Garo variklių išradimas buvo lūžis žmonijos istorijoje. Kai kur XVII–XVIII amžių sandūroje neefektyvų rankų darbą, vandens ratus ir vėjo malūnus pradėjo keisti visiškai nauji ir unikalūs mechanizmai – garo varikliai. Jų dėka tapo įmanomos techninės ir pramonės revoliucijos bei visa žmonijos pažanga.
Bet kas išrado garo mašiną? Kam žmonija tai skolinga? Ir kada tai buvo? Pasistengsime rasti atsakymus į visus šiuos klausimus.
Dar prieš mūsų erą
Garo mašinos sukūrimo istorija prasideda pirmaisiais amžiais prieš Kristų. Aleksandrijos herojus aprašė mechanizmą, kuris pradėjo veikti tik tada, kai buvo veikiamas garų. Prietaisas buvo rutulys, ant kurio buvo pritvirtinti purkštukai. Iš purkštukų tangentiškai sklido garai, todėl variklis sukasi. Tai buvo pirmasis įrenginys, kurį maitino pora.
Garo mašinos (tiksliau, turbinos) kūrėjas yra Tagi-al-Dinome (arabų filosofas, inžinierius ir astronomas). Jo išradimas tapo plačiai žinomas mEgiptas XVI a. Mechanizmas buvo išdėstytas taip: mentėmis garų srautai buvo nukreipiami tiesiai į mechanizmą, o krintant dūmams, ašmenys sukasi. Kažką panašaus 1629 metais pasiūlė italų inžinierius Giovanni Branca. Pagrindinis visų šių išradimų trūkumas buvo per didelis garų suvartojimas, o tai savo ruožtu pareikalavo didžiulio energijos kiekio ir buvo nepatartina. Vystymasis buvo sustabdytas, nes tuometinių mokslo ir technikos žmonijos žinių nepakako. Be to, tokių išradimų visai nereikėjo.
Plėtra
Iki XVII amžiaus buvo neįmanoma sukurti garo mašinos. Tačiau kai tik žmogaus išsivystymo lygio kartelė pakilo, iškart pasirodė pirmosios kopijos ir išradimai. Nors į juos tuo metu niekas rimtai nežiūrėjo. Pavyzdžiui, 1663 m. anglų mokslininkas spaudoje paskelbė savo išradimo projektą, kurį įrengė Raglano pilyje. Jo prietaisas padėjo pakelti vandenį ant bokštų sienų. Tačiau, kaip ir viskas, kas nauja ir nežinoma, šis projektas buvo priimtas su abejonėmis, o jo tolesniam vystymuisi nebuvo rėmėjų.
Garo variklio sukūrimo istorija prasideda išradimus garų atmosferinį variklį. 1681 metais prancūzų mokslininkas Denisas Papinas išrado prietaisą, kuris iš kasyklų siurbdavo vandenį. Iš pradžių parakas buvo naudojamas kaip varomoji jėga, o vėliau jį pakeitė vandens garai. Taip gimė garo mašina. Didžiulį indėlį prie jos tobulinimo įnešė mokslininkai iš Anglijos Thomas Newcomen ir Thomas Severen. Neįkainojamą pagalbą suteikė ir savamokslis rusų išradėjas Ivanas Polzunovas.
Nesėkmingas Papino bandymas
Garų atmosferos mašina, kuri tuo metu toli gražu nebuvo tobula, sulaukė ypatingo dėmesio laivų statybos pramonėje. Paskutines santaupas D. Papinas išleido nedidelio laivo įsigijimui, ant kurio pradėjo montuoti savos gamybos vandens kėlimo garo-atmosferinę mašiną. Veikimo mechanizmas buvo toks, kad krintant iš aukščio vanduo pradėjo sukti ratus.
Išradėjas savo bandymus atliko 1707 m. Fuldos upėje. Daug žmonių susirinko pažiūrėti į stebuklą: upe plaukiantį laivą be burių ir irklų. Tačiau bandymų metu įvyko nelaimė: sprogo variklis ir žuvo keli žmonės. Valdžia supyko ant nelaimingo išradėjo ir uždraudė jam bet kokius darbus ir projektus. Laivas buvo konfiskuotas ir sunaikintas, o po kelerių metų pats Papinas mirė.
