การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำเป็นจุดเปลี่ยนในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ บางแห่งในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 17-18 แรงงานคนไร้ประสิทธิภาพ กังหันน้ำ และกังหันลมเริ่มถูกแทนที่ด้วยกลไกที่แปลกใหม่และไม่เหมือนใคร - เครื่องยนต์ไอน้ำ ต้องขอบคุณพวกเขาที่การปฏิวัติทางเทคนิคและอุตสาหกรรม และความก้าวหน้าทั้งหมดของมนุษยชาติจึงเกิดขึ้นได้
แต่ใครเป็นคนคิดค้นเครื่องจักรไอน้ำ? มนุษยชาติเป็นหนี้ใคร? และเมื่อไหร่? เราจะพยายามค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้
ก่อนยุคเรา
ประวัติศาสตร์การสร้างเครื่องจักรไอน้ำเริ่มขึ้นในศตวรรษแรกก่อนคริสต์ศักราช ฮีโร่แห่งอเล็กซานเดรียอธิบายกลไกที่เริ่มทำงานเมื่อโดนไอน้ำเท่านั้น อุปกรณ์นี้เป็นลูกบอลที่หัวฉีดได้รับการแก้ไข ไอน้ำออกมาจากหัวฉีดแบบสัมผัส ทำให้เครื่องยนต์หมุนได้ เป็นอุปกรณ์ตัวแรกที่ขับเคลื่อนโดยคู่รัก
ผู้สร้างเครื่องจักรไอน้ำ (พูดให้ถูกคือ กังหัน) คือ Tagi-al-Dinome (ปราชญ์ วิศวกร และนักดาราศาสตร์ชาวอาหรับ) สิ่งประดิษฐ์ของเขากลายเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในอียิปต์ในคริสต์ศตวรรษที่ 16 กลไกถูกจัดเรียงดังนี้: กระแสไอน้ำพุ่งตรงไปยังกลไกด้วยใบมีด และเมื่อควันตกลงมา ใบมีดก็จะหมุน สิ่งที่คล้ายกันถูกเสนอในปี 1629 โดยวิศวกรชาวอิตาลี Giovanni Branca ข้อเสียเปรียบหลักของสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้คือการใช้ไอน้ำมากเกินไป ซึ่งต้องใช้พลังงานจำนวนมากและไม่แนะนำ การพัฒนาถูกระงับ เนื่องจากความรู้ทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคของมนุษยชาติในขณะนั้นไม่เพียงพอ นอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องมีสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวเลย
การพัฒนา
จนถึงศตวรรษที่ 17 การสร้างเครื่องจักรไอน้ำเป็นไปไม่ได้ แต่ทันทีที่ระดับการพัฒนามนุษย์เพิ่มสูงขึ้น สำเนาและสิ่งประดิษฐ์แรกก็ปรากฏขึ้นทันที แม้ว่าจะไม่มีใครเอาจริงเอาจังในตอนนั้น ตัวอย่างเช่นในปี 1663 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษตีพิมพ์ร่างสิ่งประดิษฐ์ของเขาซึ่งเขาติดตั้งในปราสาท Raglan อุปกรณ์ของเขาทำหน้าที่สูบน้ำบนผนังหอคอย อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับทุกสิ่งที่ใหม่และไม่รู้จัก โปรเจ็กต์นี้ได้รับการยอมรับอย่างน่าสงสัย และไม่มีสปอนเซอร์สำหรับการพัฒนาต่อไป
