Tvaika dzinēju izgudrojums bija pagrieziena punkts cilvēces vēsturē. Kaut kur 17.-18.gadsimta mijā neefektīvo roku darbu, ūdensratus un vējdzirnavas sāka aizstāt ar pilnīgi jauniem un unikāliem mehānismiem - tvaika dzinējiem. Pateicoties viņiem, kļuva iespējamas tehniskās un rūpnieciskās revolūcijas un viss cilvēces progress.
Bet kurš izgudroja tvaika dzinēju? Kam cilvēce to ir parādā? Un kad tas bija? Mēs centīsimies rast atbildes uz visiem šiem jautājumiem.
Pat pirms mūsu ēras
Tvaika dzinēja izveides vēsture sākas pirmajos gadsimtos pirms mūsu ēras. Aleksandrijas varonis aprakstīja mehānismu, kas sāka darboties tikai tad, kad tika pakļauts tvaika iedarbībai. Ierīce bija bumba, uz kuras tika fiksētas sprauslas. Tvaiks tangenciāli izplūda no sprauslām, tādējādi izraisot dzinēja griešanos. Tā bija pirmā ierīce, kuru darbināja pāris.
Tvaika dzinēja (precīzāk, turbīnas) radītājs ir Tagi-al-Dinome (arābu filozofs, inženieris un astronoms). gadā viņa izgudrojums kļuva plaši pazīstamsĒģipte 16. gadsimtā. Mehānisms tika sakārtots šādi: tvaika plūsmas tika virzītas tieši uz mehānismu ar asmeņiem, un, dūmiem nokrītot, asmeņi griezās. Kaut ko līdzīgu 1629. gadā ierosināja itāļu inženieris Džovanni Branka. Visu šo izgudrojumu galvenais trūkums bija pārāk liels tvaika patēriņš, kas savukārt prasīja milzīgu enerģijas daudzumu un nebija vēlams. Attīstība tika apturēta, jo ar toreizējām cilvēces zinātniskajām un tehniskajām zināšanām nepietika. Turklāt tādi izgudrojumi nemaz nebija vajadzīgi.
Izstrādājumi
Līdz 17. gadsimtam tvaika dzinēju nebija iespējams izveidot. Bet, tiklīdz cilvēka attīstības līmeņa latiņa pacēlās uz augšu, uzreiz parādījās pirmie eksemplāri un izgudrojumi. Lai gan neviens tos toreiz neuztvēra nopietni. Tā, piemēram, 1663. gadā kāds angļu zinātnieks presē publicēja sava izgudrojuma projektu, kuru viņš uzstādīja Raglanas pilī. Viņa ierīce kalpoja ūdens pacelšanai uz torņu sienām. Tomēr, tāpat kā viss jaunais un nezināmais, arī šis projekts tika pieņemts ar šaubām, un tā tālākai attīstībai nebija sponsoru.
Tvaika dzinēja izveides vēsture sākas ar tvaika-atmosfēras dzinēja izgudrošanu. 1681. gadā franču zinātnieks Deniss Papēns izgudroja ierīci, kas izsūknēja ūdeni no raktuvēm. Sākumā kā dzinējspēks tika izmantots šaujampulveris, bet pēc tam to aizstāja ar ūdens tvaiku. Tā radās tvaika dzinējs. Milzīgu ieguldījumu tās uzlabošanā sniedza zinātnieki no Anglijas Tomass Ņūkomens un Tomass Severens. Nenovērtējamu palīdzību sniedza arī krievu autodidakts izgudrotājs Ivans Polzunovs.
Papina neveiksmīgais mēģinājums
Tvaika-atmosfēras mašīna, kas tolaik nebija perfekta, piesaistīja īpašu uzmanību kuģu būves nozarē. Pēdējos ietaupījumus D. Papins iztērēja neliela kuģa iegādei, uz kura sāka uzstādīt paša ražotu ūdens pacelšanas tvaika-atmosfērisko iekārtu. Darbības mehānisms bija tāds, ka, krītot no augstuma, ūdens sāka griezt riteņus.
Izgudrotājs veica savus testus 1707. gadā Fuldas upē. Daudzi pulcējās, lai apskatītu brīnumu: kuģi, kas pārvietojas pa upi bez burām un airiem. Tomēr pārbaužu laikā notika katastrofa: uzsprāga dzinējs un gāja bojā vairāki cilvēki. Varas iestādes sadusmojās uz nelaimīgo izgudrotāju un aizliedza viņam piedalīties jebkādos darbos un projektos. Kuģis tika konfiscēts un iznīcināts, un dažus gadus vēlāk pats Papins nomira.
