Uvumbuzi wa injini za stima ulikuwa hatua ya mabadiliko katika historia ya mwanadamu. Mahali pengine mwanzoni mwa karne ya 17-18, kazi isiyofaa ya mwongozo, magurudumu ya maji na vinu vya upepo vilianza kubadilishwa na mifumo mpya na ya kipekee - injini za mvuke. Ni shukrani kwao kwamba mapinduzi ya kiufundi na viwanda, na maendeleo yote ya wanadamu, yaliwezekana.
Lakini ni nani aliyevumbua injini ya stima? Ubinadamu unadaiwa na nani hii? Na ilikuwa lini? Tutajaribu kupata majibu kwa maswali haya yote.
Hata kabla ya zama zetu
Historia ya kuundwa kwa injini ya stima huanza katika karne za kwanza KK. Shujaa wa Alexandria alielezea utaratibu ambao ulianza kufanya kazi tu ulipowekwa wazi kwa mvuke. Kifaa kilikuwa mpira ambao nozzles ziliwekwa. Mvuke ulitoka kwa tangentially kutoka kwa pua, na hivyo kusababisha injini kuzunguka. Kilikuwa kifaa cha kwanza kuwashwa na wanandoa.
Muundaji wa injini ya stima (kwa usahihi zaidi, turbine) ni Tagi-al-Dinome (Mwanafalsafa wa Kiarabu, mhandisi na mwanaanga). Uvumbuzi wake ulijulikana sana katikaMisri katika karne ya 16. Utaratibu ulipangwa kama ifuatavyo: mito ya mvuke ilielekezwa moja kwa moja kwa utaratibu na vile, na wakati moshi ulipoanguka, vile vilizunguka. Kitu kama hicho kilipendekezwa mnamo 1629 na mhandisi wa Italia Giovanni Branca. Hasara kuu ya uvumbuzi huu wote ilikuwa matumizi mengi ya mvuke, ambayo kwa upande wake yalihitaji kiasi kikubwa cha nishati na haikupendekezwa. Maendeleo yalisitishwa, kwani ujuzi wa kisayansi na kiufundi wa wanadamu haukutosha. Kwa kuongezea, hakukuwa na haja ya uvumbuzi kama huo hata kidogo.
Maendeleo
Hadi karne ya 17, uundaji wa injini ya stima haukuwezekana. Lakini mara tu bar ya kiwango cha maendeleo ya binadamu iliongezeka, nakala za kwanza na uvumbuzi mara moja zilionekana. Ingawa hakuna mtu aliyezichukua kwa uzito wakati huo. Kwa hiyo, kwa mfano, mwaka wa 1663, mwanasayansi wa Kiingereza alichapisha katika vyombo vya habari rasimu ya uvumbuzi wake, ambayo aliiweka katika Raglan Castle. Kifaa chake kilitumika kuinua maji kwenye kuta za minara. Hata hivyo, kama kila kitu kipya na kisichojulikana, mradi huu ulikubaliwa bila shaka, na hapakuwa na wafadhili kwa maendeleo yake zaidi.
Historia ya uundaji wa injini ya stima huanza na uvumbuzi wa injini ya angahewa ya mvuke. Mnamo 1681, mwanasayansi wa Ufaransa Denis Papin aligundua kifaa ambacho kilisukuma maji kutoka kwa migodi. Hapo awali, baruti ilitumiwa kama nguvu ya kuendesha gari, na kisha ikabadilishwa na mvuke wa maji. Hivi ndivyo injini ya mvuke ilizaliwa. Mchango mkubwa katika uboreshaji wake ulitolewa na wanasayansi kutoka Uingereza, Thomas Newcomen na Thomas Severen. Mvumbuzi wa Kirusi aliyejifundisha mwenyewe Ivan Polzunov pia alitoa usaidizi muhimu sana.
Jaribio lisilofaulu la Papin
Mashine ya angahewa ya mvuke, mbali na kuwa kamilifu wakati huo, ilivutia uangalizi maalum katika sekta ya ujenzi wa meli. D. Papin alitumia akiba yake ya mwisho kwa ununuzi wa chombo kidogo, ambacho alianza kufunga mashine ya kuinua maji ya mvuke-anga ya uzalishaji wake mwenyewe. Utaratibu wa utekelezaji ulikuwa kwamba, kuanguka kutoka kwa urefu, maji yalianza kuzungusha magurudumu.
Mvumbuzi alifanya majaribio yake mwaka wa 1707 kwenye Mto Fulda. Watu wengi walikusanyika kutazama muujiza: meli iliyokuwa ikitembea kando ya mto bila tanga na makasia. Walakini, wakati wa majaribio, maafa yalitokea: injini ililipuka na watu kadhaa walikufa. Wakuu walimkasirikia mvumbuzi huyo mwenye bahati mbaya na kumpiga marufuku kutoka kwa kazi na miradi yoyote. Meli ilichukuliwa na kuharibiwa, na miaka michache baadaye Papin mwenyewe alikufa.