ประวัติศาสตร์การสร้างเครื่องจักรไอน้ำเริ่มต้นด้วยการประดิษฐ์เครื่องยนต์ไอน้ำ ในปี ค.ศ. 1681 เดนิส ปาแปง นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้คิดค้นอุปกรณ์ที่สูบน้ำออกจากเหมือง ในตอนแรก ดินปืนถูกใช้เป็นแรงผลักดัน จากนั้นจึงถูกแทนที่ด้วยไอน้ำ นี่คือที่มาของเครื่องยนต์ไอน้ำ นักวิทยาศาสตร์จากอังกฤษ Thomas Newcomen และ Thomas Severen มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการปรับปรุงนักประดิษฐ์ชาวรัสเซียที่เรียนรู้ด้วยตนเอง Ivan Polzunov ก็ให้ความช่วยเหลือที่ทรงคุณค่าเช่นกัน
ความพยายามที่ล้มเหลวของปาปิน
เครื่องอบไอน้ำบรรยากาศซึ่งยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบในขณะนั้น ได้รับความสนใจเป็นพิเศษในอุตสาหกรรมต่อเรือ D. Papin ใช้เงินออมครั้งสุดท้ายในการซื้อเรือลำเล็ก ซึ่งเขาเริ่มติดตั้งเครื่องสร้างบรรยากาศไอน้ำแบบยกน้ำสำหรับการผลิตของเขาเอง กลไกการออกฤทธิ์คือเมื่อตกจากที่สูง น้ำก็เริ่มหมุนวงล้อ
นักประดิษฐ์ทำการทดสอบในปี 1707 บนแม่น้ำฟุลดา หลายคนรวมตัวกันเพื่อดูปาฏิหาริย์: เรือล่องไปตามแม่น้ำโดยไม่มีใบเรือและพาย อย่างไรก็ตาม ระหว่างการทดสอบ เกิดภัยพิบัติ: เครื่องยนต์ระเบิดและมีผู้เสียชีวิตหลายคน ทางการโกรธเคืองนักประดิษฐ์ที่โชคร้ายและสั่งห้ามเขาจากงานและโครงการใดๆ เรือถูกยึดและถูกทำลาย และไม่กี่ปีต่อมา ปาปินเองก็เสียชีวิต
ผิดพลาด
เรือกลไฟของ Papen มีหลักการทำงานดังนี้ ที่ด้านล่างของกระบอกสูบจำเป็นต้องเทน้ำเล็กน้อย เตาอั้งโล่อยู่ใต้กระบอกสูบซึ่งทำหน้าที่ให้ความร้อนกับของเหลว เมื่อน้ำเริ่มเดือด เกิดไอน้ำ ขยายตัว ยกลูกสูบขึ้น อากาศถูกขับออกจากช่องว่างเหนือลูกสูบผ่านวาล์วที่ติดตั้งเป็นพิเศษ หลังจากที่น้ำเดือดและไอน้ำเริ่มลดลง จำเป็นต้องถอดเตาอั้งโล่ ปิดวาล์วเพื่อไล่อากาศ และทำให้ผนังของกระบอกสูบเย็นลงด้วยน้ำเย็น ด้วยการกระทำดังกล่าว ไอน้ำที่อยู่ในกระบอกสูบจึงควบแน่นซึ่งเกิดขึ้นภายใต้ลูกสูบrarefaction และเนื่องจากแรงดันบรรยากาศ ลูกสูบกลับคืนสู่ตำแหน่งเดิมอีกครั้ง ในระหว่างการเคลื่อนตัวลง ได้ทำงานที่มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำของปาเปนเป็นลบ เครื่องยนต์ของเรือกลไฟนั้นไม่ประหยัดอย่างยิ่ง และที่สำคัญมันซับซ้อนเกินไปและไม่สะดวกในการใช้งาน ดังนั้นการประดิษฐ์ของ Papen จึงไม่มีอนาคตตั้งแต่เริ่มต้น
