerkers en mijnen gebruikt. Het werd gebruikt om grondwater weg te pompen, maar ook om schepen te drogen. Thomas Newcomen probeerde zijn auto om te bouwenzodat het voor het verkeer kan worden gebruikt. Al zijn pogingen mislukten echter.
De volgende wetenschapper die zichzelf aankondigde was D. Hull uit Engeland. In 1736 presenteerde hij zijn uitvinding aan de wereld: een stoom-atmosferische machine, die schoepenwielen als verhuizer had. Zijn ontwikkeling was succesvoller dan die van Papin. Onmiddellijk werden verschillende van dergelijke schepen vrijgelaten. Ze werden voornamelijk gebruikt om binnenvaartschepen, schepen en andere vaartuigen te slepen. De betrouwbaarheid van de stoom-atmosferische machine wekte echter geen vertrouwen en de schepen waren uitgerust met zeilen als de belangrijkste beweger.
En hoewel Hull meer geluk had dan Papin, verloren zijn uitvindingen geleidelijk aan relevantie en werden ze opgegeven. Toch hadden de stoom-atmosferische machines van die tijd veel specifieke tekortkomingen.
De geschiedenis van de stoommachine in Rusland
De volgende doorbraak vond plaats in het Russische rijk. In 1766 werd de eerste stoommachine gemaakt in een metallurgische fabriek in Barnaul, die lucht aan de smeltovens leverde met behulp van speciale blaasbalgen. De maker was Ivan Ivanovich Polzunov, die zelfs een officiersrang kreeg voor diensten aan zijn vaderland. De uitvinder presenteerde zijn superieuren blauwdrukken en plannen voor een "brandmachine" die blaasbalgen kan aandrijven.
Het lot speelde echter een wrede grap met Polzunov: zeven jaar nadat zijn project was aanvaard en de auto was geassembleerd, werd hij ziek en stierf van de consumptie - slechts een week voordat zijn tests begonnenmotor. Zijn instructies waren echter voldoende om de motor te starten.
Dus op 7 augustus 1766 werd de stoommachine van Polzunov gelanceerd en belast. In november van hetzelfde jaar ging het echter stuk. De reden bleek te dunne wanden van de ketel, niet bedoeld om te laden. Bovendien schreef de uitvinder in zijn instructies dat deze ketel alleen tijdens het testen kan worden gebruikt. De fabricage van een nieuwe ketel zou gemakkelijk zijn vruchten afwerpen, omdat het rendement van de stoommachine van Polzunov positief was. Voor 1023 werkuren werd met zijn hulp meer dan 14 pond zilver gesmolten!
Maar ondanks dit begon niemand het mechanisme te repareren. De stoommachine van Polzunov stond meer dan 15 jaar stof te vergaren in een magazijn, terwijl de industriewereld niet stilstond en zich ontwikkelde. En toen werd hij volledig gedemonteerd voor onderdelen. Blijkbaar was Rusland op dat moment nog niet opgegroeid tot stoommachines.
De eisen van de tijd
Ondertussen stond het leven niet stil. En de mensheid dacht constant na over het creëren van een mechanisme dat het mogelijk zou maken om niet afhankelijk te zijn van de grillige aard, maar om het lot zelf te beheersen. Iedereen wilde het zeil zo snel mogelijk verlaten. Daarom hing de kwestie van het creëren van een stoommechanisme constant in de lucht. In 1753 werd in Parijs een wedstrijd uitgeschreven tussen ambachtslieden, wetenschappers en uitvinders. De Academie van Wetenschappen heeft een prijs uitgereikt aan degenen die een mechanisme kunnen creëren dat de kracht van de wind kan vervangen. Maar ondanks het feit dat geesten als L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix en anderen aan de wedstrijd deelnamen, deed niemand een zinnig voorstel.
De jaren gingen voorbij. En de industriële revolutiebestrijkt steeds meer landen. Superioriteit en leiderschap gingen onder andere steevast naar Engeland. Tegen het einde van de achttiende eeuw was het Groot-Brittannië dat de schepper van de grootschalige industrie werd, waardoor het de titel van wereldmonopolie in deze industrie verwierf. De kwestie van een mechanische motor werd elke dag meer en meer relevant. En zo'n engine is gemaakt.
's werelds eerste stoommachine
1784 markeerde een keerpunt in de industriële revolutie voor Engeland en de wereld. En de verantwoordelijke hiervoor was de Engelse monteur James Watt. De stoommachine die hij maakte was de grootste ontdekking van de eeuw.
