Höyrykoneiden keksintö oli käännekohta ihmiskunnan historiassa. Jossain 1600-1800-luvun vaihteessa tehoton käsityö, vesipyörät ja tuulimyllyt alkoivat korvata täysin uusilla ja ainutlaatuisilla mekanismeilla - höyrykoneilla. Heidän ansiostaan tekniset ja teolliset vallankumoukset ja koko ihmiskunnan edistyminen tulivat mahdollisiksi.
Mutta kuka keksi höyrykoneen? Kenelle ihmiskunta on tämän velkaa? Ja milloin se oli? Yritämme löytää vastaukset kaikkiin näihin kysymyksiin.
Jo ennen aikakauttamme
Höyrykoneen luomisen historia alkaa ensimmäisiltä vuosisatoilta eKr. Aleksandrian sankari kuvaili mekanismia, joka alkoi toimia vasta, kun se altistui höyrylle. Laite oli pallo, johon oli kiinnitetty suuttimet. Höyryä tuli tangentiaalisesti suuttimista, mikä sai moottorin pyörimään. Se oli ensimmäinen laite, joka sai virtaa parilta.
Höyrykoneen (tarkemmin sanottuna turbiinin) luoja on Tagi-al-Dinome (arabialainen filosofi, insinööri ja tähtitieteilijä). Hänen keksintönsä tuli laaj alti tunnetuksi vuonnaEgypti 1500-luvulla. Mekanismi järjestettiin seuraavasti: höyryvirrat ohjattiin suoraan mekanismiin terien avulla, ja kun savu putosi, terät pyörivät. Jotain vastaavaa ehdotti vuonna 1629 italialainen insinööri Giovanni Branca. Kaikkien näiden keksintöjen suurin haittapuoli oli liiallinen höyrynkulutus, mikä puolestaan vaati v altavan määrän energiaa eikä ollut suositeltavaa. Kehitys keskeytettiin, koska ihmiskunnan silloinen tieteellinen ja tekninen tieto ei riittänyt. Lisäksi tällaisille keksinnöille ei ollut tarvetta ollenkaan.
Kehitys
1600-luvulle asti höyrykoneen luominen oli mahdotonta. Mutta heti kun inhimillisen kehityksen taso nousi, ensimmäiset kopiot ja keksinnöt ilmestyivät heti. Vaikka kukaan ei ottanut niitä vakavasti tuolloin. Joten esimerkiksi vuonna 1663 englantilainen tiedemies julkaisi lehdistössä luonnoksen keksinnöstään, jonka hän asensi Raglanin linnaan. Hänen laitteensa nosti vettä tornien seinille. Kuitenkin, kuten kaikki uusi ja tuntematon, tämäkin hanke hyväksyttiin epäilevästi, eikä sen jatkokehittämiselle löytynyt sponsoreita.
Höyrykoneen luomisen historia alkaa höyry-ilmakehän moottorin keksimisestä. Vuonna 1681 ranskalainen tiedemies Denis Papin keksi laitteen, joka pumppaa vettä kaivoksista. Aluksi asevoimana käytettiin ruutia, jonka jälkeen se korvattiin vesihöyryllä. Näin syntyi höyrykone. Englannin tutkijat Thomas Newcomen ja Thomas Severen antoivat v altavan panoksen sen parantamiseen. Venäläinen itseoppinut keksijä Ivan Polzunov tarjosi myös arvokasta apua.
Papinin epäonnistunut yritys
Höyry-ilmakehäkone, joka ei ollut tuolloin täydellinen, herätti erityistä huomiota laivanrakennusteollisuudessa. D. Papin käytti viimeiset säästönsä pienen aluksen hankintaan, johon hän alkoi asentaa oman tuotantonsa vesihöyry-ilmakehän konetta. Vaikutusmekanismi oli, että vesi putoaa korke alta ja alkoi pyörittää pyöriä.
Keksijä suoritti testinsä vuonna 1707 Fulda-joella. Monet ihmiset kokoontuivat katsomaan ihmettä: laivaa, joka liikkui jokea pitkin ilman purjeita ja airoja. Testien aikana tapahtui kuitenkin katastrofi: moottori räjähti ja useita ihmisiä kuoli. Viranomaiset suuttuivat onnettomalle keksijälle ja kielsivät häntä kaikesta työstä ja projekteista. Laiva takavarikoitiin ja tuhottiin, ja muutamaa vuotta myöhemmin Papin itse kuoli.