Klaida
Papen garlaivis veikė tokiu principu. Į cilindro dugną reikėjo įpilti nedidelį kiekį vandens. Po pačiu cilindru buvo kaitintuvas, skirtas skysčiui šildyti. Kai vanduo pradėjo virti, susidarę garai, besiplečiantys, pakėlė stūmoklį. Iš virš stūmoklio esančios erdvės oras buvo išstumiamas per specialiai įrengtą vožtuvą. Vandeniui užvirus ir pradėjus kristi garams, reikėjo nuimti katilą, uždaryti vožtuvą, kad pasišalintų oras, ir vėsiu vandeniu atvėsinti cilindro sieneles. Dėl tokių veiksmų cilindre buvę garai kondensavosi, susidarė po stūmokliuretėjimas, o dėl atmosferos slėgio jėgos stūmoklis vėl grįžo į pradinę vietą. Jo judėjimo žemyn metu buvo atliktas naudingas darbas. Tačiau Papeno garo mašinos efektyvumas buvo neigiamas. Garlaivio variklis buvo itin neekonomiškas. Ir, svarbiausia, jis buvo per sudėtingas ir nepatogus naudoti. Todėl Papeno išradimas nuo pat pradžių neturėjo ateities.
Sekėjai
Tačiau garo mašinos sukūrimo istorija tuo nesibaigė. Kitas, jau daug sėkmingesnis už Papeną, buvo anglų mokslininkas Thomas Newcomenas. Jis ilgą laiką studijavo savo pirmtakų darbus, daugiausia dėmesio skirdamas silpnybėms. Pasinaudojęs geriausiu jų darbu, jis sukūrė savo aparatą 1712 m. Naujasis garo variklis (nuotrauka parodyta) buvo suprojektuotas taip: buvo naudojamas cilindras, kuris buvo vertikalioje padėtyje, taip pat stūmoklis. Šis Naujokas paėmė iš Papino darbų. Tačiau garai jau susidarė kitame katile. Aplink stūmoklį buvo pritvirtinta visa oda, o tai žymiai padidino garų cilindro sandarumą. Ši mašina taip pat buvo garinė-atmosferinė (vanduo iš kasyklos kilo naudojant atmosferos slėgį). Pagrindiniai išradimo trūkumai buvo jo stambumas ir neefektyvumas: mašina „suvalgė“didžiulį kiekį anglies. Tačiau tai atnešė daug daugiau naudos nei Papeno išradimas. Todėl jis buvo naudojamas požemiuose ir kasyklose beveik penkiasdešimt metų. Jis buvo naudojamas požeminiam vandeniui išsiurbti, taip pat laivams džiovinti. Thomas Newcomenas bandė pertvarkyti savo automobilįkad jį būtų galima naudoti eismui. Tačiau visi jo bandymai buvo nesėkmingi.
Kitas mokslininkas, kuris paskelbė apie save, buvo D. Hullas iš Anglijos. 1736 m. jis pasauliui pristatė savo išradimą: garo atmosferinį aparatą, kuris turėjo irklas kaip judesį. Jo vystymasis buvo sėkmingesnis nei Papino. Iš karto buvo paleisti keli tokie laivai. Jie daugiausia buvo naudojami baržoms, laivams ir kitiems laivams vilkti. Tačiau garo-atmosferinio aparato patikimumas nekėlė pasitikėjimo, todėl laivuose buvo įrengtos burės kaip pagrindinis judesys.
Ir nors Hului pasisekė labiau nei Papinui, jo išradimai pamažu prarado aktualumą ir buvo apleisti. Vis dėlto to meto garo atmosferos mašinos turėjo daug specifinių trūkumų.
Garo mašinos istorija Rusijoje
Kitas lūžis įvyko Rusijos imperijoje. 1766 m. Barnaulo metalurgijos gamykloje buvo sukurtas pirmasis garo variklis, kuris, naudodamas specialias pūstuvo dumples, tiekdavo orą į lydymosi krosnis. Jo kūrėjas buvo Ivanas Ivanovičius Polzunovas, kuriam net buvo suteiktas karininko laipsnis už nuopelnus tėvynei. Išradėjas pristatė savo viršininkams „gaisrinės mašinos“, galinčios tiekti dumples, brėžinius ir planus.