James Watt bestudeert al enkele jaren de tekeningen, structuur en werkingsprincipes van stoom-atmosferische machines. En op basis van dit alles concludeerde hij dat het voor de efficiëntie van de motor noodzakelijk is om de temperaturen van het water in de cilinder en de stoom die het mechanisme binnenkomt gelijk te maken. Het grootste nadeel van stoom-atmosferische machines was de constante noodzaak om de cilinder met water te koelen. Het was duur en onhandig.
De nieuwe stoommachine was anders ontworpen. Dus de cilinder was ingesloten in een speciale stoommantel. Zo bereikte Watt zijn constante verhitte toestand. De uitvinder creëerde een speciaal vat ondergedompeld in koud water (condensor). Met een pijp was er een cilinder aan vastgemaakt. Toen de stoom in de cilinder was uitgeput, kwam het via een pijp de condensor binnen en veranderde daar weer in water. Terwijl hij werkte aan het verbeteren van zijn machine, Wattcreëerde een vacuüm in de condensator. Zo condenseerde alle stoom die uit de cilinder kwam erin. Door deze innovatie werd het stoomexpansieproces sterk vergroot, waardoor er veel meer energie uit dezelfde hoeveelheid stoom kon worden gehaald. Het was de kroon op het werk.
De maker van de stoommachine veranderde ook het principe van luchttoevoer. Nu viel de stoom eerst onder de zuiger, waardoor deze omhoog kwam, en verzamelde zich vervolgens boven de zuiger en liet deze zakken. Zo werden beide slagen van de zuiger in het mechanisme werkend, wat voorheen niet eens mogelijk was. En het verbruik van kolen per pk was vier keer lager dan respectievelijk voor stoom-atmosferische machines, wat James Watt probeerde te bereiken. De stoommachine veroverde heel snel eerst Groot-Brittannië en daarna de hele wereld.
Charlotte Dundas
Nadat de hele wereld verbaasd was over de uitvinding van James Watt, begon het wijdverbreide gebruik van stoommachines. Dus in 1802 verscheen het eerste schip voor een paar in Engeland - de Charlotte Dundas-boot. De maker is William Symington. De boot werd gebruikt als trekschuit langs het kanaal. De rol van de verhuizer op het schip werd gespeeld door een schoepenrad dat op de achtersteven was gemonteerd. De boot doorstond de tests de eerste keer met succes: hij sleepte twee enorme duwbakken 18 mijl in zes uur. Tegelijkertijd hinderde de tegenwind hem enorm. Maar hij deed het.
En toch werd het on hold gezet, omdat ze vreesden dat door de sterke golven die onder het schoepenrad ontstonden, de oevers van het kanaal zouden wegspoelen. Trouwens, opCharlotte werd getest door een man die tegenwoordig door de hele wereld wordt beschouwd als de maker van het eerste stoomschip.
Het eerste stoomschip ter wereld
De Engelse scheepsbouwer Robert Fulton droomde van jongs af aan van een door stoom aangedreven schip. En nu is zijn droom uitgekomen. De uitvinding van stoommachines was immers een nieuwe impuls in de scheepsbouw. Samen met de gezant uit Amerika, R. Livingston, die de materiële kant van de kwestie overnam, nam Fulton het project van een schip met een stoommachine ter hand. Het was een complexe uitvinding gebaseerd op het idee van een roeispaan. Langs de zijkanten van het schip strekken zich in een rij platen uit die veel roeispanen nabootsen. Tegelijkertijd bemoeiden de platen zich af en toe met elkaar en braken ze. Tegenwoordig kunnen we gemakkelijk zeggen dat hetzelfde effect kan worden bereikt met slechts drie of vier tegels. Maar vanuit het standpunt van wetenschap en technologie van die tijd was het onrealistisch om dit te zien. Daarom hadden scheepsbouwers het veel moeilijker.
In 1803 werd de uitvinding van Fulton aan de wereld voorgesteld. De stoomboot bewoog langzaam en gelijkmatig langs de Seine en sprak tot de verbeelding van veel wetenschappers en figuren in Parijs. De Napoleontische regering verwierp het project echter en de ontevreden scheepsbouwers werden gedwongen hun fortuin te zoeken in Amerika.
En in augustus 1807 voer 's werelds eerste stoomboot genaamd Claremont, waarin de krachtigste stoommachine was betrokken (foto wordt gepresenteerd), langs de Hudson Bay. Velen geloofden toen gewoon niet in succes.
De Clermont begon aan zijn eerste reis zonder vracht en zonder passagiers. Niemand wilde naarreis aan boord van een vuurspuwend schip. Maar al op de terugweg verscheen de eerste passagier - een lokale boer die zes dollar betaalde voor een kaartje. Hij werd de eerste passagier in de geschiedenis van de rederij. Fulton was zo ontroerd dat hij de waaghals een levenslange gratis rit gaf op al zijn uitvindingen.
