המצאת מנועי הקיטור הייתה נקודת מפנה בהיסטוריה האנושית. אי שם בתחילת המאה ה-17-18 החלו להחליף עבודת כפיים, גלגלי מים וטחנות רוח לא יעילה במנגנונים חדשים וייחודיים לחלוטין - מנועי קיטור. בזכותם התאפשרו המהפכות הטכניות והתעשייתיות, וכל ההתקדמות של האנושות.
אבל מי המציא את מנוע הקיטור? למי האנושות חייבת את זה? ומתי זה היה? ננסה למצוא תשובות לכל השאלות הללו.
עוד לפני העידן שלנו
ההיסטוריה של יצירת מנוע קיטור מתחילה במאות הראשונות לפני הספירה. גיבור אלכסנדריה תיאר מנגנון שהחל לפעול רק כשהוא נחשף לקיטור. המכשיר היה כדור שעליו נקבעו חרירים. קיטור יצא באופן משיק מהחרירים, ובכך גרם למנוע להסתובב. זה היה המכשיר הראשון שהופעל על ידי זוג.
היוצר של מנוע הקיטור (ליתר דיוק, הטורבינה) הוא טאגי-אל-דינום (פילוסוף, מהנדס ואסטרונום ערבי). ההמצאה שלו הפכה ידועה במצרים במאה ה-16. המנגנון היה מסודר באופן הבא: זרמי קיטור הופנו ישירות למנגנון עם להבים, וכאשר העשן נפל, הלהבים הסתובבו. משהו דומה הוצע בשנת 1629 על ידי המהנדס האיטלקי ג'ובאני ברנקה. החיסרון העיקרי של כל ההמצאות הללו היה צריכת קיטור גדולה מדי, אשר בתורה דרשה כמות עצומה של אנרגיה ולא הייתה מומלצת. הפיתוח הושעה, מכיוון שהידע המדעי והטכני של האנושות אז לא הספיק. בנוסף, לא היה צורך כלל בהמצאות כאלה.
Developments
עד המאה ה-17, יצירת מנוע קיטור הייתה בלתי אפשרית. אבל ברגע שהרף לרמת ההתפתחות האנושית נסק, הופיעו מיד העותקים וההמצאות הראשונים. למרות שאיש לא לקח אותם ברצינות באותה תקופה. כך, למשל, בשנת 1663, מדען אנגלי פרסם בעיתונות טיוטה להמצאה שלו, אותה התקין בטירת רגלאן. המכשיר שלו שימש להעלאת מים על קירות המגדלים. עם זאת, כמו כל דבר חדש ולא ידוע, פרויקט זה התקבל בספק, ולא היו נותני חסות להמשך פיתוחו.
ההיסטוריה של יצירת מנוע קיטור מתחילה בהמצאת מנוע אדים-אטמוספרי. בשנת 1681, המדען הצרפתי דניס פאפן המציא מכשיר ששאב מים ממכרות. בתחילה שימש אבק השריפה ככוח מניע, ולאחר מכן הוחלף באדי מים. כך נולד מנוע הקיטור. תרומה עצומה לשיפורו נעשתה על ידי מדענים מאנגליה, תומס ניוקומן ותומס סברן.הממציא האוטודידקט הרוסי איבן פולזונוב סיפק גם הוא סיוע רב ערך.
ניסיון כושל של פאפין
מכונת הקיטור-אטמוספירה, הרחק מלהיות מושלמת באותה תקופה, משכה תשומת לב מיוחדת בתעשיית בניית הספינות. ד' פאפין השקיע את חסכונותיו האחרונים ברכישת כלי שיט קטן, שעליו החל להתקין מכונת קיטור אטמוספירית להרמת מים מייצור עצמו. מנגנון הפעולה היה שבנפילה מגובה המים החלו לסובב את הגלגלים.
הממציא ערך את הבדיקות שלו בשנת 1707 על נהר פולדה. אנשים רבים התאספו להסתכל על נס: ספינה נעה לאורך הנהר ללא מפרשים ומשוטים. אולם במהלך הבדיקות אירע אסון: המנוע התפוצץ וכמה בני אדם מתו. השלטונות כעסו על הממציא האומלל ואסרו עליו כל עבודה ופרויקט. הספינה הוחרמה והושמדה, וכמה שנים לאחר מכן מת פאפין עצמו.