Kļūda
Papen tvaikonim bija šāds darbības princips. Cilindra apakšā bija nepieciešams ielej nelielu daudzumu ūdens. Zem paša cilindra atradās katls, kas kalpoja šķidruma sildīšanai. Kad ūdens sāka vārīties, iegūtais tvaiks, izplešoties, pacēla virzuli. Gaiss tika izvadīts no telpas virs virzuļa caur speciāli aprīkotu vārstu. Pēc tam, kad ūdens uzvārījās un sāka kristies tvaiki, bija nepieciešams noņemt katlu, aizvērt vārstu, lai noņemtu gaisu, un atdzesēt cilindra sienas ar vēsu ūdeni. Pateicoties šādām darbībām, tvaiki, kas atradās cilindrā, kondensējās un izveidojās zem virzuļaretināšana, un atmosfēras spiediena spēka ietekmē virzulis atkal atgriezās sākotnējā vietā. Tās kustības laikā tika veikts lietderīgs darbs. Taču Papena tvaika dzinēja efektivitāte bija negatīva. Tvaikoņa dzinējs bija ārkārtīgi neekonomisks. Un pats galvenais, tas bija pārāk sarežģīti un neērti lietošanai. Tāpēc Papena izgudrojumam jau no paša sākuma nebija nākotnes.
Sekotāji
Tomēr tvaika dzinēja izveides vēsture ar to nebeidzās. Nākamais, jau daudz veiksmīgāks par Papenu, bija angļu zinātnieks Tomass Ņūkomens. Viņš ilgu laiku pētīja savu priekšgājēju darbus, koncentrējoties uz trūkumiem. Izmantojot labāko no viņu darba, viņš 1712. gadā izveidoja savu aparātu. Jaunais tvaika dzinējs (foto redzams) tika veidots šādi: tika izmantots cilindrs, kas atradās vertikālā stāvoklī, kā arī virzulis. Šis jaunpienācējs ņēma no Papina darbiem. Taču tvaiks veidojās jau citā katlā. Visa āda tika fiksēta ap virzuli, kas ievērojami palielināja hermētiskumu tvaika cilindra iekšpusē. Šī iekārta bija arī tvaika atmosfēras (ūdens pacēlās no raktuves, izmantojot atmosfēras spiedienu). Izgudrojuma galvenie trūkumi bija tā apjomīgums un neefektivitāte: iekārta "apēda" milzīgu daudzumu ogļu. Tomēr tas deva daudz vairāk priekšrocību nekā Papena izgudrojums. Tāpēc tas ir izmantots cietumos un raktuvēs gandrīz piecdesmit gadus. To izmantoja gruntsūdeņu atsūknēšanai, kā arī kuģu žāvēšanai. Tomass Ņūkomens mēģināja pārveidot savu automašīnulai to varētu izmantot satiksmei. Tomēr visi viņa mēģinājumi neizdevās.
Nākamais zinātnieks, kurš paziņoja par sevi, bija D. Huls no Anglijas. 1736. gadā viņš pasaulei prezentēja savu izgudrojumu: tvaika atmosfēras iekārtu, kurai kā dzinējam bija lāpstiņas riteņi. Viņa attīstība bija veiksmīgāka nekā Papina attīstība. Tūlīt vairāki šādi kuģi tika atbrīvoti. Tos galvenokārt izmantoja baržu, kuģu un citu kuģu vilkšanai. Tomēr tvaika-atmosfēras mašīnas uzticamība neradīja pārliecību, un kuģi bija aprīkoti ar burām kā galveno virzītāju.
Un, lai gan Hulam paveicās vairāk nekā Papinu, viņa izgudrojumi pamazām zaudēja nozīmi un tika pamesti. Tomēr tā laika tvaika atmosfēras mašīnām bija daudz specifisku trūkumu.
Tvaika dzinēja vēsture Krievijā
Nākamais izrāviens notika Krievijas impērijā. 1766. gadā Barnaulas metalurģijas rūpnīcā tika izveidots pirmais tvaika dzinējs, kas kausēšanas krāsnis piegādāja gaisu, izmantojot īpašas pūtēja silfonas. Tās radītājs bija Ivans Ivanovičs Polzunovs, kuram pat tika piešķirta virsnieka pakāpe par pakalpojumiem dzimtenē. Izgudrotājs saviem priekšniekiem iepazīstināja ar "ugunsdzēsības mašīnas", kas spētu darbināt plēšas, rasējumus un plānus.
