Izum parnih strojeva bio je prekretnica u ljudskoj povijesti. Negdje na prijelazu iz 17. u 18. stoljeće, neučinkoviti ručni rad, vodeni kotači i vjetrenjače počeli su se zamjenjivati potpuno novim i jedinstvenim mehanizmima - parnim strojevima. Zahvaljujući njima, tehničke i industrijske revolucije, te cjelokupni napredak čovječanstva, postali su mogući.
Ali tko je izumio parni stroj? Kome čovječanstvo ovo duguje? A kad je to bilo? Pokušat ćemo pronaći odgovore na sva ova pitanja.
Još prije naše ere
Povijest stvaranja parnog stroja počinje u prvim stoljećima prije Krista. Hero of Alexandria opisao je mehanizam koji je počeo raditi 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 parnog stroja (točnije, turbine) je Tagi-al-Dinome (arapski filozof, inženjer i astronom). Njegov izum postao je nadaleko poznat uEgipat u 16. stoljeću. Mehanizam je bio raspoređen na sljedeći način: mlazovi pare su bili usmjereni izravno na mehanizam s oštricama, a kada je dim pao, lopatice su se okretale. Nešto slično predložio je 1629. talijanski inženjer Giovanni Branca. Glavni nedostatak svih ovih izuma bila je prevelika potrošnja pare, što je pak zahtijevalo ogromnu količinu energije i nije bilo preporučljivo. Razvoj je bio obustavljen, jer tadašnje znanstveno i tehničko znanje čovječanstva nije bilo dovoljno. Osim toga, za takvim izumima uopće nije bilo potrebe.
Razvoj
Sve do 17. stoljeća stvaranje parnog stroja bilo je nemoguće. Ali čim je letvica za razinu ljudskog razvoja porasla, odmah su se pojavile prve kopije i izumi. Iako ih tada nitko nije shvaćao ozbiljno. Tako je, na primjer, 1663. godine engleski znanstvenik objavio u tisku nacrt svog izuma, koji je instalirao u dvorcu Raglan. Njegova je naprava služila za podizanje vode na zidove tornjeva. No, kao i sve novo i nepoznato, i ovaj je projekt prihvaćen sa sumnjom, a nije bilo sponzora za njegov daljnji razvoj.
Povijest stvaranja parnog stroja počinje izumom parno-atmosferskog stroja. Godine 1681. francuski znanstvenik Denis Papin izumio je uređaj koji je crpio vodu iz rudnika. U početku se kao pokretačka snaga koristio barut, a potom je zamijenjen vodenom parom. Tako je rođen parni stroj. Ogroman doprinos njegovom poboljšanju dali su znanstvenici iz Engleske Thomas Newcomen i Thomas Severen. Ruski samouki izumitelj Ivan Polzunov također je pružio neprocjenjivu pomoć.
Papinov neuspjeli pokušaj
Parno-atmosferski stroj, daleko od savršenstva u to vrijeme, privukao je posebnu pozornost u brodogradnji. D. Papin je svoju posljednju ušteđevinu potrošio na kupnju malog plovila, na koje je počeo ugrađivati parno-atmosferski stroj za podizanje vode vlastite proizvodnje. Mehanizam djelovanja bio je da je voda, padajući s visine, počela okretati kotače.
Izumitelj je proveo svoje testove 1707. na rijeci Fulda. Mnogi su se okupili da pogledaju čudo: brod koji se kretao rijekom bez jedara i vesala. Međutim, tijekom testiranja dogodila se katastrofa: motor je eksplodirao i nekoliko ljudi je umrlo. Vlasti su se naljutile na nesretnog izumitelja i zabranile mu bilo kakav rad i projekte. Brod je zaplijenjen i uništen, a nekoliko godina kasnije i sam Papin je umro.
Pogreška
Papenov parobrod imao je sljedeći princip rada. Na dno cilindra bilo je potrebno uliti malu količinu vode. Ispod samog cilindra nalazio se žar koji je služio za zagrijavanje tekućine. Kada je voda počela ključati, 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 padati, bilo je potrebno ukloniti žar, zatvoriti ventil kako bi se uklonio zrak i ohladiti stijenke cilindra hladnom vodom. Zahvaljujući takvim radnjama, para koja je bila u cilindru kondenzirala se, formirala se ispod kliparazrjeđivanja, a uslijed sile atmosferskog tlaka, klip se opet vratio na prvobitno mjesto. Tijekom njegovog kretanja prema dolje obavljen je koristan posao. Međutim, učinkovitost Papenovog parnog stroja bila je negativna. Motor parobroda bio je krajnje neekonomičan. I što je najvažnije, bio je previše kompliciran i nezgodan za korištenje. Stoga Papenov izum nije imao budućnost od samog početka.