Kosa
Stima ya Papen ilikuwa na kanuni ya uendeshaji ifuatayo. Chini ya silinda ilikuwa ni lazima kumwaga kiasi kidogo cha maji. Brazier ilikuwa chini ya silinda yenyewe, ambayo ilitumikia joto la kioevu. Wakati maji yalipoanza kuchemsha, mvuke iliyosababishwa, kupanua, iliinua pistoni. Hewa ilitolewa kutoka kwa nafasi juu ya pistoni kupitia vali iliyo na vifaa maalum. Baada ya maji ya kuchemsha na mvuke ilianza kuanguka, ilikuwa ni lazima kuondoa brazier, kufunga valve ili kuondoa hewa, na baridi ya kuta za silinda na maji baridi. Shukrani kwa vitendo vile, mvuke uliokuwa kwenye silinda ulifupishwa, uliundwa chini ya pistoninadra, na kwa sababu ya nguvu ya shinikizo la anga, pistoni ilirudi tena mahali pake. Wakati wa harakati zake za kushuka, kazi muhimu ilifanyika. Hata hivyo, ufanisi wa injini ya mvuke ya Papen ulikuwa mbaya. Injini ya stima haikuwa ya kiuchumi sana. Na muhimu zaidi, ilikuwa ngumu sana na haifai kutumia. Kwa hivyo, uvumbuzi wa Papen haukuwa na wakati ujao tangu mwanzo kabisa.
Wafuasi
Hata hivyo, historia ya kuundwa kwa injini ya stima haikuishia hapo. Ifuatayo, tayari imefanikiwa zaidi kuliko Papen, alikuwa mwanasayansi wa Kiingereza Thomas Newcomen. Alisoma kazi ya watangulizi wake kwa muda mrefu, akizingatia udhaifu. Na kuchukua kazi bora zaidi, aliunda vifaa vyake mwenyewe mnamo 1712. Injini mpya ya mvuke (picha iliyoonyeshwa) iliundwa kama ifuatavyo: silinda ilitumiwa, ambayo ilikuwa katika nafasi ya wima, pamoja na bastola. Newcomen huyu alichukua kutoka kwa kazi za Papin. Walakini, mvuke ulikuwa tayari umeundwa kwenye boiler nyingine. Ngozi nzima iliwekwa karibu na pistoni, ambayo iliongeza kwa kiasi kikubwa ukali ndani ya silinda ya mvuke. Mashine hii pia ilikuwa ya mvuke-anga (maji yalipanda kutoka mgodi kwa kutumia shinikizo la anga). Hasara kuu za uvumbuzi zilikuwa wingi wake na ufanisi: mashine "ilikula" kiasi kikubwa cha makaa ya mawe. Walakini, ilileta faida nyingi zaidi kuliko uvumbuzi wa Papen. Kwa hiyo, imetumika katika shimo na migodi kwa karibu miaka hamsini. Ilitumika kusukuma maji ya chini ya ardhi, na pia kukausha meli. Thomas Newcomen alijaribu kubadili gari lakeili iweze kutumika kwa trafiki. Hata hivyo, majaribio yake yote yalishindikana.
Mwanasayansi aliyefuata kujitangaza alikuwa D. Hull kutoka Uingereza. Mnamo 1736, aliwasilisha uvumbuzi wake kwa ulimwengu: mashine ya anga ya mvuke, ambayo ilikuwa na magurudumu ya paddle kama kiendesha. Maendeleo yake yalikuwa na mafanikio zaidi kuliko yale ya Papin. Mara moja, vyombo kadhaa kama hivyo vilitolewa. Hasa zilitumiwa kuvuta mashua, meli na vyombo vingine. Hata hivyo, kutegemewa kwa mashine ya angahewa ya mvuke hakukupa imani, na meli zilikuwa na matanga kama kiendeshaji kikuu.
Na ingawa Hull alikuwa na bahati zaidi ya Papin, uvumbuzi wake polepole ulipoteza umuhimu na kuachwa. Bado, mashine za anga za mvuke za wakati huo zilikuwa na mapungufu mengi mahususi.
Historia ya injini ya stima nchini Urusi
Mafanikio yaliyofuata yalifanyika katika Milki ya Urusi. Mnamo 1766, injini ya kwanza ya mvuke iliundwa kwenye mmea wa metallurgiska huko Barnaul, ambao ulitoa hewa kwenye tanuu za kuyeyuka kwa kutumia mvuto maalum wa blower. Muumbaji wake alikuwa Ivan Ivanovich Polzunov, ambaye hata alipewa cheo cha afisa kwa huduma kwa nchi yake. Mvumbuzi huyo aliwapa wakuu wake michoro na mipango ya "mashine ya kuzima moto" yenye uwezo wa kuwasha mvukuto.
