Vynález parných strojov bol zlomovým bodom v histórii ľudstva. Niekde na prelome 17. – 18. storočia sa neefektívna ručná práca, vodné kolesá a veterné mlyny začali nahrádzať úplne novými a unikátnymi mechanizmami – parnými strojmi. Práve vďaka nim sa umožnili technické a priemyselné revolúcie a celý pokrok ľudstva.
Ale kto vynašiel parný stroj? Komu za to vďačí ľudstvo? a kedy to bolo? Pokúsime sa nájsť odpovede na všetky tieto otázky.
Ešte pred naším letopočtom
História vytvorenia parného stroja sa začína v prvých storočiach pred naším letopočtom. Hero of Alexandria opísal mechanizmus, ktorý začal fungovať až vtedy, keď bol vystavený pare. Zariadenie bola guľa, na ktorej boli upevnené trysky. Para vychádzala tangenciálne z trysiek, čo spôsobilo otáčanie motora. Bolo to prvé zariadenie, ktoré poháňal pár.
Tvorcom parného stroja (presnejšie turbíny) je Tagi-al-Dinome (arabský filozof, inžinier a astronóm). Jeho vynález sa stal všeobecne známym v rEgypt v 16. storočí. Mechanizmus bol usporiadaný nasledovne: prúdy pary smerovali priamo na mechanizmus s lopatkami a keď padal dym, lopatky sa otáčali. Niečo podobné navrhol v roku 1629 taliansky inžinier Giovanni Branca. Hlavnou nevýhodou všetkých týchto vynálezov bola príliš veľká spotreba pary, ktorá si zase vyžadovala obrovské množstvo energie a nebolo to vhodné. Vývoj bol pozastavený, keďže vtedajšie vedecko-technické poznatky ľudstva nestačili. Navyše o takéto vynálezy nebola vôbec núdza.
Vývoj
Až do 17. storočia bolo vytvorenie parného stroja nemožné. Akonáhle však latka úrovne ľudského rozvoja vyletela do výšky, okamžite sa objavili prvé kópie a vynálezy. Hoci ich vtedy nikto nebral vážne. Napríklad v roku 1663 anglický vedec zverejnil v tlači návrh svojho vynálezu, ktorý nainštaloval na hrade Raglan. Jeho zariadenie slúžilo na zvyšovanie vody na stenách veží. Avšak, ako všetko nové a neznáme, aj tento projekt bol prijatý s pochybnosťami a na jeho ďalší rozvoj sa nenašli žiadni sponzori.
História vytvorenia parného stroja sa začína vynálezom parno-atmosferického motora. V roku 1681 francúzsky vedec Denis Papin vynašiel zariadenie, ktoré odčerpávalo vodu z baní. Najprv sa ako hnacia sila používal pušný prach a potom ho nahradila vodná para. Takto sa zrodil parný stroj. Obrovský príspevok k jeho zlepšeniu mali vedci z Anglicka Thomas Newcomen a Thomas Severen. Neoceniteľnú pomoc poskytol aj ruský vynálezca-samouk Ivan Polzunov.
Papinov neúspešný pokus
Parno-atmosférický stroj, ktorý v tom čase ani zďaleka nebol dokonalý, pritiahol mimoriadnu pozornosť v lodiarskom priemysle. Posledné úspory minul D. Papin na kúpu malého plavidla, na ktoré začal inštalovať vodný zdvíhací parno-atmosférický stroj vlastnej výroby. Mechanizmus účinku bol taký, že voda pri páde z výšky začala otáčať kolesá.
Vynálezca vykonal svoje testy v roku 1707 na rieke Fulda. Mnoho ľudí sa zhromaždilo, aby sa pozreli na zázrak: loď, ktorá sa pohybovala po rieke bez plachiet a vesiel. Počas testov však došlo ku katastrofe: motor explodoval a niekoľko ľudí zomrelo. Úrady sa na nešťastného vynálezcu nahnevali a zakázali mu akúkoľvek prácu a projekty. Loď bola skonfiškovaná a zničená a o niekoľko rokov neskôr zomrel aj samotný Papin.
Chyba
Papenov parník mal nasledujúci princíp fungovania. Na dno valca bolo potrebné naliať malé množstvo vody. Pod samotným valcom bol umiestnený gril, ktorý slúžil na ohrev kvapaliny. Keď voda začala vrieť, výsledná para, expandujúca, zdvihla piest. Vzduch sa z priestoru nad piestom vytláčal cez špeciálne vybavený ventil. Potom, čo voda zovrela a para začala padať, bolo potrebné vybrať ohnisko, zatvoriť ventil, aby sa odstránil vzduch, a ochladiť steny valca studenou vodou. Vďaka takýmto činnostiam para, ktorá bola vo valci, kondenzovala a vytvárala sa pod piestomriedenie a vplyvom sily atmosférického tlaku sa piest opäť vrátil na svoje pôvodné miesto. Počas jeho pohybu nadol sa vykonala užitočná práca. Účinnosť Papenovho parného stroja však bola negatívna. Motor parníka bol mimoriadne nehospodárny. A čo je najdôležitejšie, bolo to príliš komplikované a nepohodlné na používanie. Preto Papenov vynález nemal od samého začiatku žiadnu budúcnosť.
