عملية تسخير ضغط بخار المحركات

2014 الثورة العلمية

براون بير

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ضغط بخار المحركات المحرك البخاري الفيزياء

في عام 1712 ، أتقن المهندس الإنجليزي توماس نيوكومن ( 1663 – 1729 ) إلى حد الكمال صناعة المحرك الأول باستخدام ضغط البخار لتشغيل مكبس.

بسبب طريقة إنشاء هذه المحركات،كان الناس عموماً يشيرون إلى محركات نيوكومن على أنها محركات ذراع الميزان ( عاتق الميزان ). 

لم يستطع نيوكومن تسجيل براءة اخترع محركه لأن مبدأ عمله كان قريباً جداً من مبدأ عمل محرك توماس سيفري ، وبالتالي فإن الرجلين أقاما شراكة فيما بينهما وبدآ في إنشاء المحركات سوية .

كانت هذه هي المرحلة التي وصلت إليها القدرة البخارية في عام 1764، عندما استلم المهندس الاسكتلندي جيمس واط ( 1736 – 1819 ) نموذجاً لمحرك نيوكومن للقيام بإصلاحه ، وقد أدرك كيف كان يتم هدر كم هائل من الطاقة عن طريق تسخين الأسطوانة الأولى ومن ثم إعادة تبريدها .

في عام 1765 ، خطرت له فكرة إضافة مكثفة خارجية منفصلة. بالإضافة إلى ذلك، كان يستخدم  البخار لدفع المكبس إلى الأعلى ومن ثم إلى الأسفل مرة ثانية عن طريق السماح للبخار ذي الضغط المنخفض بالضغط على الجانب الاخر . هذا العمل المزدوج حسَّن إلى حدى كبير كفاءة الآلة .

التطور التالي كان زيادة ضغط البخار في المحرك – وحسب مصطلحات هذه الأيام " البخار القوي " . بيد أن هذا الابتكار لم يتحقق حتى ظهور أسطوانات مطوَّرة لها مكابس مثبتة بإحكام بشكل أفضل ومراجل ( غلايّات ) آمنة تتحمل الضغط العالي للبخار .

وقد أصبحت متوفرة مع حلول عام 1800 في الوقت الذي انتهت فيه صلاحية  براءة الاختراع الرئيسة للمخترع واط .

في العام التالي بدأ المخترع الإنجليزي ريتشارد ترافيثيك ( 1771 – 1833 ) في بناء محركات الضغط العالي مزدوجة الوظيفة . أزال ترافيثيك  المكثف المنفصل ، واستخدم البخار المهدور لتسخين المياه قبل دخولها المرجل .

في غضون أربع سنوات بنى ما يقرب من 50 محركاً تم استخدامها بشكل أساسي في المناجم في أنحاء عديدة  من بريطانيا ، إلى أن وصلت في نهاية المطاف إلى بيرو وأنحاء أخرى من أمريكا الجنوبية .

بطبيعة عملها الأساسي كانت المحركات البخارية الأولى تنتج حركة صاعدة ونازلة . ولكن معظم الآلات في ذلك الوقت ، باستثاء المضخات ، كانت تتطلب حركة دورانية .

وحتى ظهور المحر البخاري كان معظم هذه الآلات يُدار بالنواعير . ثم في عام 1781 اخترع جيمس واط نظام التُرس  " الكوكبي " أو " الفلكي " لجعل محركاته البخارية تقوم بحركة نهائية دورانية .