Pronalazak parnih mašina bio je prekretnica u ljudskoj istoriji. Negdje na prijelazu iz 17. u 18. stoljeće, neefikasan ručni rad, vodeni kotači i vjetrenjače počeli su da se zamjenjuju potpuno novim i jedinstvenim mehanizmima - parnim mašinama. Zahvaljujući njima, tehničke i industrijske revolucije, i cjelokupni napredak čovječanstva, postali su mogući.
Ali ko je izumeo parnu mašinu? Kome čovječanstvo ovo duguje? A kada je to bilo? Pokušat ćemo pronaći odgovore na sva ova pitanja.
Još prije naše ere
Historija stvaranja parne mašine počinje u prvim vekovima pre nove ere. Heroj Aleksandrije opisao je mehanizam koji je počeo da radi tek kada je bio izložen pari. Uređaj je bio lopta na koju su bile pričvršćene mlaznice. Para je izlazila tangencijalno iz mlaznica, uzrokujući rotaciju motora. Bio je to prvi uređaj koji je pokretao par.
Tvorac parne mašine (tačnije, turbine) je Tagi-al-Dinome (arapski filozof, inženjer i astronom). Njegov izum postao je nadaleko poznat uEgipat u 16. veku. Mehanizam je bio raspoređen na sljedeći način: mlazovi pare su se lopaticama usmjeravali direktno na mehanizam, a kada je dim padao, lopatice su se okretale. Nešto slično je 1629. predložio talijanski inženjer Giovanni Branca. Glavni nedostatak svih ovih izuma bila je prevelika potrošnja pare, što je zauzvrat zahtijevalo ogromnu količinu energije i nije bilo preporučljivo. Razvoj je obustavljen, jer tadašnja naučna i tehnička znanja čovječanstva nisu bila dovoljna. Osim toga, uopće nije bilo potrebe za takvim izumima.
Razvoj
Sve do 17. veka stvaranje parne mašine je bilo nemoguće. Ali čim je letvica za nivo ljudskog razvoja porasla, odmah su se pojavile prve kopije i izumi. Iako ih tada niko nije shvatao ozbiljno. Tako je, na primjer, 1663. godine jedan engleski naučnik objavio u štampi nacrt svog izuma, koji je instalirao u zamku Raglan. Njegov uređaj je služio za podizanje vode na zidove kula. Međutim, kao i sve novo i nepoznato, i ovaj projekat je prihvaćen sa sumnjom, a nije bilo sponzora za njegov dalji razvoj.
Historija stvaranja parne mašine počinje izumom parne atmosferske mašine. Godine 1681. francuski naučnik Denis Papin izumio je uređaj koji je pumpao vodu iz rudnika. U početku se kao pokretačka snaga koristio barut, a potom je zamijenjen vodenom parom. Tako je rođena parna mašina. Ogroman doprinos njegovom unapređenju dali su naučnici iz Engleske, Thomas Newcomen i Thomas Severen. Ruski samouki pronalazač Ivan Polzunov je također pružio neprocjenjivu pomoć.
Papin neuspjeli pokušaj
Parno-atmosferska mašina, daleko od savršenstva u to vrijeme, privukla je posebnu pažnju u brodogradnji. D. Papin je svoju posljednju ušteđevinu potrošio na kupovinu malog plovila, na koji je počeo ugrađivati paro-atmosfersku mašinu za podizanje vode vlastite proizvodnje. Mehanizam djelovanja je bio da, padajući s visine, voda počinje da okreće točkove.
Pronalazač je izvršio svoje testove 1707. godine na rijeci Fulda. Mnogi ljudi su se okupili da pogledaju čudo: brod koji se kretao rijekom bez jedara i vesala. Međutim, tokom testiranja dogodila se katastrofa: motor je eksplodirao i nekoliko ljudi je poginulo. Vlasti su se naljutile na nesretnog pronalazača i zabranile mu bilo kakav rad i projekte. Brod je konfiskovan i uništen, a nekoliko godina kasnije i sam Papin je umro.
Greška
Papenova parobroda imala je sljedeći princip rada. Na dno cilindra bilo je potrebno sipati malu količinu vode. Ispod samog cilindra nalazio se žar koji je služio za zagrijavanje tekućine. Kada je voda počela da ključa, nastala para, šireći se, podigla je klip. Zrak je izbačen iz prostora iznad klipa kroz posebno opremljen ventil. Nakon što je voda proključala i para je počela da pada, bilo je potrebno ukloniti žar, zatvoriti ventil da bi se uklonio zrak i ohladiti zidove cilindra hladnom vodom. Zahvaljujući takvim akcijama, para koja je bila u cilindru kondenzovala se, formirala se ispod kliparazrjeđivanje, a uslijed sile atmosferskog tlaka, klip se ponovo vratio na prvobitno mjesto. Tokom njegovog silaznog kretanja obavljen je koristan posao. Međutim, efikasnost Papenove parne mašine bila je negativna. Motor parobroda bio je krajnje neekonomičan. I što je najvažnije, bio je previše kompliciran i nezgodan za korištenje. Dakle, Papenov izum nije imao budućnost od samog početka.