Followers
Tým sa však história vzniku parného stroja neskončila. Ďalším, už oveľa úspešnejším ako Papen, bol anglický vedec Thomas Newcomen. Dlho študoval prácu svojich predchodcov so zameraním na slabiny. A s využitím toho najlepšieho z ich práce vytvoril v roku 1712 svoj vlastný prístroj. Nový parný stroj (zobrazená fotografia) bol navrhnutý nasledovne: bol použitý valec, ktorý bol vo zvislej polohe, ako aj piest. Tento Newcomen prevzal z diel Papina. Para sa však tvorila už v inom kotli. Celá koža bola pripevnená okolo piestu, čo výrazne zvýšilo tesnosť vo vnútri parného valca. Tento stroj bol tiež paroatmosférický (voda stúpala z bane pomocou atmosférického tlaku). Hlavnými nevýhodami vynálezu boli jeho objemnosť a neefektívnosť: stroj „zjedol“obrovské množstvo uhlia. Priniesol však oveľa viac výhod ako vynález Papena. Preto sa v žalároch a baniach používa už takmer päťdesiat rokov. Slúžil na odčerpávanie podzemnej vody, ako aj na sušenie lodí. Thomas Newcomen sa pokúsil prerobiť svoje autoaby ho bolo možné použiť na premávku. Všetky jeho pokusy však zlyhali.
Ďalším vedcom, ktorý sa ohlásil, bol D. Hull z Anglicka. V roku 1736 predstavil svetu svoj vynález: parno-atmosférický stroj, ktorý mal ako pohyb lopatkové kolesá. Jeho vývoj bol úspešnejší ako vývoj Papina. Okamžite sa niekoľko takýchto plavidiel uvoľnilo. Používali sa najmä na ťahanie člnov, lodí a iných plavidiel. Spoľahlivosť paro-atmosférického stroja však nevzbudzovala dôveru a lode boli vybavené plachtami ako hlavným ťahúňom.
A hoci mal Hull viac šťastia ako Papin, jeho vynálezy postupne stratili význam a boli opustené. Napriek tomu mali vtedajšie parno-atmosferické stroje mnoho špecifických nedostatkov.
História parného stroja v Rusku
Ďalší prelom nastal v Ruskej ríši. V roku 1766 vznikol v hutníckom závode v Barnaule prvý parný stroj, ktorý privádzal vzduch do taviacich pecí pomocou špeciálnych dúchadiel. Jeho tvorcom bol Ivan Ivanovič Polzunov, ktorý za zásluhy o vlasť dostal dokonca dôstojnícku hodnosť. Vynálezca predložil svojim nadriadeným plány a plány na „požiarny stroj“schopný poháňať mechy.
Osud si však s Polzunovom zahral krutý vtip: sedem rokov po prijatí jeho projektu a zostavení auta ochorel a zomrel na spotrebu - len týždeň pred začiatkom jeho testovmotora. Jeho pokyny však stačili na naštartovanie motora.
Takže 7. augusta 1766 bol spustený a zaťažený Polzunovov parný stroj. V novembri toho istého roku sa však pokazila. Dôvodom sa ukázali byť príliš tenké steny kotla, ktoré nie sú určené na nakladanie. Okrem toho vynálezca vo svojich pokynoch napísal, že tento kotol je možné použiť iba počas testovania. Výroba nového kotla by sa ľahko oplatila, pretože účinnosť Polzunovho parného stroja bola pozitívna. Za 1023 hodín práce sa s jeho pomocou vytavilo viac ako 14 libier striebra!
No napriek tomu nikto nezačal mechanizmus opravovať. Polzunovov parný stroj zbieral prach viac ako 15 rokov v sklade, zatiaľ čo svet priemyslu nestál a rozvíjal sa. A potom to bolo kompletne rozobraté na diely. Rusko v tom momente zrejme ešte nedorástlo na parné stroje.
Požiadavky doby
Život sa medzitým nezastavil. A ľudstvo neustále premýšľalo o vytvorení mechanizmu, ktorý by umožnil nezávisieť od rozmarnej prírody, ale ovládať osud sám. Každý chcel čo najskôr opustiť plachtu. Preto otázka vytvorenia parného mechanizmu neustále visela vo vzduchu. V roku 1753 bola v Paríži vypísaná súťaž medzi remeselníkmi, vedcami a vynálezcami. Akadémia vied vyhlásila ocenenie tým, ktorí dokážu vytvoriť mechanizmus, ktorý dokáže nahradiť silu vetra. Ale napriek tomu, že sa súťaže zúčastnili také mysle ako L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix a ďalší, nikto nepredložil rozumný návrh.
Roky plynuli. A priemyselná revolúciapokrývalo čoraz viac krajín. Nadradenosť a vodcovstvo medzi ostatnými mocnosťami vždy smerovalo do Anglicka. Koncom osemnásteho storočia sa práve Veľká Británia stala tvorcom veľkého priemyslu, vďaka čomu získala titul svetového monopolu v tomto odvetví. Otázka mechanického motora sa každým dňom stávala čoraz aktuálnejšou. A taký motor bol vytvorený.
