حياة

توماس سافري وبداية محرك البخار

توماس سافري وبداية محرك البخار

وُلِد توماس سافري لعائلة معروفة في شيلستون ، إنجلترا في وقت ما حوالي عام 1650. لقد تلقى تعليمًا جيدًا وأظهر ولعًا كبيرًا بالميكانيكا والرياضيات والتجريب والاختراع.

الاختراعات في وقت مبكر سافري

أحد اختراعات Savery الأولى كانت ساعة ، والتي لا تزال في عائلته حتى يومنا هذا وتعتبر قطعة بارعة من الآلية. وتابع لابتكار وترتيب براءة اختراع من عجلات مجداف يقودها capstans لدفع السفن في الطقس الهادئ. لقد طرح الفكرة على الأميرالية البريطانية والمجلس المتموج ولكنه لم ينجح. كان المعترض الرئيسي هو المساح للبحرية التي رفضت سافري من خلال التصريح ، "وهل لديك أشخاص متداخلون ، لا يهتمون بنا ، يتظاهرون بزحف أو اختراع أشياء لنا؟"

لم يتم ردع سافري - قام بتركيب أجهزته على سفينة صغيرة وعرض تشغيله على نهر التايمز ، على الرغم من أن البحرية لم تقدم الاختراع.

أول محرك البخار

اخترع سافري محرك البخار في وقت ما بعد ظهوره الأول لعجلات المضرب ، وهي الفكرة التي صممها لأول مرة إدوارد سومرسيت ، وماركيز من ووستر ، بالإضافة إلى عدد قليل من المخترعين السابقين. يشاع أن Savery قرأ كتاب Somerset أولاً يصف الاختراع وحاول فيما بعد إتلاف كل الأدلة عليه تحسباً لاختراعه الخاص. زعم أنه اشترى جميع النسخ التي وجدها وأحرقها.

على الرغم من أن القصة ليست ذات مصداقية خاصة ، إلا أن المقارنة بين رسومات المحركين - Savery's و Somerset's - تظهر تشابهاً صارخاً. إذا لم يكن هناك شيء آخر ، فيجب منح Savery الفضل في تقديمه الناجح لهذا المحرك "شبه القادر" و "قائد المياه". لقد حصل على براءة اختراع لتصميم محركه الأول في 2 يوليو 1698. وتم تقديم نموذج عمل إلى الجمعية الملكية في لندن.

الطريق إلى البراءة

واجه سافري حسابًا ثابتًا ومحرجًا في بناء محركه البخاري الأول. لقد اضطر إلى الحفاظ على المناجم البريطانية - وخاصة حفر كورنوال العميقة - خالية من الماء. أنهى المشروع أخيرًا وأجرى بعض التجارب الناجحة معه ، وعرض نموذجًا له "محرك إطفاء" أمام الملك ويليام الثالث ومحكمته في هامبتون كورت في عام 1698. ثم حصل سايري على براءة اختراعه دون تأخير.

عنوان البراءة كما يلي:

"منحت توماس سافيري التمرين الوحيد للاختراع الجديد الذي ابتكره ، لرفع الماء ، ولحركة جميع أنواع المطاحن ، عن طريق قوة النار المهمة ، والتي ستكون ذات فائدة كبيرة لاستنزاف الألغام ، خدمة المدن بالمياه ، ولعمل جميع أنواع المطاحن ، عندما لا يكون لديهم فائدة من المياه ولا رياح ثابتة ؛ للاحتفاظ بها لمدة 14 عامًا ، وبشروط عادية ".

تقديم اختراعه للعالم

ذهب سايفري بعد ذلك لإعلام العالم باختراعه. بدأ حملة إعلانية منهجية وناجحة ، ولم يفقد أي فرصة لجعل خططه غير معروفة ولكنها مفهومة جيدًا. حصل على إذن بالظهور مع محرك إطفاء نموذجه وشرح عمله في اجتماع الجمعية الملكية. كان محضر ذلك الاجتماع كما يلي:

"استمتع السيد Savery بالمجتمع بعرض محركه لرفع المياه بقوة النار. وقد تم شكره على عرضه التجربة التي نجحت وفقًا للتوقعات ، وتمت الموافقة عليها."

على أمل تقديم محرك إطفاء له إلى مناطق التعدين في كورنوال كمحرك للضخ ، كتب سافري نشرة للتداول العام ، "صديق عامل المنجم أو ، وصف لمحرك لرفع المياه بالنار.” 

