من هو مخترع المحرك البخاري ؟
مخترع المحرك البخاري البدائي كان مخترع يوناني وتم اختراعه في اوائل القرن الاول الميلادي، وهو اول من وضع حجر الاساس في اختراع المحرك البخاري الذي يعتبر طفرة ايجابية في عالم الصناعة، فالعالم الذي يسير بمحركات الاحتراق، والتوربينات الغازية، والمفاعلات النووية قد يبدو محرك البخار له وكأنه بقايا الماضي، ولكن من دون هذا الاختراع الذي عمل على تغير الثورة الصناعية، لكان العالم الحديث له مكانا مختلفا كثيرا الآن .
يمكن القول أن المحرك البخاري هو اهم تطور للثورة الصناعية، والمحرك البخاري احرز تقدما كبيرا في مجالات التعدين والتصنيع والزراعة والنقل، وبالرغم من أن العديد من الشخصيات البارزة في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر تنسب إليهم تطوير وتحسين المحرك البخاري، إلا ان تاريخ الآلات العاملة بالبخار تعود بالفعل إلى ما يقرب من 2000 سنة قبل الثورة الصناعية .
- المحرك البخاري القديم :
في أوائل القرن الأول الميلادي صمم مخترع يوناني يدعى هيرون الإسكندرية أول أوليبيل في العالم أو المحرك البخاري البدائي، ويتكون إوليبيل من كرة جوفاء، والتي تركب على زوج من الأنابيب، ويتم تسخينها من أسفل عن طريق النار، وأنابيب نقل البخار إلى الكرة، والذي يتم نقله من خلال سلسلة أخرى من الأنابيب تبرز من منتصف الكرة، وحركة البخار من خلال الجهاز يسبب دوران الكرة، وهذا ما يدل على إمكانية استخدام البخار كوسيلة للدفع .
بالرغم من إنشاء المحرك البخاري البدائي باعتباره اختراع وليس وسيلة لتسريع الإنتاج، إلا ان هذا المحرك البخاري البدائي أول جهاز معروف لتحويل البخار إلى حركة دوارة، ولكن لم يتم حتى القرن السابع عشر بذل محاولات لاستخدام الطاقة التي أظهرها المحرك البخاري البدائي هيرون لأغراض عملية .
- المحرك البخاري الحل الامثل :
تم تطوير المحرك البخاري الاول فعليا لحل مشكلة محددة جدا، وهي كيفية إزالة المياه من المناجم المغمورة بالمياه على الرغم من تحويل الأوروبيين الخشب إلى فحم كمصدر رئيسي للوقود في القرن السابع عشر، وكانت المناجم على عمق كبير جدا ونتيجة لذلك أصبحت المناجم مغمورة بالمياه بعد اختراقها المياه الجوفية .
يعتقد أن مسؤول التعدين الاسباني ويدعى جيرونيمو دي آيانز كان أول شخص يحل مشكلة المناجم المغمورة بالمياه في عام 1606، وسجل دي آيانز أول براءة اختراع المحرك البخاري الاول حيث استخدم طاقة البخار لدفع المياه من المناجم، والمخترع الإسباني يعود الفضل إليه أيضا في اختراع واحد من أول أنظمة تكييف الهواء في العالم، واستخدم المحرك البخاري لإزالة المياه من مناجم الفضة في غوادالكانال الإشبيلية .
المخترع الإسباني جيرونيمو دي آيانز حصل ايضا على براءة اختراع المحرك البخاري الاول الذي يعمل بالبخار لاستخدامه في التعدين، وعادة ما يرجع الفضل الى المخترع الانجليزي أول من اخترع المحرك البخاري، وفي عام 1698، قام توماس سافيري، وهو مهندس ومخترع بتسجيل براءة اختراع المحرك البخاري الذي يمكنه سحب المياه بشكل فعال من المناجم المغمورة باستخدام ضغط البخار .
واستخدم سافيري المبادئ التي وضعها دينيس بابين، وهو فيزيائي فرنسي الذي اخترع اواني الضغط، ولم تكن أفكار بابين قد استخدمت في السابق لبناء المحرك البخاري، ولكن بحلول عام 1705 حول سافيري أفكار بابين إلى اختراع مفيد .
باستخدام اثنين من الغلايات البخارية، وضع سافيري نظام مستمر تقريبا لضخ المياه من المناجم، ولكن على الرغم من النجاح المبكر لنظام سافيري، الا انه سرعان ما اكتشف أن محركه كان قادرا فقط على سحب المياه من أعماق ضحلة، وهي مشكلة تحتاج إلى التغلب عليها إذا كان المحرك البخاري يعمل في مناجم عميقة .
في عام 1711، قام توماس نيوكومين وهو مخترع إنجليزي آخر، طور طريقة أفضل لضخ المياه من المناجم حيث استخدم نظامه محرك بخاري أعيد تصميمه، مما أدى إلى القضاء على الحاجة إلى ضغط البخار المتراكم، وهو عيب في نظام سافيري أدى إلى العديد من الانفجارات الغير مرغوب فيها، ومحرك نيوكومين سمي المحرك الجوي والذي سمي بذلك لأن مستوى ضغط البخار الذي استخدمه قريبا من الضغط الجوي، وكان أول آلة ناجحة تجاريا استخدمت البخار لتشغيل ضخ المياه .
على الرغم من تحسين المحرك البخاري البدائي لسافيري، إلا ان المحرك البخاري الجوي لنيوكومين أيضا له عيوبه، فكان الجهاز غير فعال إلى حد كبير، والذي كان يتطلب تدفق مستمر من الماء البارد لتبريد اسطوانة البخار الهامة (جزء من المحرك حيث يتم تحويل ضغط البخار إلى حركة)، وفضلا عن مصدر ثابت للطاقة لإعادة تسخين الأسطوانة .
- المحرك البخاري والثورة الصناعية :
بحلول عام 1765، تم إغلاق مصير محرك نيوكومين، وفي ذلك العام، بدأ جيمس وات صانع الادوات الاسكتلندية التي استخدمها في جامعة جلاسكو في إصلاح نموذج صغير لمحرك نيوكومن، وكان جيمس وات متحيرا من قبل كمية البخار المستهلكة الكبيرة من قبل آلة نيوكومن وأدرك أن معالجة عدم الكفاءة هو التخلص من التبريد المستمر وإعادة تسخين اسطوانة البخار، وللقيام بذلك، وضع وات مكثف منفصل، والذي سمح للحفاظ على اسطوانة البخار في درجة حرارة ثابتة وكان هناك تحسين كبير في وظائف محرك نيوكومين .
لأسباب مالية، لم يتمكن وات من تصنيع محركه الجوي الجديد والمحسن، ولكن بحلول عام 1776، كان قد أسس شركة مع ماثيو بولتون وهو مهندس وصاحب مصنع والذي قام باستخدام المحرك البخاري لأكثر من مجرد ضخ المياه من المناجم .
وبدعم مالي من بولتون، قام وات بتطوير المحرك البخاري الدوار والذي يتميز عن السابق بالإضافة إلى المكثف المنفصل، بإضافة آلية حركة موازية تضاعف قوة أسطوانة البخار الموجود، وكان المحرك البخاري بولتون ووات أول من سمح بتشغيل الجهاز للسيطرة على سرعة المحرك مع جهاز يسمى حاكم الطرد المركزي، واستخدم المحرك المحسن نظاما جديدا، وقد طوره موظف بولتون ووات وهو ويليام مردوخ لتحويل الحركة الترددية (الخطية) إلى حركة دورانية .