Virhe
Papenin höyrylaivalla oli seuraava toimintaperiaate. Sylinterin pohjalle oli tarpeen kaataa pieni määrä vettä. Itse sylinterin alla sijaitsi keitin, joka lämmitti nestettä. Kun vesi alkoi kiehua, syntynyt höyry, laajenee, nosti männän. Ilma poistettiin männän yläpuolella olevasta tilasta erityisesti varustetun venttiilin kautta. Kun vesi kiehui ja höyry alkoi laskea, oli tarpeen irrottaa liesi, sulkea venttiili ilman poistamiseksi ja jäähdyttää sylinterin seinämät viileällä vedellä. Tällaisten toimien ansiosta sylinterissä ollut höyry tiivistyi ja muodostui männän allemäntä palasi jälleen alkuperäiselle paikalleen ilmakehän paineen vaikutuksesta. Sen alaspäin liikkeen aikana tehtiin hyödyllistä työtä. Papenin höyrykoneen hyötysuhde oli kuitenkin negatiivinen. Höyrylaivan moottori oli erittäin epätaloudellinen. Ja mikä tärkeintä, se oli liian monimutkainen ja hankala käyttää. Siksi Papenin keksinnöllä ei ollut tulevaisuutta alusta alkaen.
Seuraajat
Höyrykoneen luomisen historia ei kuitenkaan päättynyt tähän. Seuraava, jo paljon menestyneempi kuin Papen, oli englantilainen tiedemies Thomas Newcomen. Hän opiskeli edeltäjiensä työtä pitkään keskittyen heikkouksiin. Hän loi oman laitteensa vuonna 1712 hyödyntäen heidän työtään parastaan. Uusi höyrykone (kuvassa) suunniteltiin seuraavasti: käytettiin sylinteriä, joka oli pystyasennossa, sekä mäntää. Tämä tulokas otti Papinin teoksista. Höyryä muodostui kuitenkin jo toisessa kattilassa. Männän ympärille kiinnitettiin koko nahka, mikä lisäsi merkittävästi tiiviyttä höyrysylinterin sisällä. Tämä kone oli myös höyryilmakehän (vesi nousi kaivoksesta ilmanpainetta käyttäen). Keksinnön tärkeimmät haitat olivat sen tilavuus ja tehottomuus: kone "söi" v altavan määrän hiiltä. Se toi kuitenkin paljon enemmän hyötyä kuin Papenin keksintö. Siksi sitä on käytetty vankityrmissä ja kaivoksissa lähes viidenkymmenen vuoden ajan. Sitä käytettiin pohjaveden pumppaamiseen sekä laivojen kuivaamiseen. Thomas Newcomen yritti muuttaa autoaanjotta sitä voidaan käyttää liikenteessä. Kaikki hänen yrityksensä epäonnistuivat kuitenkin.
Seuraava tiedemies, joka ilmoitti itsestään, oli D. Hull Englannista. Vuonna 1736 hän esitteli maailmalle keksintönsä: höyry-ilmakehän koneen, jossa oli siipipyörät liikkujana. Hänen kehityksensä oli menestynempää kuin Papinin. Välittömästi useita tällaisia aluksia vapautettiin. Niitä käytettiin pääasiassa proomujen, laivojen ja muiden alusten hinaamiseen. Höyry-ilmakehän koneen luotettavuus ei kuitenkaan herättänyt luottamusta, ja laivat varustettiin pääliikkujaksi purjeilla.
Ja vaikka Hull oli onnellisempi kuin Papin, hänen keksintönsä menettivät vähitellen merkityksensä ja hylättiin. Silti tuon ajan höyryilmakoneissa oli monia erityisiä puutteita.
Höyrykoneen historia Venäjällä
Seuraava läpimurto tapahtui Venäjän v altakunnassa. Vuonna 1766 Barnaulissa sijaitsevaan metallurgiseen tehtaaseen luotiin ensimmäinen höyrykone, joka toimitti ilmaa sulatusuuneihin erityisillä puh altimen palkeilla. Sen luoja oli Ivan Ivanovich Polzunov, jolle annettiin jopa upseeriarvo kotimaahansa palvelemisesta. Keksijä esitteli esimiehilleen piirustuksia ja suunnitelmia "palokoneesta", joka pystyy toimittamaan voimansa palkeilla.