Tomēr liktenis ar Polzunovu izspēlēja nežēlīgu joku: septiņus gadus pēc viņa projekta pieņemšanas un automašīnas salikšanas viņš saslima un nomira no patēriņa - tikai nedēļu pirms pārbaužu sākuma.dzinējs. Tomēr viņa norādījumi bija pietiekami, lai iedarbinātu dzinēju.
Tātad 1766. gada 7. augustā Polzunova tvaika dzinējs tika iedarbināts un noslogots. Tomēr tā paša gada novembrī tas sabojājās. Iemesls izrādījās pārāk plānas katla sienas, kas nav paredzētas iekraušanai. Turklāt izgudrotājs savās instrukcijās rakstīja, ka šo katlu var izmantot tikai testēšanas laikā. Jauna katla izgatavošana viegli atmaksātos, jo Polzunova tvaika dzinēja efektivitāte bija pozitīva. Par 1023 darba stundām ar tās palīdzību tika izkausētas vairāk nekā 14 mārciņas sudraba!
Bet, neskatoties uz to, neviens nesāka remontēt mehānismu. Polzunova tvaika mašīna vairāk nekā 15 gadus krāja putekļus noliktavā, kamēr rūpniecības pasaule nestāvēja uz vietas un attīstījās. Un tad tas tika pilnībā izjaukts daļām. Acīmredzot tajā brīdī Krievija vēl nebija izaugusi līdz tvaika dzinējiem.
Laika prasības
Tikmēr dzīve nestāvēja uz vietas. Un cilvēce nemitīgi domāja par tāda mehānisma izveidi, kas ļautu nebūt atkarīgam no kaprīzās dabas, bet gan kontrolētu pašu likteni. Visi gribēja pēc iespējas ātrāk pamest buru. Tāpēc jautājums par tvaika mehānisma izveidi pastāvīgi karājās gaisā. 1753. gadā Parīzē tika izsludināts konkurss starp amatniekiem, zinātniekiem un izgudrotājiem. Zinātņu akadēmija izsludināja balvu tiem, kas spēj izveidot mehānismu, kas var aizstāt vēja spēku. Bet, neskatoties uz to, ka konkursā piedalījās tādi prāti kā L. Eilers, D. Bernulli, Canton de Lacroix un citi, neviens neizteica saprātīgu priekšlikumu.
Gadi gāja. Un industriālā revolūcijaaptvēra arvien vairāk valstu. Pārsvars un vadība starp citām lielvarām vienmēr bija Anglijā. Līdz astoņpadsmitā gadsimta beigām tieši Lielbritānija kļuva par liela mēroga rūpniecības radītāju, pateicoties kurai tā ieguva pasaules monopola titulu šajā nozarē. Jautājums par mehānisko dzinēju katru dienu kļuva arvien aktuālāks. Un tika izveidots šāds dzinējs.
Pasaulē pirmā tvaika dzinējs
1784 iezīmēja pagrieziena punktu rūpnieciskajā revolūcijā Anglijai un pasaulei. Un par to atbildīgais bija angļu mehāniķis Džeimss Vats. Viņa radītais tvaika dzinējs bija gadsimta lielākais atklājums.
James Watt jau vairākus gadus ir pētījis tvaika-atmosfērisko iekārtu rasējumus, uzbūvi un darbības principus. Un, pamatojoties uz to visu, viņš secināja, ka dzinēja efektivitātei ir nepieciešams izlīdzināt ūdens temperatūru cilindrā un tvaiku, kas nonāk mehānismā. Galvenais tvaika atmosfēras mašīnu trūkums bija pastāvīga nepieciešamība atdzesēt cilindru ar ūdeni. Tas bija dārgi un neērti.
Jaunā tvaika dzinēja konstrukcija bija atšķirīga. Tātad cilindrs tika ievietots īpašā tvaika apvalkā. Tādējādi Vats sasniedza savu pastāvīgo apsildāmo stāvokli. Izgudrotājs izveidoja īpašu trauku, kas iegremdēts aukstā ūdenī (kondensators). Tam ar cauruli tika piestiprināts cilindrs. Kad tvaiks cilindrā bija izsmelts, tas pa cauruli iekļuva kondensatorā un tur pārvērtās atpakaļ ūdenī. Strādājot pie savas mašīnas uzlabošanas, Vatsradīja vakuumu kondensatorā. Tādējādi viss tvaiks, kas nāk no cilindra, tajā kondensējās. Pateicoties šim jauninājumam, tika ievērojami palielināts tvaika izplešanās process, kas savukārt ļāva iegūt daudz vairāk enerģijas no tāda paša daudzuma tvaika. Tas bija galvenais sasniegums.