Walakini, hatima ilicheza mzaha mbaya na Polzunov: miaka saba baada ya mradi wake kukubaliwa na gari kuunganishwa, aliugua na kufa kwa matumizi - wiki moja tu kabla ya majaribio yake kuanza.injini. Hata hivyo, maagizo yake yalitosha kuwasha injini.
Kwa hivyo, mnamo Agosti 7, 1766, injini ya stima ya Polzunov ilizinduliwa na kuwekwa chini ya mzigo. Walakini, mnamo Novemba mwaka huo huo, ilivunjika. Sababu iligeuka kuwa kuta nyembamba sana za boiler, sio lengo la kupakia. Aidha, mvumbuzi aliandika katika maagizo yake kwamba boiler hii inaweza kutumika tu wakati wa kupima. Utengenezaji wa boiler mpya ungeweza kulipa kwa urahisi, kwa sababu ufanisi wa injini ya mvuke ya Polzunov ilikuwa nzuri. Kwa saa 1023 za kazi, zaidi ya pauni 14 za fedha ziliyeyushwa kwa msaada wake!
Lakini licha ya hayo, hakuna aliyeanza kukarabati mitambo. Injini ya mvuke ya Polzunov ilikuwa ikikusanya vumbi kwa zaidi ya miaka 15 kwenye ghala, wakati ulimwengu wa tasnia haukusimama na kuendelezwa. Na kisha ikavunjwa kabisa kwa sehemu. Inavyoonekana, wakati huo, Urusi ilikuwa bado haijakua kwenye injini za stima.
Mahitaji ya nyakati
Wakati huo huo, maisha hayakusimama. Na ubinadamu ulifikiria kila wakati juu ya kuunda utaratibu ambao ungeruhusu sio kutegemea asili isiyo na maana, lakini kudhibiti hatima yenyewe. Kila mtu alitaka kuacha tanga haraka iwezekanavyo. Kwa hiyo, swali la kuunda utaratibu wa mvuke mara kwa mara kunyongwa hewani. Mnamo 1753, mashindano kati ya mafundi, wanasayansi na wavumbuzi yaliwekwa mbele huko Paris. Chuo cha Sayansi kilitangaza tuzo kwa wale ambao wanaweza kuunda utaratibu ambao unaweza kuchukua nafasi ya nguvu ya upepo. Lakini licha ya ukweli kwamba akili kama L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix na wengine walishiriki katika shindano hilo, hakuna aliyetoa pendekezo la busara.
Miaka ilisonga. Na mapinduzi ya viwandailishughulikia nchi zaidi na zaidi. Ukuu na uongozi kati ya mamlaka zingine mara kwa mara ulikwenda Uingereza. Mwishoni mwa karne ya kumi na nane, ilikuwa Uingereza Mkuu ambayo ikawa muundaji wa tasnia kubwa, shukrani ambayo ilishinda taji la ukiritimba wa ulimwengu katika tasnia hii. Swali la injini ya mitambo kila siku likawa muhimu zaidi na zaidi. Na injini kama hiyo iliundwa.
Injini ya kwanza ya stima duniani
1784 iliashiria mabadiliko katika Mapinduzi ya Viwanda kwa Uingereza na ulimwengu. Na mtu aliyehusika na hili alikuwa fundi wa Kiingereza James Watt. Injini ya stima aliyounda ndiyo ugunduzi mkubwa zaidi wa karne hii.
James Watt amekuwa akisoma michoro, muundo na kanuni za uendeshaji wa mashine za angahewa kwa miaka kadhaa. Na kwa misingi ya haya yote, alihitimisha kuwa kwa ufanisi wa injini, ni muhimu kusawazisha joto la maji katika silinda na mvuke inayoingia kwenye utaratibu. Hasara kuu ya mashine za mvuke-anga ilikuwa hitaji la mara kwa mara la kupoza silinda na maji. Ilikuwa ya gharama kubwa na isiyofaa.
Injini mpya ya stima iliundwa kwa njia tofauti. Kwa hiyo, silinda ilikuwa imefungwa katika koti maalum ya mvuke. Kwa hivyo Watt alipata hali yake ya joto kila wakati. Mvumbuzi aliunda chombo maalum kilichowekwa kwenye maji baridi (condenser). Silinda iliunganishwa nayo kwa bomba. Wakati mvuke ulipokwisha kwenye silinda, iliingia kwenye condenser kupitia bomba na ikageuka tena ndani ya maji huko. Wakati akifanya kazi ya kuboresha mashine yake, Wattiliunda utupu katika capacitor. Kwa hivyo, mvuke wote unaotoka kwenye silinda umefungwa ndani yake. Shukrani kwa uvumbuzi huu, mchakato wa upanuzi wa mvuke uliongezeka sana, ambayo kwa hiyo ilifanya iwezekanavyo kutoa nishati nyingi zaidi kutoka kwa kiasi sawa cha mvuke. Yalikuwa mafanikio ya taji.