Kohtalo leikki kuitenkin julman vitsin Polzunovin kanssa: seitsemän vuotta sen jälkeen, kun hänen projektinsa hyväksyttiin ja auto koottiin, hän sairastui ja kuoli kulutukseen - vain viikkoa ennen testien alkamistamoottori. Hänen ohjeensa riittivät kuitenkin moottorin käynnistämiseen.
Joten 7. elokuuta 1766 Polzunovin höyrykone käynnistettiin ja kuormitettiin. Saman vuoden marraskuussa se kuitenkin hajosi. Syyksi osoittautui kattilan liian ohuet seinät, joita ei ollut tarkoitettu lastaukseen. Lisäksi keksijä kirjoitti ohjeissaan, että tätä kattilaa voidaan käyttää vain testauksen aikana. Uuden kattilan valmistus kannattaisi helposti, koska Polzunovin höyrykoneen hyötysuhde oli positiivinen. 1023 työtunnilla sen avulla sulatettiin yli 14 kiloa hopeaa!
Mutta tästä huolimatta kukaan ei alkanut korjata mekanismia. Polzunovin höyrykone keräsi pölyä yli 15 vuoden ajan varastossa, kun taas teollisuus ei pysynyt paikallaan ja kehittyi. Ja sitten se purettiin kokonaan osia varten. Ilmeisesti tuolloin Venäjä ei ollut vielä kasvanut höyrykoneisiin.
Ajan vaatimukset
Sillä välin elämä ei pysähtynyt. Ja ihmiskunta ajatteli jatkuvasti mekanismin luomista, jonka avulla ei voida riippua oikoista luonnosta, vaan hallita itse kohtaloa. Kaikki halusivat hylätä purjeen mahdollisimman pian. Siksi kysymys höyrymekanismin luomisesta roikkui jatkuvasti ilmassa. Vuonna 1753 Pariisissa järjestettiin kilpailu käsityöläisten, tiedemiesten ja keksijöiden kesken. Tiedeakatemia julkisti palkinnon niille, jotka voivat luoda mekanismin, joka voi korvata tuulen voiman. Mutta huolimatta siitä, että kilpailuun osallistuivat sellaiset ihmiset kuin L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix ja muut, kukaan ei tehnyt järkevää ehdotusta.
Vuodet kuluivat. Ja teollinen vallankumouskattaa yhä useampia maita. Ylivoima ja johtajuus muiden v altojen joukossa meni poikkeuksetta Englantiin. 1700-luvun loppuun mennessä Iso-Britanniasta tuli suurteollisuuden luoja, minkä ansiosta se voitti tällä alalla maailmanmonopolin tittelin. Kysymys mekaanisesta moottorista tuli joka päivä yhä tärkeämmäksi. Ja sellainen moottori luotiin.
Maailman ensimmäinen höyrykone
1784 merkitsi käännekohtaa teollisessa vallankumouksessa Englannissa ja koko maailmassa. Ja vastuuhenkilö tästä oli englantilainen mekaanikko James Watt. Hänen luomansa höyrykone oli vuosisadan suurin löytö.
James Watt on tutkinut höyry-ilmakehän koneiden piirustuksia, rakennetta ja toimintaperiaatteita useiden vuosien ajan. Ja kaiken tämän perusteella hän päätteli, että moottorin tehokkuuden vuoksi on tarpeen tasata sylinterissä olevan veden ja mekanismiin tulevan höyryn lämpötilat. Höyry-ilmakehän koneiden suurin haitta oli jatkuva tarve jäähdyttää sylinteri vedellä. Se oli kallista ja hankalaa.
Uusi höyrykone on suunniteltu eri tavalla. Joten sylinteri suljettiin erityiseen höyryvaippaan. Näin Watt saavutti jatkuvan kuumennetun tilansa. Keksijä loi erityisen astian, joka oli upotettu kylmään veteen (kondensaattori). Siihen kiinnitettiin sylinteri putkella. Kun höyry loppui sylinteristä, se meni putken kautta lauhduttimeen ja muuttui siellä takaisin vedeksi. Työskennellessään koneensa parantamiseksi Wattsynnytti tyhjiön kondensaattoriin. Siten kaikki sylinteristä tuleva höyry kondensoitui siihen. Tämän innovaation ansiosta höyrylaajenemisprosessi lisääntyi huomattavasti, mikä puolestaan mahdollisti paljon enemmän energian ottamisen samasta höyrymäärästä. Se oli kruunaava saavutus.
