Izum parnih strojev je bil prelomnica v človeški zgodovini. Nekje na prelomu iz 17. v 18. stoletje so neučinkovito ročno delo, vodna kolesa in vetrnice začeli nadomeščati s popolnoma novimi in edinstvenimi mehanizmi - parnimi stroji. Zahvaljujoč njim so postale možne tehnične in industrijske revolucije ter celoten napredek človeštva.
Toda kdo je izumil parni stroj? Komu je človeštvo to dolžno? In kdaj je bilo to? Poskušali bomo najti odgovore na vsa ta vprašanja.
Še pred našo dobo
Zgodovina nastanka parnega stroja se začne v prvih stoletjih pred našim štetjem. Hero of Alexandria je opisal mehanizem, ki je začel delovati šele, ko je bil izpostavljen pari. Naprava je bila krogla, na katero so bile pritrjene šobe. Para je prišla tangencialno iz šob, kar je povzročilo vrtenje motorja. To je bila prva naprava, ki jo je napajalo par.
Ustvarjalec parnega stroja (natančneje turbine) je Tagi-al-Dinome (arabski filozof, inženir in astronom). Njegov izum je postal splošno znan vEgipt v 16. stoletju. Mehanizem je bil urejen takole: tokovi pare so bili usmerjeni neposredno na mehanizem z rezili, in ko je dim padel, so se rezila vrtela. Nekaj podobnega je leta 1629 predlagal italijanski inženir Giovanni Branca. Glavna pomanjkljivost vseh teh izumov je bila prevelika poraba pare, ki je posledično zahtevala ogromno energije in ni bila priporočljiva. Razvoj je bil prekinjen, saj takratno znanstveno in tehnično znanje človeštva ni bilo dovolj. Poleg tega takšni izumi sploh niso bili potrebni.
Razvoj
Do 17. stoletja je bilo ustvarjanje parnega stroja nemogoče. Toda takoj, ko se je lestvica stopnje človeškega razvoja dvignila, so se takoj pojavili prvi izvodi in izumi. Čeprav jih takrat nihče ni jemal resno. Tako je na primer leta 1663 angleški znanstvenik v tisku objavil osnutek svojega izuma, ki ga je namestil v gradu Raglan. Njegova naprava je služila za dvig vode na stene stolpov. Vendar je bil, tako kot vse novo in neznano, tudi ta projekt sprejet z dvomom in ni bilo sponzorjev za njegov nadaljnji razvoj.
Zgodovina nastanka parnega stroja se začne z izumom parno-atmosferskega stroja. Leta 1681 je francoski znanstvenik Denis Papin izumil napravo, ki je črpala vodo iz rudnikov. Sprva je bil kot gonilna sila uporabljen smodnik, nato pa so ga nadomestili z vodno paro. Tako se je rodil parni stroj. K njegovemu izboljšanju so veliko prispevali znanstveniki iz Anglije Thomas Newcomen in Thomas Severen. Neprecenljivo pomoč je imel tudi ruski izumitelj samouk Ivan Polzunov.
Papinov neuspel poskus
Parni atmosferski stroj, ki v tistem času še zdaleč ni bil popoln, je pritegnil posebno pozornost v ladjedelništvu. D. Papin je svoje zadnje prihranke porabil za nakup manjšega plovila, na katerega je začel vgrajevati vodni parno-atmosferski stroj lastne proizvodnje. Mehanizem delovanja je bil, da je voda pri padcu z višine začela vrteti kolesa.
Izumitelj je svoje preizkuse opravil leta 1707 na reki Fulda. Veliko ljudi se je zbralo, da bi pogledali čudež: ladjo, ki se giblje po reki brez jader in vesla. Vendar se je med testi zgodila katastrofa: motor je eksplodiral in umrlo je več ljudi. Oblast se je na nesrečnega izumitelja razjezila in mu prepovedala kakršna koli dela in projekte. Ladjo so zaplenili in uničili, nekaj let pozneje pa je umrl tudi sam Papin.
Napaka
Papenov parnik je imel naslednje načelo delovanja. Na dno jeklenke je bilo treba naliti majhno količino vode. Pod samim valjem se je nahajala žarnica, ki je služila za segrevanje tekočine. Ko je voda začela vreti, je nastala para, ki se je razširila, dvignila bat. Zrak je bil izpuščen iz prostora nad batom skozi posebej opremljen ventil. Ko je voda zavrela in para je začela padati, je bilo treba odstraniti žar, zapreti ventil za odstranitev zraka in ohladiti stene jeklenke s hladno vodo. Zahvaljujoč takšnim dejanjem je para, ki je bila v cilindru, kondenzirana, nastala pod batomredčenje, zaradi sile atmosferskega tlaka pa se je bat spet vrnil na prvotno mesto. Med njenim gibanjem navzdol je bilo opravljeno koristno delo. Vendar pa je bil izkoristek Papenovega parnega stroja negativen. Motor parnika je bil izredno negospodaren. In kar je najpomembneje, bilo je preveč zapleteno in neprijetno za uporabo. Zato Papenov izum že od samega začetka ni imel prihodnosti.