Sljedbenici
Međutim, povijest stvaranja parnog stroja nije tu završila. Sljedeći, već mnogo uspješniji od Papena, bio je engleski znanstvenik 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. Novi parni stroj (prikazana fotografija) dizajniran je na sljedeći način: korišten je cilindar koji je bio u okomitom položaju, kao i klip. Ovaj je Newcomen preuzeo iz Papinih djela. Međutim, para je već nastala u drugom kotlu. Oko klipa je fiksirana cijela koža, što je značajno povećalo nepropusnost unutar parnog cilindra. Ovaj stroj je također bio parno-atmosferski (voda se dizala iz rudnika uz pomoć atmosferskog tlaka). Glavni nedostaci izuma bili su njegova glomaznost i neučinkovitost: stroj je "pojeo" ogromnu količinu ugljena. Međutim, donio je mnogo više koristi od Papenovog izuma. Stoga se gotovo pedeset godina koristi u tamnicama i rudnicima. Koristio se za ispumpavanje podzemnih voda, kao i za sušenje brodova. Thomas Newcomen pokušao je preurediti svoj automobiltako da se može koristiti za promet. Međutim, svi njegovi pokušaji nisu uspjeli.
Sljedeći znanstvenik koji se najavio bio je D. Hull iz Engleske. Godine 1736. svijetu je predstavio svoj izum: parni atmosferski stroj, koji je imao kotače s lopaticama kao pokretač. Njegov je razvoj bio uspješniji od Papinog. Odmah je pušteno nekoliko takvih plovila. Uglavnom su se koristile za vuču teglenica, brodova i drugih plovila. Međutim, pouzdanost parnog atmosferskog stroja nije ulijevala povjerenje, a brodovi su bili opremljeni jedrima kao glavnim pokretačem.
I premda je Hull imao više sreće od Papina, njegovi izumi su postupno izgubili relevantnost i bili su napušteni. Ipak, parno-atmosferski strojevi tog vremena imali su mnoge specifične nedostatke.
Povijest parnog stroja u Rusiji
Sljedeći proboj dogodio se u Ruskom Carstvu. Godine 1766. stvoren je prvi parni stroj u metalurškoj tvornici u Barnaulu, koji je opskrbljivao zrak u peći za taljenje pomoću posebnih puhačkih mijehova. Njegov je tvorac bio Ivan Ivanovič Polzunov, koji je čak dobio i časnički čin za zasluge u domovini. Izumitelj je svojim nadređenima predstavio nacrte i planove za "vatreni stroj" sposoban pokretati mijehove.
Međutim, sudbina se okrutno našalila s Polzunovom: sedam godina nakon što je njegov projekt prihvaćen i automobil sastavljen, razbolio se i umro od konzumacije - samo tjedan dana prije nego što su počela testiranjamotor. Međutim, njegove upute bile su dovoljne za pokretanje motora.
Dakle, 7. kolovoza 1766. Polzunovov je parni stroj pušten u pogon i stavljen pod opterećenje. Međutim, u studenom iste godine pokvario se. Pokazalo se da su razlog previše tanki zidovi kotla, koji nisu namijenjeni za punjenje. Štoviše, izumitelj je u svojim uputama napisao da se ovaj kotao može koristiti samo tijekom testiranja. Izrada novog kotla lako bi se isplatila, jer je učinkovitost Polzunovove parne mašine bila pozitivna. Za 1023 sata rada, uz njegovu pomoć istopljeno je više od 14 funti srebra!
Ali unatoč tome, nitko nije počeo popravljati 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 strojevima.
Zahtjevi vremena
U međuvremenu, život nije stajao. I čovječanstvo je stalno razmišljalo o stvaranju mehanizma koji bi omogućio da ne ovisimo o hirovitoj prirodi, već da kontroliramo samu sudbinu. Svi su htjeli što prije napustiti jedro. Stoga je pitanje stvaranja parnog mehanizma stalno visjelo u zraku. Godine 1753. u Parizu je raspisano natjecanje među obrtnicima, znanstvenicima i izumiteljima. Akademija znanosti objavila je nagradu onima koji mogu stvoriti mehanizam koji može zamijeniti snagu vjetra. No unatoč činjenici da su u natjecanju sudjelovali umovi kao što su L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i drugi, nitko nije dao razuman prijedlog.