Prvý parný stroj na svete
1784 znamenal pre Anglicko a svet obrat v priemyselnej revolúcii. A zodpovedný za to bol anglický mechanik James Watt. Parný stroj, ktorý vytvoril, bol najväčším objavom storočia.
James Watt už niekoľko rokov študuje nákresy, štruktúru a princípy fungovania parno-atmosférických strojov. A na základe toho všetkého usúdil, že pre účinnosť motora je potrebné vyrovnávať teploty vody vo valci a pary, ktorá vstupuje do mechanizmu. Hlavnou nevýhodou parno-atmosférických strojov bola neustála potreba chladenia valca vodou. Bolo to drahé a nepohodlné.
Nový parný stroj bol navrhnutý inak. Valec bol teda uzavretý v špeciálnom parnom plášti. Watt tak dosiahol svoj konštantný zahrievaný stav. Vynálezca vytvoril špeciálnu nádobu ponorenú do studenej vody (kondenzátor). K nej bol pomocou potrubia pripevnený valec. Keď sa para vo valci vyčerpala, vstúpila potrubím do kondenzátora a tam sa opäť zmenila na vodu. Počas práce na vylepšení svojho stroja Wattvytvorilo vákuum v kondenzátore. V ňom sa teda skondenzovala všetka para vychádzajúca z valca. Vďaka tejto inovácii sa značne zvýšil proces expanzie pary, čo následne umožnilo získať oveľa viac energie z rovnakého množstva pary. Bol to vrcholný úspech.
Tvorca parného stroja zmenil aj princíp prívodu vzduchu. Teraz para najprv spadla pod piest, čím ho zdvihla, a potom sa zhromaždila nad piestom a znížila ho. Tak sa stali pracovné oba zdvihy piestu v mechanizme, čo predtým ani nebolo možné. A spotreba uhlia na konskú silu bola štyrikrát nižšia ako v prípade paro-atmosférických strojov, o čo sa snažil James Watt. Parný stroj veľmi rýchlo dobyl najskôr Veľkú Britániu a potom celý svet.
Charlotte Dundas
Po tom, čo bol celý svet ohromený vynálezom Jamesa Watta, začalo sa rozšírené používanie parných strojov. Takže v roku 1802 sa v Anglicku objavila prvá loď pre pár - loď Charlotte Dundas. Jeho tvorcom je William Symington. Loď sa používala ako ťažné člny pozdĺž kanála. Úlohu premiestňovača na lodi zohrávalo lopatkové koleso namontované na korme. Loď na prvýkrát úspešne prešla testami: za šesť hodín odtiahla dve obrovské člny 18 míľ. Zároveň mu značne prekážal protivietor. Ale urobil to.
A predsa to bolo pozastavené, pretože sa obávali, že v dôsledku silných vĺn, ktoré sa vytvorili pod lopatkovým kolesom, by sa brehy kanála vyplavili. Mimochodom, naCharlotte testoval muž, ktorého dnes celý svet považuje za tvorcu prvého parníka.
Prvý parník na svete
Anglický staviteľ lodí Robert Fulton od mladosti sníval o lodi poháňanej parou. A teraz sa mu splnil sen. Koniec koncov, vynález parných strojov bol novým impulzom v stavbe lodí. Spolu s vyslancom z Ameriky R. Livingstonom, ktorý prevzal materiálnu stránku problému, sa Fulton chopil projektu lode s parným strojom. Bol to komplexný vynález založený na myšlienke vesla. Po bokoch lode natiahnuté v rade dosky napodobňujúce množstvo vesiel. Zároveň si platne občas navzájom prekážali a zlomili sa. Dnes môžeme ľahko povedať, že rovnaký efekt by sa dal dosiahnuť len s tromi alebo štyrmi dlaždicami. Ale z hľadiska vtedajšej vedy a techniky to bolo nereálne. Preto to mali stavitelia lodí oveľa ťažšie.
V roku 1803 bol svetu predstavený Fultonov vynález. Parník sa pomaly a rovnomerne pohyboval pozdĺž Seiny a zasiahol mysle a predstavivosť mnohých vedcov a osobností v Paríži. Napoleonská vláda však projekt odmietla a nespokojní stavitelia lodí boli nútení hľadať svoje šťastie v Amerike.
A v auguste 1807 sa po Hudsonovom zálive plavil prvý parný čln na svete s názvom Claremont, v ktorom bol zapojený najvýkonnejší parný stroj (fotka je prezentovaná). Mnohí potom jednoducho neverili v úspech.
Clermont vyrazil na svoju prvú plavbu bez nákladu a bez pasažierov. Nikto nechcel ísťcestovať na palube lode chrliacej oheň. No už na spiatočnej ceste sa objavil prvý pasažier – miestny farmár, ktorý za lístok zaplatil šesť dolárov. Stal sa prvým pasažierom v histórii lodnej spoločnosti. Fulton bol taký dojatý, že dal odvážlivcovi doživotne zadarmo jazdiť na všetkých svojich vynálezoch.