Spremljevalci
Vendar se zgodovina nastanka parnega stroja tu ni končala. Naslednji, že precej uspešnejši od Papena, je bil angleški znanstvenik Thomas Newcomen. Dolgo je študiral delo svojih predhodnikov in se osredotočal na slabosti. In po najboljših močeh njihovega dela je leta 1712 ustvaril svoj aparat. Nov parni stroj (prikazana fotografija) je bil zasnovan takole: uporabljen je bil cilinder, ki je bil v navpičnem položaju, in bat. Ta Newcomen je vzel iz Papinovih del. Vendar je para nastajala že v drugem kotlu. Okoli bata je bila pritrjena celotna koža, kar je znatno povečalo tesnost v parnem cilindru. Ta stroj je bil tudi parno-atmosferski (voda se je dvigala iz rudnika z uporabo atmosferskega tlaka). Glavne pomanjkljivosti izuma so bile njegova prostornost in neučinkovitost: stroj je "pojedel" ogromno količino premoga. Vendar pa je prinesel veliko več koristi kot Papenov izum. Zato se v ječah in rudnikih uporablja že skoraj petdeset let. Uporabljali so ga za črpanje podtalnice, pa tudi za sušenje ladij. Thomas Newcomen je poskušal predelati svoj avtoda se lahko uporablja za promet. Vendar so vsi njegovi poskusi propadli.
Naslednji znanstvenik, ki se je razglasil, je bil D. Hull iz Anglije. Leta 1736 je svetu predstavil svoj izum: parno-atmosferski stroj, ki je imel kot pogonsko lopatico. Njegov razvoj je bil uspešnejši od Papina. Takoj je bilo izpuščenih več takih plovil. Uporabljali so jih predvsem za vleko bark, ladij in drugih plovil. Vendar pa zanesljivost parnega atmosferskega stroja ni vzbujala zaupanja in ladje so bile opremljene z jadri kot glavnim motorjem.
In čeprav je imel Hull več sreče kot Papin, so njegovi izumi postopoma izgubili pomen in so bili opuščeni. Kljub temu so imeli takratni parno-atmosferski stroji številne specifične pomanjkljivosti.
Zgodovina parnega stroja v Rusiji
Naslednji preboj se je zgodil v Ruskem imperiju. Leta 1766 je bil v metalurški tovarni v Barnaulu ustvarjen prvi parni stroj, ki je dovajal zrak v talilne peči s posebnimi puhalnimi mehi. Njegov ustvarjalec je bil Ivan Ivanovič Polzunov, ki je prejel celo častniški čin za zasluge domovini. Izumitelj je svojim nadrejenim predstavil načrte in načrte za "gasilski stroj", ki bi lahko napajal meh.
Vendar se je usoda s Polzunovom hudo pošalila: sedem let po sprejetju njegovega projekta in sestavljanju avtomobila je zbolel in umrl zaradi porabe - le teden dni pred začetkom testovmotor. Vendar so bila njegova navodila dovolj za zagon motorja.
Tako je bil 7. avgusta 1766 Polzunov parni stroj zagnan in obremenjen. Vendar se je novembra istega leta pokvaril. Izkazalo se je, da so vzrok pretanke stene kotla, ki niso namenjene polnjenju. Poleg tega je izumitelj v svojih navodilih zapisal, da se ta kotel lahko uporablja samo med testiranjem. Izdelava novega kotla bi se zlahka obrestovala, saj je bil izkoristek Polzunovega parnega stroja pozitiven. Za 1023 ur dela je bilo z njegovo pomočjo stopljeno več kot 14 funtov srebra!
A kljub temu nihče ni začel popravljati mehanizma. Polzunov parni stroj je več kot 15 let nabiral prah v skladišču, medtem ko svet industrije ni miroval in se razvijal. In potem je bil popolnoma razstavljen za dele. Očitno v tistem trenutku Rusija še ni dorasla parnim strojem.
Zahteve časa
Medtem življenje ni mirovalo. In človeštvo je nenehno razmišljalo o ustvarjanju mehanizma, ki bi omogočil, da ne bi bili odvisni od muhaste narave, ampak da bi nadzorovali samo usodo. Vsi so želeli čim prej opustiti jadro. Zato je vprašanje ustvarjanja parnega mehanizma nenehno viselo v zraku. Leta 1753 je bilo v Parizu razpisano tekmovanje med obrtniki, znanstveniki in izumitelji. Akademija znanosti je razpisala nagrado tistim, ki lahko ustvarijo mehanizem, ki lahko nadomesti moč vetra. Toda kljub dejstvu, da so na natečaju sodelovali umi, kot so L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix in drugi, nihče ni podal smiselnega predloga.
Leta so minila. In industrijska revolucijapokrivala vse več držav. Superiornost in vodstvo med drugimi silami sta vedno pripadla Angliji. Do konca osemnajstega stoletja je bila Velika Britanija tista, ki je postala tvorec velike industrije, zahvaljujoč kateri je osvojila naslov svetovnega monopola v tej industriji. Vprašanje mehanskega motorja je vsak dan postajalo vse bolj aktualno. In tak motor je nastal.
