من هو مخترع المحرك البخاري
هناك الكثير من أنواع الاختراعات التي ظهرت و ساهمت في تقدم التطورات البشرية بشكل مستمر والتي يعد من بينها بدون شك المحرك البخاري وهذا الجهاز تم اختراعه بواسطة المخترع والمهندس البريطانى توماس سافري (Thomas Savery) الذي يعود له الفضل .. فهو أول من قام باختراع مضخة البخار المستخدمة للعديد من التطبيقات للعالم أثناء بحثه عن وسيلة فعالة في ضخ الماء بهذه الصورة ، وكانت تلك المضخة البخارية لها مميزات حيث تعمل من خلال غلي الماء إلى أن يتحول لبخار، وهو ما يتم تجميعه بخزان يستخدم لكي يتم عبره استخراج البخار بأكمله من خزان الماء، حتى يتم تكوين فراغ بالحاوية الأساسية. وكان ذلك الفراغ هو ما تم توظيفه لكي يتم إنتاج قدر كافٍ من طاقة ضخ الماء، وقد تبين أن تلك المضخة ما هي إلا حل مؤقت بسبب أن الطاقة قد تقوم بسحب المياه عن عمق لا يزيد عن عدة أمتار معدودة، كما تم اكتشاف عيب آخر بهذا الإختراع وهو أن ما كان يتم استخدامه من ضغط بخار في عملية إزارة المياه أثناء سحبه بالخزان كان شديد إلى حد كبير مما نتج عنه حدوث انفجارات عديدة، إذ لم تكن الغلايات قوية بالقدر المطلوب. وقام توماس بالسعى لاختراع المحرك البخاري في سبيل الوصول لحل يتمكن من خلاله في إيجاد حل لمشكلة ضخ الماء إلى مناجم الفحم الخاصة ، وبـ مشاركة الفرنسي الفيزيائي دنيس بابان (Denis Papin)، إلى أن حصل البريطانى توماس على براءة اختراع المحرك البخاري وكان ذلك عام (1698م)، ولكي يتمكن توماس من الحصول على المزيد من الفاعلية والكفاءة لاختراعه قام بربط اثنان من الأجهزة بجهاز واحد، إلى جانب ما قام به من إبتكار محركات عدة، الأمر الذي لم يعود الهدف منه قاصراً فقط على المناجم ولكنه امتد ليشمل مسألة ضخ الماء للأبنية الضخمة والكبيرة.
ما هو المحرك البخاري
المحرك البخاري البسيط عبارة عن آلة تتطلب في عملها في أغلب الأحوال القوة البخارية لكي تقوم بأداء العمليات الميكانيكية عن طريق ضغط الحرارة وقوتها، إذ أن آلية المحركات البخارية تحتاج إلى المرجل لكي تقوم بتبخير الماء عن طريق تسخينها وتحويلها إلى بخار، حيث تعتمد على قوة البخار بما تضمنه من ضغط عالي في سبيل دفع المكبس باسطوانة مثلما هو الحال بإدارة التوربينات الهوائية أو محركات السكة الحديدية. وقد تم الاعتماد لاحقا على الحركة هذه في تشغيل الآلات والتوربينات أو دفع العجلات التي تقوم بتوليد الكهرباء عبر توصيلها بمولد كهربائي، ومن أبرز المميزات التي تم الاستفادة منها منذ اختراع المحرك البخاري والذي تم تصنيفه بكونه أحد أهم الاختراعات شيوعا في القرن التاسع عشر والفترة السابقة له إمكانية استعمال العديد من مصادر الحرارة في تشغيله لكي يتم توليد الحرارة بالمرجل ومن ثم زيادة درجة حرارته. والجدير بالذكر أن المصادر الأكثر استخداماً في عملية توليد الحرارة بالمحرك البخاري منتجات النفط المختلفة والمشتقات منها ، أو احتراق الحطب والفحم، أما الطاقة الكهربائية فإن المصدر الذي يتم الاعتماد عليه في توليدها غالباً ما يكون المفاعلات النووية أي الوقود النووي لكي يتم الحصول على بخار الماء ذو الحرارة والضغط العاليين، ومن ثم يتم توجيه ما يتم توليده من بخار ينتج عن التوربين وبالتالي يبدأ في تدوير المولد الكهربي.