ผู้ติดตาม
อย่างไรก็ตาม ประวัติการสร้างเครื่องจักรไอน้ำไม่ได้จบเพียงแค่นั้น คนต่อไปที่ประสบความสำเร็จมากกว่า Papen คือนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Thomas Newcomen เขาศึกษางานของรุ่นก่อนมาเป็นเวลานานโดยเน้นที่จุดอ่อน และด้วยความพยายามอย่างเต็มที่ เขาได้สร้างเครื่องมือของตัวเองขึ้นในปี ค.ศ. 1712 เครื่องยนต์ไอน้ำใหม่ (ภาพแสดง) ได้รับการออกแบบดังนี้: ใช้กระบอกสูบซึ่งอยู่ในตำแหน่งแนวตั้งและลูกสูบ Newcomen นี้นำมาจากผลงานของ Papin อย่างไรก็ตาม ไอน้ำได้ก่อตัวขึ้นในหม้อต้มอื่นแล้ว ผิวหนังทั้งหมดถูกตรึงไว้รอบๆ ลูกสูบ ซึ่งเพิ่มความแน่นหนาภายในกระบอกสูบไอน้ำอย่างมาก เครื่องนี้ยังเป็นไอน้ำในบรรยากาศ (น้ำเพิ่มขึ้นจากเหมืองโดยใช้ความดันบรรยากาศ) ข้อเสียเปรียบหลักของการประดิษฐ์นี้คือความเทอะทะและความไร้ประสิทธิภาพ: เครื่องจักร "กิน" ถ่านหินจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม มันก่อให้เกิดประโยชน์มากกว่าการประดิษฐ์ปาเปน ดังนั้นจึงถูกใช้ในดันเจี้ยนและเหมืองมาเกือบห้าสิบปีแล้ว มันถูกใช้เพื่อสูบน้ำบาดาลเช่นเดียวกับเรือแห้ง Thomas Newcomen พยายามแปลงรถของเขาเพื่อใช้สัญจรไปมาได้ อย่างไรก็ตาม ความพยายามทั้งหมดของเขาล้มเหลว
นักวิทยาศาสตร์คนต่อไปที่จะประกาศตัวเองคือ D. Hull จากอังกฤษ ในปี ค.ศ. 1736 เขาได้นำเสนอสิ่งประดิษฐ์ของเขาแก่โลก: เครื่องจักรบรรยากาศไอน้ำซึ่งมีล้อพายเป็นตัวขับเคลื่อน การพัฒนาของเขาประสบความสำเร็จมากกว่าของ Papin มีการปล่อยเรือหลายลำในทันที ส่วนใหญ่ใช้ในการลากจูงเรือ เรือ และเรืออื่นๆ อย่างไรก็ตาม ความน่าเชื่อถือของเครื่องจักรไอน้ำบรรยากาศไม่ได้สร้างความมั่นใจ และเรือมีการติดตั้งใบเรือเป็นผู้เสนอญัตติหลัก
และแม้ว่าฮัลล์จะโชคดีกว่าปาแปง แต่สิ่งประดิษฐ์ของเขาค่อยๆ สูญเสียความเกี่ยวข้องและถูกละทิ้ง อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรไอน้ำบรรยากาศในเวลานั้นยังมีข้อบกพร่องหลายประการ
ประวัติศาสตร์เครื่องจักรไอน้ำในรัสเซีย
ความก้าวหน้าครั้งต่อไปเกิดขึ้นในจักรวรรดิรัสเซีย ในปี ค.ศ. 1766 เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นที่โรงงานโลหะวิทยาในบาร์นาอูล ซึ่งจ่ายอากาศไปยังเตาหลอมโดยใช้เครื่องเป่าลมแบบพิเศษ ผู้สร้างคือ Ivan Ivanovich Polzunov ซึ่งได้รับยศเจ้าหน้าที่เพื่อให้บริการบ้านเกิดของเขา นักประดิษฐ์ได้นำเสนอพิมพ์เขียวและแผนสำหรับ "เครื่องดับเพลิง" ให้กับผู้บังคับบัญชาของเขาที่สามารถใช้เครื่องเป่าลมได้