Godine su prolazile. I industrijska revolucijapokrivao sve više zemalja. Superiornost i vodstvo među ostalim silama uvijek su pripadali 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.
Prvi parni stroj na svijetu
1784 označio je prekretnicu u industrijskoj revoluciji za Englesku i svijet. A osoba odgovorna za to bio je engleski mehaničar James Watt. Parni stroj koji je stvorio bilo je najveće otkriće stoljeća.
James Watt već nekoliko godina proučava crteže, strukturu i principe rada parno-atmosferskih strojeva. I na temelju svega toga zaključio je da je za učinkovitost motora potrebno izjednačiti temperature vode u cilindru i pare koja ulazi u mehanizam. Glavni nedostatak parno-atmosferskih strojeva bila je stalna potreba za hlađenjem cilindra vodom. Bilo je skupo i nezgodno.
Novi parni stroj dizajniran je drugačije. Dakle, cilindar je bio zatvoren u posebnu parnu jaknu. Tako je Watt postigao svoje konstantno zagrijano stanje. Izumitelj je stvorio posebnu posudu uronjenu u hladnu vodu (kondenzator). Na njega je cijevom bio pričvršćen cilindar. Kada je para bila iscrpljena u cilindru, ušla je u kondenzator kroz cijev i tamo se ponovno pretvorila u vodu. Dok je radio na poboljšanju svog stroja, Wattstvorio vakuum u kondenzatoru. Tako se sva para koja dolazi iz cilindra kondenzirala u njemu. Zahvaljujući ovoj inovaciji, proces ekspanzije pare je uvelike povećan, što je zauzvrat omogućilo izvlačenje puno više energije iz iste količine pare. To je bila kruna uspjeha.
Tvorac parnog stroja također je promijenio princip dovoda zraka. Sada je para prvo pala ispod klipa, podižući ga, a zatim se skupljala iznad klipa, spuštajući ga. Tako su oba poteza klipa u mehanizmu proradila, što prije nije bilo moguće. A potrošnja ugljena po konjskoj snazi bila je četiri puta manja nego za parne atmosferske strojeve, što je James Watt pokušavao postići. Parni stroj je vrlo brzo osvojio 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 strojeva. 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 imao je kotač s veslom postavljen na krmi. Brod je uspješno prošao testove prvi put: povukao je dvije ogromne teglenice 18 milja u šest sati. Pritom mu je jako smetao čeoni vjetar. Ali on je to uspio.
A ipak je stavljeno na čekanje, jer su se bojali da će zbog jakih valova koji su se stvarali ispod lopatice, obale kanala biti isprane. Usput, naCharlotte je testirao čovjek kojeg 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, izum parnih strojeva bio je novi poticaj u brodogradnji. Zajedno s izaslanikom iz Amerike R. Livingstonom, koji je preuzeo materijalnu stranu pitanja, Fulton se prihvatio projekta broda s parnim strojem. Bio je to složen izum zasnovan na ideji pokretača vesla. Uz bokove broda u nizu su se protezale ploče koje imitiraju puno vesala. U isto vrijeme, ploče su se tu i tamo miješale jedna u drugu i lomile. Danas možemo lako reći da bi se isti učinak mogao postići sa samo tri ili četiri pločice. Ali sa stajališta znanosti i tehnologije tog vremena, to je bilo nerealno vidjeti. Stoga je brodograditeljima bilo puno teže.
1803. godine, Fultonov izum predstavljen je svijetu. Parobrod se polako i ravnomjerno kretao duž Seine, zadivljujući umove i maštu mnogih znanstvenika i ličnosti u Parizu. Međutim, Napoleonova vlada odbila je projekt, a nezadovoljni brodograditelji bili su prisiljeni potražiti sreću u Americi.
A u kolovozu 1807., prvi parobrod na svijetu nazvan Claremont, u kojem je bio uključen najmoćniji parni stroj (fotografija je predstavljena), išao je uz zaljev Hudson. Mnogi tada jednostavno nisu vjerovali u uspjeh.
Clermont je krenuo na svoje prvo putovanje bez tereta i putnika. Nitko nije htio ićiputovati na brodu koji diše vatru. No, već na povratku pojavio se prvi putnik - lokalni farmer koji je kartu platio šest dolara. Postao je prvi putnik u povijesti brodarske tvrtke. Fulton je bio toliko dirnut da je odvažnom djelu dao doživotnu besplatnu vožnju na svim svojim izumima.