שגיאה
ספינת הקיטור של פאפן הייתה בעלת עקרון הפעולה הבא. בתחתית הגליל היה צורך לשפוך כמות קטנה של מים. מתחת לגליל עצמו נמצאה פלטה ששימשה לחימום הנוזל. כשהמים החלו לרתוח, הקיטור שנוצר, שהתרחב, העלה את הבוכנה. אוויר הוצא מהחלל שמעל הבוכנה דרך שסתום מאובזר במיוחד. לאחר שהמים רתחו והקיטור החל לרדת, היה צורך להסיר את הפלטה, לסגור את השסתום להוצאת אוויר ולקרר את קירות הגליל במים קרירים. הודות לפעולות כאלה, הקיטור שהיה בצילינדר התעבה, נוצר מתחת לבוכנהנדירה, ובשל כוח הלחץ האטמוספרי, הבוכנה חזרה שוב למקומה המקורי. במהלך תנועתו מטה נעשתה עבודה מועילה. עם זאת, היעילות של מנוע הקיטור של פאפן הייתה שלילית. מנוע ספינת הקיטור היה מאוד לא חסכוני. והכי חשוב, זה היה מסובך מדי ולא נוח לשימוש. לכן, להמצאה של פאפן לא היה עתיד מההתחלה.
עוקבים
עם זאת, ההיסטוריה של יצירת מנוע הקיטור לא הסתיימה שם. הבא, שכבר הצליח הרבה יותר מפפן, היה המדען האנגלי תומס ניוקומן. הוא למד את עבודת קודמיו במשך זמן רב, תוך התמקדות בחולשות. ולקח את מיטב עבודתם, הוא יצר את המנגנון שלו ב-1712. מנוע הקיטור החדש (תמונה מוצגת) תוכנן באופן הבא: נעשה שימוש בצילינדר, שהיה במצב אנכי, כמו גם בוכנה. ניוקומן זה לקח מיצירותיו של פאפין. עם זאת, אדים כבר נוצרו בדוד אחר. עור שלם היה מקובע סביב הבוכנה, מה שהגדיל משמעותית את ההידוק בתוך גליל הקיטור. גם מכונה זו הייתה קיטור-אטמוספרי (מים עלו מהמכרה באמצעות לחץ אטמוספרי). החסרונות העיקריים של ההמצאה היו נפחיותה וחוסר היעילות שלה: המכונה "אכלה" כמות עצומה של פחם. עם זאת, זה הביא הרבה יותר יתרונות מאשר ההמצאה של פאפן. לכן, הוא נמצא בשימוש במבוכים ובמכרות כבר כמעט חמישים שנה. הוא שימש לשאיבת מי תהום, כמו גם לייבוש ספינות. תומס ניוקומן ניסה להמיר את מכוניתוכך שניתן יהיה להשתמש בו לתנועה. עם זאת, כל ניסיונותיו נכשלו.
המדען הבא שהכריז על עצמו היה ד. האל מאנגליה. בשנת 1736, הוא הציג לעולם את המצאתו: מכונת קיטור אטמוספרית, שהייתה לה גלגלי משוט כמניע. הפיתוח שלו היה מוצלח יותר מזה של פאפין. מיד שוחררו כמה כלי שיט כאלה. הם שימשו בעיקר לגרירת דוברות, ספינות וכלי שיט אחרים. עם זאת, האמינות של מכונת הקיטור-אטמוספירה לא עוררה אמון, והספינות צוידו במפרשים כמניע העיקרי.
ולמרות שהאל היה בר מזל יותר מפאפין, ההמצאות שלו איבדו בהדרגה רלוונטיות ונטשו. ובכל זאת, למכונות הקיטור-אטמוספריות של אז היו חסרונות ספציפיים רבים.
ההיסטוריה של מנוע הקיטור ברוסיה
פריצת הדרך הבאה התרחשה באימפריה הרוסית. בשנת 1766 נוצר מנוע הקיטור הראשון במפעל מתכות בברנאול, שסיפק אוויר לתנורי ההיתוך באמצעות מפוח מיוחד. יוצרו היה איבן איבנוביץ' פולצונוב, שאף קיבל דרגת קצין עבור שירותים למולדתו. הממציא הציג לממונים עליו שרטוטים ותוכניות ל"מכונת כיבוי אש" המסוגלת להפעיל מפוח.