Waundaji wa injini ya stima pia alibadilisha kanuni ya usambazaji wa hewa. Sasa mvuke kwanza ulianguka chini ya pistoni, na hivyo kuinua, na kisha kukusanywa juu ya pistoni, kuipunguza. Kwa hivyo, viboko vyote viwili vya pistoni kwenye utaratibu vilianza kufanya kazi, ambayo haikuwezekana hata hapo awali. Na matumizi ya makaa ya mawe kwa kila farasi ilikuwa chini ya mara nne kuliko, kwa mtiririko huo, kwa mashine za mvuke-anga, ambayo ndiyo James Watt alikuwa akijaribu kufikia. Injini ya stima ilishinda kwa haraka sana kwanza Uingereza, na kisha ulimwengu mzima.
Charlotte Dundas
Baada ya ulimwengu mzima kushangazwa na uvumbuzi wa James Watt, matumizi makubwa ya injini za stima yalianza. Kwa hivyo, mnamo 1802, meli ya kwanza kwa wanandoa ilionekana Uingereza - mashua ya Charlotte Dundas. Muundaji wake ni William Symington. Boti hiyo ilitumika kama mashua za kukokota kando ya mfereji huo. Jukumu la msafirishaji kwenye meli lilichezwa na gurudumu la paddle lililowekwa kwenye meli. Mashua ilifaulu majaribio mara ya kwanza: ilivuta mashua mbili kubwa maili 18 kwa masaa sita. Wakati huo huo, upepo wa kichwa uliingiliana naye sana. Lakini alifanya hivyo.
Na bado ilisitishwa, kwa sababu waliogopa kwamba kwa sababu ya mawimbi makali yaliyotengenezwa chini ya gurudumu la pala, kingo za mfereji huo zingesombwa. Kwa njia, juuCharlotte alijaribiwa na mtu ambaye dunia nzima leo inamwona kuwa muundaji wa meli ya kwanza ya meli.
Meli ya kwanza ulimwenguni
Mtengeneza meli Mwingereza Robert Fulton aliota ndoto ya meli inayotumia mvuke tangu ujana wake. Na sasa ndoto yake imetimia. Baada ya yote, uvumbuzi wa injini za mvuke ulikuwa msukumo mpya katika ujenzi wa meli. Pamoja na mjumbe kutoka Amerika, R. Livingston, ambaye alichukua upande wa nyenzo wa suala hilo, Fulton alichukua mradi wa meli yenye injini ya mvuke. Ilikuwa uvumbuzi mgumu kulingana na wazo la msafirishaji kasia. Kando ya meli aliweka sahani mfululizo kuiga mengi ya makasia. Wakati huo huo, sahani sasa na kisha ziliingilia kati na kuvunja. Leo tunaweza kusema kwa urahisi kwamba athari sawa inaweza kupatikana kwa tiles tatu au nne tu. Lakini kwa maoni ya sayansi na teknolojia ya wakati huo, haikuwa kweli kuona hili. Kwa hivyo, wajenzi wa meli walikuwa na wakati mgumu zaidi.
Mnamo 1803, uvumbuzi wa Fulton uliletwa ulimwenguni. Stima ilisonga polepole na sawasawa kando ya Seine, ikivutia akili na mawazo ya wanasayansi wengi na takwimu huko Paris. Hata hivyo, serikali ya Napoleon ilikataa mradi huo, na wajenzi wa meli waliochukizwa walilazimika kutafuta utajiri wao huko Amerika.
Na mnamo Agosti 1807, boti ya kwanza ya mvuke duniani iitwayo Claremont, ambamo injini ya mvuke yenye nguvu zaidi ilihusika (picha imewasilishwa), ilienda kando ya Ghuba ya Hudson. Wengi wakati huo hawakuamini katika mafanikio.
The Clermont ilianza safari yake ya kwanza bila mizigo na abiria. Hakuna mtu alitaka kwendakusafiri ndani ya meli ya kupumua moto. Lakini tayari njiani kurudi, abiria wa kwanza alionekana - mkulima wa ndani ambaye alilipa dola sita kwa tiketi. Akawa abiria wa kwanza katika historia ya kampuni ya usafirishaji. Fulton aliguswa moyo sana hivi kwamba alimpa daredevil safari ya maisha bila malipo kwenye uvumbuzi wake wote.