مراحل تطور المحرك البخاري
تم تصنيف المحرك البخاري الجديد و القوارب البخارية باعتبارهم أحد أهم العوامل البيئية التي أدت إلى ما حدث من ثورة صناعية هائلة حيث ساهم توسع استخدم تلك الاختراعات في تحقيق تقدم غير مسبوق بمجالات مختلفة مثل التصنيع والتعدين والنقل وكذلك نظام الزراعة، وعلى الرغم من ان هناك الكثير من العلماء والمخترعين الذين كان لهم دور بارز بكلاٍ من القرن الثامن عشر والقرن التاسع عشر الميلادى في اختراع المحرك البحاري بالشكل المعروف وتطويره، ولكن لا بد من الإشارة إلى أن تاريخ صناعة الآلات البخارية يرجع إلى ما يزيد عن ألفي عام سابقة للثورة الصناعية، ومن أهم المراحل التي مر بها المحرك البخاري منذ اختراعه ما يلي:
المخترع البريطانى توماس نيوكومن
منذ سنة (1712م) قام العالم توماس نيوكومن بـ إنشاء محرك بخاري عملي وفعال مكون من بعض الأسطوانات ومكبس متصلين بمضخة، وكما قام توماس سافري باستخدام بخار كثيف في محركه لكي يولد الضغط ، إذ كان ما ينتج من ضغط تفاضلي بين الجو والفراغ كافي لاندفاع المكبس نحو الأسطوانة من الأسفل لكي ترتفع المضخة، و إستخدم وزن المضخة في سحب المكبس الميكانيكىي بالأسطوانة وعقب ذلك سوف يتم فتح الصمام و إصدار البخار الموجود في باطن المرجل الدوار .و يحتاج إلي إدخال صمام ثاني إلى الماء الذي تكثف بالأسطوانة و تكثيف البخار ثانيةً بالماء، وتظل تلك الدورة مستمرة، وقد ظل العمل بواسطة محرك توماس نيوكومن الأكثر شيوعاً لما يزيد عن خمسون عاماً في مضخات مناجم الفحم، وقد قيل أنه لولا فضل ذلك المحرك البخاري لكانت مناجم الفحم قد تعرضت للغرق، في حين أنه قد تبين مع الوقت عدم فعالية ذلك المحرك نظراً لما يتطلبه من طاقة نشغيل عالية لكي يعمل بأقصى فعالية له.
المخترع جيمس واط
عن طريق الابتكارات التي أضافها المخترع جيمس واط على المحرك البخاري الذي كان قد اخترعه نيوكومن تمكن من تقليل استهلاك الفحم المرتفع، وقد تضمنت ابتكاراته تلك أسطوانة محرك ذو ضغط منخفض بالإضافة إلى عازل حراري منفصل ومكثف، وبالطريقة تلك تمكن واط من تقليل استهلاك الوقود بمعدل زاد عن خمسون بالمائة، إلى جانب أن محركه لم يكن في حاجة خلال عمله إلى توقفه بين الدورات لكي يقوم بتسخين الأسطوانة.
المخترع إيفان بولزونوف
إيفان بولزونوف هو عالم ومخترع روسي قام ببناء أول محرك بخاري في روسيا عام (1766م)، كما يعد المحرك الأول بالعالم ثنائي الأسطوانات، وقد صنف ذلك المحرك بكونه الأقوى حينما تمت مقارنته بما قام العالم جيمس واط باختراعه من محرك منخفض الضغط، حيث بلغت قوته وطاقة الحركة اثنان وثلاثون حصان.
المخترع ريتشارد تريفيثيك
قام العالم ريتشارد باختراع محرك بخاري ذو ضغط مرتفع، حيث تم استعماله في تشغيل الكثير من القاطرات ، والذي تبين أنها ذات أقوة أعلى من كافة ما سبق اختراعه من محركات عملاقة و ضخمة ، مع العلم أنه كان الأكثر خطورة نتيجة ضغطه المرتفع.
أجزاء المحرك البخاري
هناك خمسة أجزاء أساسية يتكون المحرك البخاري منها وهي:
• غرفة الاحتراق (combustion): بداخل تلك الغرفة الحرارية يتم احتراق الفحم حتى يتم تسخين الماء.
• المرجل (Boiler): هو عبارة عن وعاء كبير الحجم ممتلأ بالمياه التي يتم تسخينها بواسطة النار لكي تحول إلى بخار ذو ضغط عالي.
• الأسطوانة (Cylinder): غرفة حجمها صغير يدخل بخار الماء إليها الذي يخرج من المرجل لكي تنضغط، .
• المكبس (Piston): يتم إتصال المكبس بالاسطوانة وعن طريقه يتم ضغط الأسطوانة نحو الأعلى ومن ثم دفع الجزء المربوط والمتحرك بها لتحريك الآلة.
• الآلة (Machine): يتم ربطها مع المكبس وهي جسم ميكانيكي أشبه بمضخة الماء وآلات المصانع، كما تقترب في الشبه من قاطرات عربات البخار الحراري ذات الحجم العملاق التي تزل في التحرك لأعلى وأسفل على خطوط السكك الحديدية.