Pratioci
Međutim, istorija stvaranja parne mašine nije tu završila. Sljedeći, već mnogo uspješniji od Papena, bio je engleski naučnik Thomas Newcomen. Dugo je proučavao rad svojih prethodnika, fokusirajući se na slabosti. I uzevši najbolje od njihovog rada, stvorio je svoj vlastiti aparat 1712. godine. Nova parna mašina (prikazana fotografija) je projektovana na sledeći način: korišćen je cilindar koji je bio u vertikalnom položaju, kao i klip. Ovaj Newcomen je preuzeo iz Papinih djela. Međutim, para se već formirala u drugom kotlu. Oko klipa je fiksirana cijela koža, što je značajno povećalo nepropusnost unutar parnog cilindra. Ova mašina je takođe bila parno-atmosferska (voda se dizala iz rudnika pomoću atmosferskog pritiska). Glavni nedostaci izuma bili su njegova glomaznost i neefikasnost: mašina je "pojela" ogromnu količinu uglja. Međutim, donio je mnogo više koristi od Papenovog izuma. Stoga se skoro pedeset godina koristi u tamnicama i rudnicima. Korišćen je za ispumpavanje podzemnih voda, kao i za sušenje brodova. Tomas Njukomen je pokušao da prepravi svoj automobiltako da se može koristiti za saobraćaj. Međutim, svi njegovi pokušaji su propali.
Sljedeći naučnik koji se oglasio bio je D. Hull iz Engleske. Godine 1736. predstavio je svijetu svoj izum: parnu atmosfersku mašinu, koja je imala kotače s lopaticama kao pokretač. Njegov razvoj bio je uspješniji od Papinog. Odmah je pušteno nekoliko takvih plovila. Uglavnom su korišteni za vuču barži, brodova i drugih plovila. Međutim, pouzdanost parne atmosferske mašine nije ulivala povjerenje, a brodovi su bili opremljeni jedrima kao glavnim pokretačem.
I iako je Hull imao više sreće od Papina, njegovi izumi su postepeno izgubili relevantnost i bili su napušteni. Ipak, parno-atmosferske mašine tog vremena imale su mnoge specifične nedostatke.
Historija parne mašine u Rusiji
Sljedeći proboj dogodio se u Ruskom carstvu. Godine 1766. stvorena je prva parna mašina u metalurškoj tvornici u Barnaulu, koja je opskrbljivala zrakom peći za topljenje pomoću posebnih puhačkih mijehova. Njegov tvorac bio je Ivan Ivanovič Polzunov, koji je čak dobio i oficirski čin za zasluge u domovini. Pronalazač je svojim pretpostavljenima predstavio nacrte i planove za "vatrenu mašinu" sposobnu da pokreće mehove.
Međutim, sudbina se okrutno našalila sa Polzunovom: sedam godina nakon što je njegov projekat prihvaćen i automobil sastavljen, on se razbolio i umro od konzumacije - samo nedelju dana pre nego što su počela ispitivanjamotor. Međutim, njegova uputstva su bila dovoljna za pokretanje motora.
Dakle, 7. avgusta 1766. godine, Polzunovljev parni stroj je pušten u pogon i stavljen pod opterećenje. Međutim, u novembru iste godine se pokvario. Ispostavilo se da su razlog bili pretanki zidovi kotla, koji nisu namijenjeni za punjenje. Štaviše, pronalazač je u svojim uputstvima napisao da se ovaj kotao može koristiti samo tokom testiranja. Proizvodnja novog kotla bi se lako isplatila, jer je efikasnost Polzunovljeve parne mašine bila pozitivna. Za 1023 sata rada uz njegovu pomoć istopljeno je više od 14 funti srebra!
Ali uprkos tome, niko nije počeo da popravlja mehanizam. Polzunovljev parni stroj skupljao je prašinu više od 15 godina u skladištu, dok svijet industrije nije stajao i razvijao se. A onda je potpuno rastavljen na dijelove. Očigledno, u tom trenutku Rusija još nije dorasla parnim mašinama.
Zahtjevi vremena
U međuvremenu, život nije stajao. I čovječanstvo je stalno razmišljalo o stvaranju mehanizma koji bi omogućio da se ne ovisi o hirovitoj prirodi, već da kontrolira samu sudbinu. Svi su htjeli što prije napustiti jedro. Stoga je pitanje stvaranja parnog mehanizma stalno visilo u zraku. Godine 1753. u Parizu je raspisano takmičenje zanatlija, naučnika i pronalazača. Akademija nauka objavila je nagradu onima koji mogu stvoriti mehanizam koji može zamijeniti snagu vjetra. Ali uprkos činjenici da su umovi kao što su L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i drugi učestvovali na takmičenju, niko nije dao razuman predlog.
Godine su prolazile. I industrijska revolucijapokrivao sve više zemalja. Superiornost i vođstvo među ostalim silama je uvijek pripadalo Engleskoj. Do kraja osamnaestog stoljeća upravo je Velika Britanija postala tvorac velike industrije, zahvaljujući kojoj je osvojila titulu svjetskog monopola u ovoj industriji. Pitanje mehaničkog motora svakim je danom postajalo sve relevantnije. I takav motor je stvoren.