Tačiau likimas žiauriai pajuokavo su Polzunovu: praėjus septyneriems metams po jo projekto priėmimo ir automobilio surinkimo, jis susirgo ir mirė nuo vartojimo – likus vos savaitei iki bandymų pradžios.variklis. Tačiau jo nurodymų pakako varikliui užvesti.
Taigi, 1766 m. rugpjūčio 7 d. Polzunovo garo mašina buvo paleista ir apkrauta. Tačiau tų pačių metų lapkritį jis sugedo. Priežastis pasirodė per plonos katilo sienelės, neskirtos krauti. Be to, išradėjas savo instrukcijose parašė, kad šis katilas gali būti naudojamas tik bandymų metu. Naujo katilo gamyba lengvai atsipirktų, nes Polzunovo garo mašinos efektyvumas buvo teigiamas. Už 1023 darbo valandas su jo pagalba buvo išlydyta daugiau nei 14 svarų sidabro!
Bet nepaisant to, niekas nepradėjo taisyti mechanizmo. Polzunovo garo mašina daugiau nei 15 metų rinko dulkes sandėlyje, o pramonės pasaulis nestovėjo vietoje ir vystėsi. Ir tada jis buvo visiškai išmontuotas dalimis. Matyt, tuo metu Rusija dar nebuvo priaugusi iki garo mašinų.
Laiko reikalavimai
Tuo tarpu gyvenimas nestovėjo vietoje. O žmonija nuolat galvojo sukurti mechanizmą, kuris leistų nepriklausyti nuo kaprizingos prigimties, o valdyti patį likimą. Visi norėjo kuo greičiau palikti burę. Todėl klausimas dėl garo mechanizmo sukūrimo nuolat kabojo ore. 1753 m. Paryžiuje buvo paskelbtas amatininkų, mokslininkų ir išradėjų konkursas. Mokslų akademija paskelbė apdovanojimą tiems, kurie gali sukurti mechanizmą, galintį pakeisti vėjo galią. Tačiau nepaisant to, kad konkurse dalyvavo tokie protai kaip L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix ir kiti, niekas nepateikė protingo pasiūlymo.
Metai bėgo. Ir pramonės revoliucijaapėmė vis daugiau šalių. Pirmenybė ir lyderystė tarp kitų jėgų visada atiteko Anglijai. Iki XVIII amžiaus pabaigos būtent Didžioji Britanija tapo stambios pramonės kūrėja, kurios dėka iškovojo pasaulinės šios pramonės monopolijos titulą. Mechaninio variklio klausimas kasdien tapo vis aktualesnis. Ir buvo sukurtas toks variklis.
Pirmasis pasaulyje garo variklis
1784 buvo Anglijos ir pasaulio pramonės revoliucijos lūžis. Už tai atsakingas buvo anglų mechanikas Jamesas Wattas. Jo sukurtas garo variklis buvo didžiausias šimtmečio atradimas.
James Watt jau keletą metų nagrinėjo garo-atmosferinių mašinų brėžinius, struktūrą ir veikimo principus. Ir visa tai remdamasis padarė išvadą, kad variklio efektyvumui reikia suvienodinti vandens cilindre ir garų, patenkančių į mechanizmą, temperatūras. Pagrindinis garo-atmosferinių mašinų trūkumas buvo nuolatinis poreikis aušinti cilindrą vandeniu. Tai buvo brangu ir nepatogu.
Naujasis garo variklis buvo sukurtas kitaip. Taigi, cilindras buvo uždarytas specialioje garų apvalkale. Taip Wattas pasiekė nuolatinę įkaitusią būseną. Išradėjas sukūrė specialų indą, panardintą į š altą vandenį (kondensatorių). Prie jo vamzdžiu buvo pritvirtintas cilindras. Balione pasibaigus garams, jie vamzdžiu pateko į kondensatorių ir ten vėl virto vandeniu. Dirbdamas tobulindamas savo mašiną, Wattkondensatoriuje sukūrė vakuumą. Taigi jame kondensavosi visi iš cilindro einantys garai. Dėl šios naujovės labai padidėjo garų plėtimosi procesas, o tai savo ruožtu leido iš to paties garų kiekio išgauti daug daugiau energijos. Tai buvo pagrindinis laimėjimas.