עם זאת, הגורל עשה בדיחה אכזרית עם פולזונוב: שבע שנים לאחר שהפרויקט שלו התקבל וההרכבה של המכונית, הוא חלה ומת מצריכה - שבוע בלבד לפני שהבדיקות שלו החלומנוע. עם זאת, ההוראות שלו הספיקו כדי להתניע את המנוע.
אז, ב-7 באוגוסט 1766, הושק מנוע הקיטור של פולצונוב והוכנס לעומס. עם זאת, בנובמבר של אותה שנה, הוא התקלקל. הסיבה התבררה כקירות דקים מדי של הדוד, שאינם מיועדים להעמסה. יתרה מכך, הממציא כתב בהוראותיו שניתן להשתמש בדוד זה רק במהלך הבדיקה. ייצור דוד חדש היה משתלם בקלות, כי היעילות של מנוע הקיטור של פולצונוב הייתה חיובית. במשך 1023 שעות עבודה, יותר מ-14 פאונד כסף הותכו בעזרתו!
אבל למרות זאת, אף אחד לא התחיל לתקן את המנגנון. מנוע הקיטור של פולצונוב צבר אבק במשך יותר מ-15 שנה במחסן, בעוד שעולם התעשייה לא עמד מלכת והתפתח. ואז זה היה מפורק לחלוטין לחלקים. ככל הנראה, באותו רגע, רוסיה עדיין לא התבגרה למנועי קיטור.
דרישות הזמן
בינתיים, החיים לא עמדו מלכת. והאנושות חשבה כל הזמן על יצירת מנגנון שיאפשר לא להיות תלוי בטבע הגחמני, אלא לשלוט בגורל עצמו. כולם רצו לנטוש את המפרש כמה שיותר מהר. לכן, שאלת יצירת מנגנון קיטור הייתה תלויה כל הזמן באוויר. בשנת 1753 הועלתה בפריז תחרות בין בעלי מלאכה, מדענים וממציאים. האקדמיה למדעים הכריזה על פרס למי שיכול ליצור מנגנון שיכול להחליף את כוחה של הרוח. אבל למרות העובדה שמוחות כמו ל' אוילר, ד' ברנולי, קנטון דה לקרויה ואחרים השתתפו בתחרות, אף אחד לא הציע הצעה הגיונית.
השנים חלפו. והמהפכה התעשייתיתכיסה עוד ועוד מדינות. העליונות והמנהיגות בין המעצמות האחרות הלכו תמיד לאנגליה. עד סוף המאה השמונה עשרה, בריטניה הגדולה היא שהפכה ליוצרת התעשייה בקנה מידה גדול, שבזכותה זכתה בתואר המונופול העולמי בתעשייה זו. השאלה של מנוע מכני כל יום הפכה יותר ויותר רלוונטית. ומנוע כזה נוצר.
מנוע הקיטור הראשון בעולם
1784 סימן נקודת מפנה במהפכה התעשייתית עבור אנגליה והעולם. והאחראי לכך היה המכונאי האנגלי ג'יימס וואט. מנוע הקיטור שיצר היה התגלית הגדולה ביותר של המאה.
ג'יימס וואט לומד את השרטוטים, המבנה ועקרונות הפעולה של מכונות קיטור-אטמוספריות כבר כמה שנים. ועל בסיס כל זה, הוא הגיע למסקנה שלצורך יעילות המנוע, יש צורך להשוות את טמפרטורות המים בצילינדר ואת הקיטור שנכנס למנגנון. החיסרון העיקרי של מכונות קיטור אטמוספריות היה הצורך המתמיד לקרר את הגליל במים. זה היה יקר ולא נוח.
מנוע הקיטור החדש תוכנן אחרת. אז, הגליל היה סגור במעיל קיטור מיוחד. כך השיג וואט את מצבו המחומם הקבוע. הממציא יצר כלי מיוחד טבול במים קרים (מעבה). הוצמד אליו גליל בעזרת צינור. כאשר הקיטור מותש בצילינדר, הוא נכנס למעבה דרך צינור והפך שם חזרה למים. תוך כדי עבודה על שיפור המכונה שלו, וואטיצר ואקום בקבל. כך, כל הקיטור שהגיע מהגליל התעבה בו. הודות לחידוש הזה, תהליך הרחבת הקיטור הוגבר מאוד, מה שבתורו איפשר להפיק הרבה יותר אנרגיה מאותה כמות קיטור. זה היה ההישג העיקרי.