Prva svjetska parna mašina
1784 označio je prekretnicu u industrijskoj revoluciji za Englesku i svijet. A osoba odgovorna za ovo bio je engleski mehaničar James Watt. Parna mašina koju je stvorio bila je najveće otkriće stoljeća.
James Watt već nekoliko godina proučava crteže, strukturu i principe rada parno-atmosferskih mašina. I na osnovu svega toga zaključio je da je za efikasnost motora potrebno izjednačiti temperature vode u cilindru i pare koja ulazi u mehanizam. Glavni nedostatak parno-atmosferskih mašina bila je stalna potreba da se cilindar hladi vodom. Bilo je skupo i nezgodno.
Nova parna mašina je drugačije dizajnirana. Dakle, cilindar je bio zatvoren u posebnu parnu košulju. Tako je Watt postigao svoje konstantno zagrijano stanje. Izumitelj je stvorio posebnu posudu uronjenu u hladnu vodu (kondenzator). Na njega je cijevom pričvršćen cilindar. Kada je para bila iscrpljena u cilindru, ušla je u kondenzator kroz cijev i tamo se ponovo pretvorila u vodu. Dok je radio na poboljšanju svoje mašine, Wattstvorio vakuum u kondenzatoru. Tako se sva para koja dolazi iz cilindra kondenzovala u njemu. Zahvaljujući ovoj inovaciji, proces ekspanzije pare je znatno povećan, što je zauzvrat omogućilo da se iz iste količine pare izvuče mnogo više energije. To je bilo krunsko postignuće.
Tvorac parne mašine je takođe promenio princip dovoda vazduha. Sada je para prvo pala ispod klipa, podižući ga, a zatim se skupljala iznad klipa, spuštajući ga. Tako su oba hoda klipa u mehanizmu proradila, što prije nije bilo moguće. A potrošnja uglja po konjskoj snazi bila je četiri puta manja nego za parne atmosferske mašine, što je James Watt pokušavao postići. Parna mašina je vrlo brzo osvojila prvo Veliku Britaniju, a potom i cijeli svijet.
Charlotte Dundas
Nakon što je cijeli svijet bio zadivljen izumom Jamesa Watta, počela je široka upotreba parnih mašina. Tako se 1802. godine u Engleskoj pojavio prvi brod za par - brod Charlotte Dundas. Njegov tvorac je William Symington. Čamac je korišten kao teglenica duž kanala. Ulogu pokretača na brodu igrao je kotač s veslom postavljen na krmi. Čamac je uspješno prošao testove prvi put: odvukao je dvije ogromne barže 18 milja za šest sati. U isto vrijeme, čeoni vjetar mu je uvelike smetao. Ali on je to uspio.
A ipak je stavljeno na čekanje, jer su se bojali da će zbog jakih talasa koji su se stvarali ispod lopatice, obale kanala biti isprane. Usput, naCharlotte je testirao čovjek koga cijeli svijet danas smatra tvorcem prvog parobroda.
Prvi parobrod na svijetu
Engleski brodograditelj Robert Fulton sanjao je o brodu na parni pogon od svoje mladosti. A sada mu se san ostvario. Uostalom, pronalazak parnih mašina bio je novi zamah u brodogradnji. Zajedno sa izaslanikom iz Amerike R. Livingstonom, koji je preuzeo materijalnu stranu pitanja, Fulton se prihvatio projekta broda s parnom mašinom. Bio je to složen izum zasnovan na ideji pokretača vesla. Duž bokova broda su u nizu ispružene ploče koje imitiraju mnogo vesala. U isto vrijeme, ploče su se tu i tamo miješale jedna u drugu i lomile. Danas lako možemo reći da se isti efekat može postići sa samo tri ili četiri pločice. Ali sa stanovišta nauke i tehnologije tog vremena, to je bilo nerealno sagledati. Stoga je brodograditeljima bilo mnogo teže.
1803. godine, Fultonov izum je predstavljen svijetu. Parobrod se polako i ravnomjerno kretao duž Sene, zadivljujući umove i maštu mnogih naučnika i ličnosti u Parizu. Međutim, Napoleonova vlada je odbila projekat, a nezadovoljni brodograditelji bili su primorani da traže sreću u Americi.
A u avgustu 1807. godine, prvi parobrod na svijetu pod nazivom Claremont, u kojem je bila uključena najmoćnija parna mašina (fotografija je predstavljena), išao je duž zaljeva Hudson. Mnogi tada jednostavno nisu vjerovali u uspjeh.
Clermont je krenuo na svoje prvo putovanje bez tereta i putnika. Niko nije hteo da ideputovati na brod koji diše vatru. Ali već na povratku pojavio se prvi putnik - lokalni farmer koji je kartu platio šest dolara. Postao je prvi putnik u istoriji brodarske kompanije. Fulton je bio toliko dirnut da je Daredevilu dao doživotnu besplatnu vožnju na svim svojim izumima.