Garo mašinos kūrėjas pakeitė ir oro padavimo principą. Dabar garai pirmiausia pateko po stūmokliu, taip jį pakeldami, o po to susirinko virš stūmoklio, jį nuleisdami. Taip mechanizme pradėjo veikti abu stūmoklio taktai, o tai anksčiau net nebuvo įmanoma. O anglies sunaudojimas vienam arklio galiai buvo keturis kartus mažesnis nei atitinkamai garo atmosferinių mašinų, ką bandė pasiekti Jamesas Wattas. Garo variklis labai greitai užkariavo iš pradžių Didžiąją Britaniją, o paskui visą pasaulį.
Charlotte Dundas
Visą pasaulį nustebinus Jameso Watto išradimu, pradėjo plačiai naudoti garo variklius. Taigi 1802 metais Anglijoje pasirodė pirmasis laivas porai – laivas Charlotte Dundas. Jo kūrėjas yra Williamas Symingtonas. Laivas buvo naudojamas kaip vilkimo baržos palei kanalą. Judintojo vaidmenį laive atliko laivagalio dalyje sumontuotas irklas. Laivas sėkmingai išlaikė bandymus iš pirmo karto: dvi didžiules baržas nutempė 18 mylių per šešias valandas. Tuo pačiu metu priešinis vėjas jam labai trukdė. Bet jis tai padarė.
Ir vis dėlto buvo atidėtas, nes bijojo, kad dėl stiprių bangų, kurios susidarė po irklente, kanalo krantai bus išplauti. Beje, antŠarlotę išbandė žmogus, kurį visas pasaulis šiandien laiko pirmojo garlaivio kūrėju.
Pirmasis garlaivis pasaulyje
Anglų laivų statytojas Robertas Fultonas nuo jaunystės svajojo apie garu varomą laivą. Ir dabar jo svajonė išsipildė. Juk garo mašinų išradimas buvo naujas postūmis laivų statyboje. Kartu su pasiuntiniu iš Amerikos R. Livingstonu, kuris perėmė materialinę klausimo pusę, Fultonas ėmėsi laivo su garo mašina projekto. Tai buvo sudėtingas išradimas, pagrįstas irklo varikliuko idėja. Išilgai laivo bortų driekėsi daug irklų imituojančios lėkštės. Tuo pačiu metu plokštės retkarčiais trukdydavo viena kitai ir sulūždavo. Šiandien galime nesunkiai teigti, kad tą patį efektą galima pasiekti naudojant tik tris ar keturias plyteles. Tačiau to meto mokslo ir technologijų požiūriu tai buvo nerealu. Todėl laivų statytojams buvo daug sunkiau.
1803 m. pasauliui buvo pristatytas Fultono išradimas. Garlaivis lėtai ir tolygiai judėjo palei Seną, jaudindamas daugelio Paryžiaus mokslininkų ir veikėjų protus ir vaizduotę. Tačiau Napoleono vyriausybė atmetė projektą, o nepatenkinti laivų statytojai buvo priversti laimės ieškoti Amerikoje.
Ir 1807 m. rugpjūtį pirmasis pasaulyje garlaivis Claremont, kuriame dalyvavo galingiausias garo variklis (pateikiama nuotrauka), plaukė palei Hadsono įlanką. Daugelis tada tiesiog netikėjo sėkme.
Klermontas į savo pirmąją kelionę išvyko be krovinių ir be keleivių. Niekas nenorėjo eitikeliauti ugnimi alsuojančiu laivu. Tačiau jau grįžtant atgal pasirodė pirmasis keleivis – vietinis ūkininkas, už bilietą sumokėjęs šešis dolerius. Jis tapo pirmuoju keleiviu laivybos kompanijos istorijoje. Fultonas buvo taip sujaudintas, kad davė drąsuoliui visą gyvenimą nemokamai naudotis visais savo išradimais.