Prvi parni stroj na svetu
1784 je za Anglijo in svet pomenilo prelomnico v industrijski revoluciji. In odgovorna oseba za to je bil angleški mehanik James Watt. Parni stroj, ki ga je ustvaril, je bilo največje odkritje stoletja.
James Watt že nekaj let preučuje risbe, strukturo in principe delovanja parno-atmosferskih strojev. In na podlagi vsega tega je sklenil, da je za učinkovitost motorja treba izenačiti temperature vode v jeklenki in pare, ki vstopa v mehanizem. Glavna pomanjkljivost parno-atmosferskih strojev je bila stalna potreba po hlajenju jeklenke z vodo. Bilo je drago in neprijetno.
Novi parni stroj je bil zasnovan drugače. Tako je bil valj zaprt v poseben parni plašč. Tako je Watt dosegel svoje stalno segreto stanje. Izumitelj je ustvaril posebno posodo, potopljeno v hladno vodo (kondenzator). Nanj je bil s cevjo pritrjen cilinder. Ko je bila para v jeklenki izčrpana, je skozi cev vstopila v kondenzator in se tam spremenila nazaj v vodo. Medtem ko je delal na izboljšanju svojega stroja, Wattustvaril vakuum v kondenzatorju. Tako se je v njem kondenzirala vsa para, ki prihaja iz cilindra. Zahvaljujoč tej inovaciji se je proces parne ekspanzije močno povečal, kar je posledično omogočilo pridobivanje veliko več energije iz enake količine pare. To je bil kroni dosežek.
Ustvarjalec parnega stroja je spremenil tudi princip dovoda zraka. Zdaj je para najprej padla pod bat in ga tako dvignila, nato pa se je zbrala nad batom in ga spustila. Tako sta oba hoda bata v mehanizmu postala delujoča, kar prej niti ni bilo mogoče. In poraba premoga na konjsko moč je bila štirikrat manjša kot pri strojih s parno atmosfero, kar je James Watt poskušal doseči. Parni stroj je zelo hitro osvojil najprej Veliko Britanijo, nato pa ves svet.
Charlotte Dundas
Potem ko je bil ves svet presenečen nad izumom Jamesa Watta, se je začela široka uporaba parnih strojev. Tako se je leta 1802 v Angliji pojavila prva ladja za par - čoln Charlotte Dundas. Njegov ustvarjalec je William Symington. Čoln je bil uporabljen kot vlečna barka ob kanalu. Vlogo gibalca na ladji je igralo veslo, nameščeno na krmi. Čoln je prvič uspešno prestal teste: v šestih urah je vlekel dve ogromni barki 18 milj. Ob tem ga je močno motil čelni veter. Toda uspelo mu je.
Pa vendar so ga zadržali, ker so se bali, da bi zaradi močnih valov, ki so nastajali pod veslačem, bregove kanala izpralo. Mimogrede, naprejCharlotte je preizkusil človek, ki ga danes ves svet šteje za ustvarjalca prve parne ladje.
Prva parna ladja na svetu
Angleški ladjedelnik Robert Fulton je že od mladosti sanjal o ladji na parni pogon. In zdaj so se mu sanje uresničile. Konec koncev je bil izum parnih strojev nov zagon v ladjedelništvu. Fulton se je skupaj z ameriškim odposlancem R. Livingstonom, ki je prevzel materialno plat vprašanja, lotil projekta ladje s parnim strojem. Šlo je za kompleksen izum, ki je temeljil na ideji vesla. Ob straneh ladje so v vrsti raztegnjene plošče, ki posnemajo veliko vesla. Hkrati so se plošče tu in tam med seboj vmešavale in se lomile. Danes lahko brez težav rečemo, da bi lahko enak učinek dosegli že s tremi ali štirimi ploščicami. Toda s stališča znanosti in tehnologije tistega časa je bilo to videti nerealno. Zato so imeli ladjedelniki veliko težje.
Leta 1803 je bil Fultonov izum predstavljen svetu. Parnik se je počasi in enakomerno premikal vzdolž Sene, ki je vzbudil misli in domišljijo številnih znanstvenikov in osebnosti v Parizu. Vendar je Napoleonova vlada projekt zavrnila in nezadovoljni ladjedelniki so bili prisiljeni iskati srečo v Ameriki.
In avgusta 1807 je prvi parni čoln na svetu z imenom Claremont, v katerem je bil vključen najmočnejši parni stroj (predstavljena fotografija), šel vzdolž zaliva Hudson. Mnogi takrat preprosto niso verjeli v uspeh.
Clermont se je na svoje prvo potovanje odpravil brez tovora in brez potnikov. Nihče ni hotel itipotovanje na ladji, ki diha ogenj. Toda že na poti nazaj se je pojavil prvi potnik - lokalni kmet, ki je za vozovnico plačal šest dolarjev. Postal je prvi potnik v zgodovini ladjarske družbe. Fulton je bil tako ganjen, da je dal drzniku doživljenjsko brezplačno vožnjo z vsemi svojimi izumi.