อย่างไรก็ตาม โชคชะตาเล่นตลกอย่างโหดร้ายกับ Polzunov: เจ็ดปีหลังจากโครงการของเขาได้รับการยอมรับและประกอบรถ เขาล้มป่วยและเสียชีวิตจากการบริโภค - เพียงหนึ่งสัปดาห์ก่อนเริ่มการทดสอบเครื่องยนต์. อย่างไรก็ตาม คำแนะนำของเขาเพียงพอที่จะสตาร์ทเครื่องยนต์
ดังนั้น เมื่อวันที่ 7 สิงหาคม พ.ศ. 2309 เครื่องจักรไอน้ำของ Polzunov ได้เปิดตัวและอยู่ภายใต้การโหลด อย่างไรก็ตามในเดือนพฤศจิกายนของปีเดียวกันนั้นก็พังทลายลง เหตุผลกลับกลายเป็นว่าผนังหม้อไอน้ำบางเกินไปไม่ได้มีไว้สำหรับโหลด ยิ่งกว่านั้นนักประดิษฐ์เขียนไว้ในคำแนะนำของเขาว่าหม้อไอน้ำนี้สามารถใช้ได้เฉพาะระหว่างการทดสอบเท่านั้น การผลิตหม้อไอน้ำใหม่สามารถชำระได้อย่างง่ายดายเพราะประสิทธิภาพของเครื่องจักรไอน้ำของ Polzunov นั้นเป็นไปในเชิงบวก ทำงาน 1,023 ชั่วโมง เงินมากกว่า 14 ปอนด์ถูกหลอมด้วยความช่วยเหลือ!
แต่ถึงกระนั้นก็ยังไม่มีใครเริ่มซ่อมแซมกลไกนี้ เครื่องจักรไอน้ำของ Polzunov รวบรวมฝุ่นในโกดังมานานกว่า 15 ปี ในขณะที่โลกของอุตสาหกรรมไม่หยุดนิ่งและพัฒนา แล้วจึงรื้อออกเป็นส่วนๆ เห็นได้ชัดว่าในขณะนั้น รัสเซียยังไม่โตเป็นเครื่องจักรไอน้ำ
ความต้องการของยุคสมัย
ในขณะที่ชีวิตไม่หยุดนิ่ง และมนุษยชาติคิดอยู่ตลอดเวลาเกี่ยวกับการสร้างกลไกที่ไม่ยอมให้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติตามอำเภอใจ แต่เพื่อควบคุมชะตากรรมเอง ทุกคนต้องการละทิ้งเรือโดยเร็วที่สุด ดังนั้นคำถามเกี่ยวกับการสร้างกลไกไอน้ำจึงลอยอยู่ในอากาศอย่างต่อเนื่อง ในปี ค.ศ. 1753 การแข่งขันระหว่างช่างฝีมือ นักวิทยาศาสตร์ และนักประดิษฐ์ได้เกิดขึ้นที่ปารีส Academy of Sciences ได้ประกาศรางวัลสำหรับผู้ที่สามารถสร้างกลไกที่สามารถแทนที่พลังของลมได้ แต่ถึงแม้จะมีความคิดเช่น L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix และคนอื่น ๆ เข้าร่วมการแข่งขัน แต่ก็ไม่มีใครเสนอข้อเสนอที่สมเหตุสมผล
ปีผ่านไป และการปฏิวัติอุตสาหกรรมครอบคลุมประเทศต่างๆ มากขึ้น ความเหนือกว่าและความเป็นผู้นำในหมู่มหาอำนาจอื่น ๆ มักจะตกเป็นของอังกฤษ ในตอนท้ายของศตวรรษที่สิบแปด บริเตนใหญ่กลายเป็นผู้สร้างอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ซึ่งต้องขอบคุณการที่บริษัทได้รับตำแหน่งการผูกขาดโลกในอุตสาหกรรมนี้ คำถามเกี่ยวกับเครื่องยนต์กลไกทุกวันมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น และเครื่องยนต์ดังกล่าวก็ถูกสร้างขึ้น
เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกของโลก
1784 เป็นจุดเปลี่ยนในการปฏิวัติอุตสาหกรรมของอังกฤษและทั่วโลก และผู้ที่รับผิดชอบในเรื่องนี้คือ เจมส์ วัตต์ ช่างยนต์ชาวอังกฤษ เครื่องจักรไอน้ำที่เขาสร้างขึ้นคือการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งศตวรรษ
James Watt ศึกษาภาพวาด โครงสร้าง และหลักการทำงานของเครื่องทำไอน้ำบรรยากาศมาหลายปีแล้ว และบนพื้นฐานของทั้งหมดนี้ เขาสรุปว่าเพื่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ จำเป็นต้องทำให้อุณหภูมิของน้ำในกระบอกสูบเท่ากันและไอน้ำที่เข้าสู่กลไกเท่ากัน ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องทำไอน้ำบรรยากาศคือความต้องการคงที่ในการทำให้กระบอกสูบเย็นลงด้วยน้ำ มันทั้งแพงและไม่สะดวก
เครื่องจักรไอน้ำใหม่ได้รับการออกแบบแตกต่างออกไป ดังนั้นกระบอกสูบจึงถูกหุ้มไว้ในเสื้อแจ็กเก็ตไอน้ำแบบพิเศษ ดังนั้นวัตต์จึงบรรลุสภาวะความร้อนคงที่ของเขา นักประดิษฐ์ได้สร้างภาชนะพิเศษที่แช่ในน้ำเย็น (คอนเดนเซอร์) กระบอกสูบติดอยู่กับท่อ เมื่อไอน้ำหมดลงในกระบอกสูบ มันจะเข้าไปในคอนเดนเซอร์ผ่านท่อและเปลี่ยนกลับเป็นน้ำที่นั่น ขณะกำลังปรับปรุงเครื่องจักรของเขา Wattสร้างสุญญากาศในตัวเก็บประจุ ดังนั้นไอน้ำทั้งหมดที่มาจากกระบอกสูบจึงควบแน่น ด้วยนวัตกรรมนี้ กระบวนการขยายไอน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถดึงพลังงานจากไอน้ำในปริมาณเท่ากันได้มากขึ้น มันเป็นความสำเร็จที่ยอดเยี่ยม
ผู้สร้างเครื่องจักรไอน้ำก็เปลี่ยนหลักการจ่ายอากาศเช่นกัน ตอนนี้ไอน้ำตกอยู่ใต้ลูกสูบก่อนจึงยกขึ้นแล้วรวบรวมเหนือลูกสูบแล้วลดระดับลง ดังนั้นทั้งสองจังหวะของลูกสูบในกลไกจึงเริ่มทำงานซึ่งไม่สามารถทำได้มาก่อน และการใช้ถ่านหินต่อแรงม้านั้นน้อยกว่าสี่เท่าตามลำดับสำหรับเครื่องจักรไอน้ำบรรยากาศ ซึ่งเจมส์ วัตต์พยายามทำให้สำเร็จ เครื่องจักรไอน้ำได้ยึดครองอย่างรวดเร็วในบริเตนใหญ่ก่อน และจากนั้นทั้งโลก
ชาร์ล็อต ดันดัส