יוצר מנוע הקיטור שינה גם את עקרון אספקת האוויר. כעת הקיטור נפל תחילה מתחת לבוכנה, ובכך העלה אותה, ולאחר מכן נאסף מעל הבוכנה, הוריד אותה. לפיכך, שתי משיכות הבוכנה במנגנון הפכו לעבודה, מה שאפילו לא היה אפשרי קודם לכן. וצריכת הפחם לכוח סוס הייתה פחותה פי ארבעה מאשר, בהתאמה, עבור מכונות קיטור אטמוספריות, וזה מה שג'יימס וואט ניסה להשיג. מנוע הקיטור כבש מהר מאוד תחילה את בריטניה הגדולה, ולאחר מכן את כל העולם.
Charlotte Dundas
לאחר שכל העולם נדהם מהמצאתו של ג'יימס וואט, החל השימוש הנרחב במנועי קיטור. אז, בשנת 1802, הספינה הראשונה לזוג הופיעה באנגליה - סירת שרלוט דונדאס. היוצר שלו הוא וויליאם סימינגטון. הסירה שימשה דוברות גרירה לאורך התעלה. את תפקיד המניע בספינה שיחק גלגל משוטים שהותקן על הירכתיים. הסירה עברה בהצלחה את המבחנים בפעם הראשונה: היא גררה שתי דוברות ענק 18 מיילים בשש שעות. במקביל, הרוח הנגדית מאוד הפריעה לו. אבל הוא עשה את זה.
ובכל זאת הוקפא, כי חששו שבשל הגלים החזקים שנוצרו מתחת לגלגל ההנעה, ישטפו גדות התעלה. אגב, הלאהשרלוט נבחנה על ידי אדם שכל העולם מחשיב היום כיוצר של ספינת הקיטור הראשונה.
ספינת הקיטור הראשונה בעולם
בונה הספינות האנגלי רוברט פולטון חלם מנעוריו על ספינה מונעת בקיטור. ועכשיו החלום שלו התגשם. אחרי הכל, המצאת מנועי הקיטור הייתה תנופה חדשה בבניית ספינות. יחד עם השליח מאמריקה, ר' ליווינגסטון, שהשתלט על הצד החומרי של הנושא, נטל פולטון על פרויקט ספינה עם מנוע קיטור. זו הייתה המצאה מורכבת המבוססת על הרעיון של מניע משוט. לאורך דפנות הספינה נמתחו בשורה לוחות המחקים הרבה משוטים. יחד עם זאת, הלוחות מדי פעם הפריעו זה לזה ונשברו. היום אנו יכולים לומר בקלות שניתן להשיג את אותו האפקט עם שלושה או ארבעה אריחים בלבד. אבל מנקודת המבט של המדע והטכנולוגיה של אז, זה היה לא ריאלי לראות את זה. לכן, לבוני ספינות היה הרבה יותר קשה.
בשנת 1803, ההמצאה של פולטון הוצגה לעולם. ספינת הקיטור נעה באיטיות ובאופן שווה לאורך נהר הסיין, ופגעה במוחם ובדמיון של מדענים ודמויות רבים בפריז. עם זאת, ממשלת נפוליאון דחתה את הפרויקט, ובוני הספינות הממורמרים נאלצו לחפש את מזלם באמריקה.
ובאוגוסט 1807 יצאה ספינת הקיטור הראשונה בעולם בשם Claremont, שבה היה מעורב מנוע הקיטור החזק ביותר (התמונה מוצגת), לאורך מפרץ ההדסון. רבים אז פשוט לא האמינו בהצלחה.
הקלרמונט יצאה למסע הבכורה שלו ללא מטען וללא נוסעים. אף אחד לא רצה ללכתלנסוע על סיפונה של ספינה נושבת אש. אבל כבר בדרך חזרה הופיע הנוסע הראשון - חקלאי מקומי ששילם שישה דולר עבור כרטיס. הוא הפך לנוסע הראשון בתולדות חברת הספנות. פולטון כל כך התרגש שהוא נתן לנועז טרמפ חינם לכל החיים על כל ההמצאות שלו.