Tvaika dzinēja radītājs mainīja arī gaisa padeves principu. Tagad tvaiks vispirms nokrita zem virzuļa, tādējādi to paceļot, un pēc tam savāca virs virzuļa, nolaižot to. Tādējādi mehānismā nostrādāja abi virzuļa gājieni, kas iepriekš pat nebija iespējams. Un ogļu patēriņš uz zirgspēku bija četras reizes mazāks nekā attiecīgi tvaika atmosfēras mašīnām, ko centās panākt Džeimss Vats. Tvaika dzinējs ļoti ātri iekaroja vispirms Lielbritāniju un pēc tam visu pasauli.
Šarlote Dundasa
Pēc tam, kad visa pasaule bija pārsteigta par Džeimsa Vata izgudrojumu, sākās tvaika dzinēju plaša izmantošana. Tātad 1802. gadā Anglijā parādījās pirmais kuģis pārim - Charlotte Dundas laiva. Tās radītājs ir Viljams Simingtons. Laiva tika izmantota kā vilkšanas baržas pa kanālu. Pārvietotāja lomu uz kuģa pildīja kuģa pakaļgalā uzstādītais lāpstiņas ritenis. Laiva pirmo reizi veiksmīgi izturēja testus: tā sešās stundās vilka divas milzīgas baržas 18 jūdzes. Tajā pašā laikā pretvējš viņam ļoti traucēja. Bet viņš to izdarīja.
Un tomēr tas tika aizturēts, jo baidījās, ka stipro viļņu dēļ, kas radās zem lāpstiņas, kanāla krasti tiks izskaloti. Starp citu, uzŠarloti pārbaudīja vīrietis, kuru visa pasaule mūsdienās uzskata par pirmā tvaikoņa radītāju.
Pirmais tvaikoņu kuģis pasaulē
Angļu kuģu būvētājs Roberts Fultons no jaunības sapņoja par kuģi, kas darbināms ar tvaiku. Un tagad viņa sapnis ir piepildījies. Galu galā tvaika dzinēju izgudrojums bija jauns impulss kuģu būvē. Kopā ar sūtni no Amerikas R. Livingstonu, kurš pārņēma jautājuma materiālo pusi, Fultons ķērās pie kuģa ar tvaika dzinēju projekta. Tas bija sarežģīts izgudrojums, kura pamatā bija airu kustinātāja ideja. Gar kuģa bortiem rindā stiepās plātnes, kas imitēja daudz airu. Tajā pašā laikā plāksnes šad tad traucēja viena otrai un salūza. Šodien mēs varam viegli teikt, ka tādu pašu efektu var panākt tikai ar trim vai četrām flīzēm. Bet no tā laika zinātnes un tehnikas viedokļa to redzēt bija nereāli. Tāpēc kuģu būvētājiem bija daudz grūtāk.
1803. gadā pasaule tika iepazīstināta ar Fultona izgudrojumu. Tvaikonis lēni un vienmērīgi virzījās pa Sēnu, pārsteidzot daudzu Parīzes zinātnieku un figūru prātus un iztēli. Tomēr Napoleona valdība projektu noraidīja, un neapmierinātie kuģu būvētāji bija spiesti meklēt savu laimi Amerikā.
Un 1807. gada augustā pa Hadsona līci devās pasaulē pirmais tvaikonis ar nosaukumu Claremont, kurā bija iesaistīts visspēcīgākais tvaika dzinējs (tiek parādīta fotogrāfija). Daudzi tad vienkārši neticēja panākumiem.
Klermonta savā pirmajā ceļojumā devās bez kravas un bez pasažieriem. Neviens negribēja iet uzceļot uz uguns elpojoša kuģa. Taču jau atpakaļceļā parādījās pirmais pasažieris – vietējais zemnieks, kurš par biļeti samaksāja sešus dolārus. Viņš kļuva par pirmo pasažieri kuģniecības uzņēmuma vēsturē. Fultons bija tik aizkustināts, ka dāvāja pārdrošniekam visu mūžu bez maksas izmantot visus savus izgudrojumus.