หลังจากที่ทั้งโลกประหลาดใจกับการประดิษฐ์ของ James Watt การใช้งานเครื่องจักรไอน้ำอย่างแพร่หลายก็เริ่มขึ้น ดังนั้นในปี 1802 เรือลำแรกสำหรับคู่รักจึงปรากฏในอังกฤษ - เรือ Charlotte Dundas ผู้สร้างคือ William Symington ใช้เป็นเรือลากจูงไปตามลำคลอง บทบาทของผู้เสนอญัตติบนเรือเล่นโดยล้อพายที่ติดตั้งอยู่ที่ท้ายเรือ เรือลำดังกล่าวผ่านการทดสอบเป็นครั้งแรก โดยสามารถลากเรือบรรทุกขนาดใหญ่สองลำได้ 18 ไมล์ในเวลา 6 ชั่วโมง ในเวลาเดียวกัน ลมปะทะตัวเขาอย่างมาก แต่เขาทำได้
แต่ถูกระงับไว้ เพราะพวกเขากลัวว่าคลื่นแรงที่เกิดขึ้นใต้วงล้อพาย ริมฝั่งคลองจะถูกชะล้างออกไป อนึ่ง บนCharlotte ได้รับการทดสอบโดยชายคนหนึ่งซึ่งคนทั้งโลกมองว่าเป็นผู้สร้างเรือกลไฟลำแรกในทุกวันนี้
เรือกลไฟลำแรกของโลก
ช่างต่อเรือชาวอังกฤษ Robert Fulton ฝันถึงเรือพลังไอน้ำตั้งแต่ยังเด็ก และตอนนี้ความฝันของเขาก็เป็นจริงแล้ว ท้ายที่สุด การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำเป็นแรงผลักดันใหม่ในการต่อเรือ ร่วมกับนักการทูตจากอเมริกา อาร์. ลิฟวิงสตัน ซึ่งเข้ามารับช่วงต่อด้านเนื้อหาของประเด็นนี้ ฟุลตันได้ริเริ่มโครงการเรือลำหนึ่งที่ใช้เครื่องยนต์ไอน้ำ เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ซับซ้อนตามแนวคิดของผู้เสนอญัตติพาย ที่ด้านข้างของเรือมีแผ่นไม้เรียงเป็นแถวซึ่งเลียนแบบพายจำนวนมาก ในเวลาเดียวกันแผ่นเปลือกโลกก็แทรกแซงกันและแตกสลาย วันนี้เราสามารถพูดได้อย่างง่ายดายว่าเอฟเฟกต์เดียวกันสามารถทำได้ด้วยกระเบื้องเพียงสามหรือสี่ชิ้น แต่จากมุมมองของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในสมัยนั้น การเห็นสิ่งนี้ไม่สมจริง ดังนั้น ช่างต่อเรือจึงลำบากกว่ามาก
ในปี 1803 สิ่งประดิษฐ์ของฟุลตันถูกแนะนำให้รู้จักกับโลก เรือกลไฟเคลื่อนตัวช้าๆ และสม่ำเสมอไปตามแม่น้ำแซน สร้างความตื่นตาตื่นใจและจินตนาการของนักวิทยาศาสตร์และบุคคลจำนวนมากในปารีส อย่างไรก็ตาม รัฐบาลนโปเลียนปฏิเสธโครงการนี้ และพวกต่อเรือที่ไม่พอใจก็ถูกบังคับให้แสวงหาโชคในอเมริกา
และในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1807 เรือกลไฟลำแรกของโลกชื่อแคลร์มอนต์ซึ่งมีเครื่องยนต์ไอน้ำที่ทรงพลังที่สุดเข้ามาเกี่ยวข้อง (มีภาพ) แล่นไปตามอ่าวฮัดสัน หลายคนไม่เชื่อในความสำเร็จ
The Clermont ออกเดินทางครั้งแรกโดยไม่มีสินค้าและไม่มีผู้โดยสาร ไม่มีใครอยากไปเดินทางด้วยเรือพ่นไฟ แต่ระหว่างทางกลับ ผู้โดยสารคนแรกก็ปรากฏตัว - ชาวนาท้องถิ่นที่จ่ายเงินหกเหรียญสำหรับตั๋ว เขากลายเป็นผู้โดยสารคนแรกในประวัติศาสตร์ของบริษัทขนส่ง ฟุลตันตื่นเต้นมากจนมอบสิ่งประดิษฐ์ทั้งหมดของเขาให้คนบ้าระห่ำตลอดชีวิต