تنفيذ محرك البخار

طُبعت نشرة Savery's في لندن عام 1702. وشرع في توزيعها على مالكي ومديري المناجم ، الذين وجدوا في ذلك الوقت أن تدفق المياه في أعماق معينة كان كبيرًا لدرجة أنه لم يمنع التشغيل. في كثير من الحالات ، لم تترك تكلفة الصرف أي هامش ربح مرض. لسوء الحظ ، على الرغم من أن محرك إطفاء Savery بدأ يستخدم لتوفير المياه للمدن والعقارات الكبيرة والمنازل الريفية والمؤسسات الخاصة الأخرى ، إلا أنه لم يتم استخدامه بشكل عام بين المناجم. كان خطر انفجار الغلايات أو أجهزة الاستقبال كبيرًا جدًا.

كانت هناك صعوبات أخرى في تطبيق محرك Savery لأنواع كثيرة من العمل ، ولكن هذا كان الأكثر خطورة. في الواقع ، حدثت انفجارات بنتائج قاتلة.

عند استخدامها في المناجم ، تم وضع المحركات بالضرورة ضمن 30 قدمًا أو أقل من أدنى مستوى ويمكن أن تصبح مغمورة إذا كان الماء يجب أن يرتفع فوق هذا المستوى. في كثير من الحالات ، قد يؤدي ذلك إلى فقد المحرك. سيبقى المنجم "غارقًا" ما لم يتم شراء محرك آخر لضخه.

كان استهلاك الوقود مع هذه المحركات كبيرًا أيضًا. لا يمكن توليد البخار اقتصاديًا لأن الغلايات المستخدمة كانت أشكالًا بسيطة ولم تقدم سوى سطح تسخين قليل جدًا لتأمين انتقال كامل للحرارة من غازات الاحتراق إلى الماء داخل الغلاية. وأعقب هذه النفايات في توليد البخار من النفايات لا تزال أكثر خطورة في تطبيقه. دون التوسع في طرد المياه من جهاز استقبال معدني ، تمتص الجوانب الباردة والرطبة الحرارة بأقصى درجات الملوحة. لم يتم تسخين الكتلة الكبيرة من السائل بواسطة البخار وتم طردها عند درجة الحرارة التي نشأ فيها من الأسفل.

تحسينات على محرك البخار

فيما بعد بدأ سافري العمل مع توماس نيوكومين على محرك بخار في الغلاف الجوي. كان الوافد الجديد حدادًا إنجليزيًا اخترع هذا التحسن عن التصميم السابق للرق.

يستخدم محرك البخار Newcomen قوة الضغط الجوي. ضخ محركه البخار في اسطوانة. بعد ذلك ، تم تكثيف البخار بالماء البارد ، مما أدى إلى حدوث فراغ داخل الأسطوانة. يعمل الضغط الجوي الناتج على تشغيل مكبس ، مما ينتج عنه ضربات هبوطية. على عكس المحرك الذي سجله توماس سافري في عام 1698 ، لم تكن شدة الضغط في محرك Newcomen محدودة بضغط البخار. جنبا إلى جنب مع جون كالي ، بنى نيوكومين أول محرك له في عام 1712 فوق منجم مملوء بالمياه واستخدمه لضخ المياه من المنجم. كان محرك Newcomen هو محرك محرك Watt وكان أحد أكثر التقنيات إثارة للاهتمام التي طورت خلال القرن الثامن عشر الميلادي.

كان جيمس وات مخترعًا ومهندسًا ميكانيكيًا من مواليد غرينوك ، اسكتلندا ، اشتهر بتحسيناته للمحرك البخاري. أثناء عمله في جامعة غلاسكو في عام 1765 ، تم تكليف وات بمهمة إصلاح محرك Newcomen ، والذي كان يعتبر غير فعال ولكنه لا يزال أفضل محرك بخار في وقته. بدأ العمل على العديد من التحسينات على تصميم Newcomen. وكان أبرزها براءة اختراعه لعام 1769 الخاصة بمكثف منفصل متصل بأسطوانة بواسطة صمام. على عكس محرك Newcomen ، كان لدى تصميم Watt مكثف يمكن إبقائه باردًا بينما كانت الاسطوانة ساخنة. سرعان ما أصبح محرك واط هو التصميم السائد لجميع محركات البخار الحديثة وساعد على إحداث الثورة الصناعية. تمت تسمية وحدة قوة تسمى واط باسمه.