Höyrykoneen luoja muutti myös ilmansyöttöperiaatetta. Nyt höyry putosi ensin männän alle nostaen sitä ja kerääntyi sitten männän yläpuolelle laskeen sitä. Siten molemmat männän iskut mekanismissa alkoivat toimia, mikä ei ollut edes mahdollista aiemmin. Ja hiilen kulutus hevosvoimaa kohden oli neljä kertaa pienempi kuin vastaavasti höyryilmakehän koneissa, mitä James Watt yritti saavuttaa. Höyrykone valloitti hyvin nopeasti ensin Ison-Britannian ja sitten koko maailman.
Charlotte Dundas
Kun koko maailma hämmästyi James Watin keksinnöstä, höyrykoneiden laaja käyttö alkoi. Joten vuonna 1802 ensimmäinen pariskunnille tarkoitettu laiva ilmestyi Englantiin - Charlotte Dundas -vene. Sen luoja on William Symington. Venettä käytettiin hinausproomuina kanavaa pitkin. Liikkujan roolia laivalla toimi perään asennettu siipipyörä. Vene läpäisi testit onnistuneesti ensimmäisellä kerralla: se hinasi kahta v altavaa proomua 18 mailia kuudessa tunnissa. Samaan aikaan vastatuuli häiritsi häntä suuresti. Mutta hän teki sen.
Ja kuitenkin se laitettiin pitoon, koska he pelkäsivät, että siipipyörän alle syntyneiden voimakkaiden a altojen takia kanavan rannat huuhtoutuisivat pois. Muuten päälleCharlottea testasi mies, jota koko maailma nykyään pitää ensimmäisen höyrylaivan luojana.
Maailman ensimmäinen höyrylaiva
Englantilainen laivanrakentaja Robert Fulton haaveili nuoruudestaan asti höyrykäyttöisestä aluksesta. Ja nyt hänen unelmansa on toteutunut. Loppujen lopuksi höyrykoneiden keksintö oli uusi sysäys laivanrakennuksessa. Yhdessä Amerikan lähettilään R. Livingstonin kanssa, joka otti asian aineellisen puolen hoitaakseen, Fulton otti käsiksi höyrykoneella varustetun laivan projektin. Se oli monimutkainen keksintö, joka perustui airon liikuttajan ideaan. Laivan sivuilla venytettiin rivissä paljon airoja jäljitteleviä levyjä. Samaan aikaan levyt häiritsivät toisiaan silloin tällöin ja rikkoutuivat. Nykyään voimme helposti sanoa, että sama vaikutus voidaan saavuttaa vain kolmella tai neljällä laatalla. Mutta tuon ajan tieteen ja teknologian näkökulmasta tämän näkeminen oli epärealistista. Siksi laivanrakentajilla oli paljon vaikeampaa aikaa.
Vuonna 1803 Fultonin keksintö esiteltiin maailmalle. Höyrylaiva liikkui hitaasti ja tasaisesti Seine-jokea pitkin ja iski monien Pariisissa olevien tiedemiesten ja hahmojen mieleen ja mielikuvitukseen. Napoleonin hallitus kuitenkin hylkäsi hankkeen, ja tyytymättömät laivanrakentajat pakotettiin etsimään onneaan Amerikasta.
Ja elokuussa 1807 maailman ensimmäinen höyrylaiva nimeltä Claremont, jossa oli mukana tehokkain höyrykone (kuva esitetään), kulki Hudsonin lahdella. Monet eivät silloin yksinkertaisesti uskoneet menestykseen.
Clermont lähti neitsytmatkalleen ilman rahtia ja matkustajia. Kukaan ei halunnut mennämatkustaa tulta puh altavan laivan kyytiin. Mutta jo paluumatkalla ilmestyi ensimmäinen matkustaja - paikallinen maanviljelijä, joka maksoi kuusi dollaria lipusta. Hänestä tuli ensimmäinen matkustaja varustamon historiassa. Fulton oli niin liikuttunut, että hän antoi urheilijalle elinikäisen ilmaisen kyydin kaikkiin keksintöihinsä.
