من هو العالم الذي اخترع المحرك البخاري

من هو مخترع المحرك البخاري

هناك العديد من الاختراعات التي ساهمت في تقدم البشرية، ومن بينها بلا شك المحرك البخاري الذي ابتكره المهندس الإنجليزي توماس سافري (Thomas Savery). كان هو الأول الذي ابتكر آلية ضخ الماء باستخدام البخار، حيث تعمل هذه المضخة البخارية عن طريق غلي الماء حتى يتحول إلى بخار، ومن ثم يتم تجميع البخار في خزان لاستخراجه بالكامل من خلال الخزان، مما يؤدي إلى إنشاء فراغ داخل الجهاز الأساسي.

تم استغلال هذه الفجوة لإنتاج كمية كافية من الطاقة لضخ الماء، وتبين أن المضخة كانت مجرد حلا مؤقتا بسبب قدرة الطاقة على سحب الماء من عمق لا يتجاوز بضعة أمتار. تم اكتشاف خلل آخر في المضخة، وهو أن الضغط العالي المستخدم في عملية سحب المياه من الخزان كان شديدا للغاية، مما تسبب في وقوع عدة انفجارات. وبذلك، لم تكن الغلايات قوية بما فيه الكفاية.

وفي سبيل التوصل إلى حل يمكن من خلاله ضخ الماء إلى مناجم الفحم، قام توماس بجهود كبيرة لاختراع المحرك البخاري. ساعده في ذلك الفيزيائي الفرنسي دنيس بابان (Denis Papin). وفي عام 1698م، حصل توماس على براءة اختراع المحرك البخاري. ولتعزيز فاعلية اختراعه، قام توماس بتوصيل جهازين معا، بالإضافة إلى صنعه لعدة محركات. وتوسعت فائدة هذا الاختراع لتشمل ضخ الماء للمباني الكبيرة والضخمة، ولم تعد تقتصر على المناجم فقط.

ما هو المحرك البخاري

المحرك البخاري عبارة عن آلة تعتمد في عملها على القوة البخارية لكي تقوم بأداء العمليات الميكانيكية عن طريق ضغط الحرارة وقوتها، إذ أن 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 التوربين أو محركات السكة الحديدية.

وقد تم الاستفادة من الحركة الناتجة عن المحرك البخاري في تشغيل الآلات والتوربينات أو دفع العجلات التي تولد الكهرباء عن طريق توصيلها بمولد كهربائي، ومن بين أهم المزايا التي تم الاستفادة منها منذ اختراع المحرك البخاري الذي تم تصنيفه كواحد من أهم الاختراعات في القرن التاسع عشر والفترة السابقة له، هي القدرة على استخدام عدة مصادر حرارية لتشغيله لتوليد الحرارة في المرجل وزيادة درجة حرارته.

ويجدر بالذكر أن المصدر الأكثر استخداما في توليد الحرارة باستخدام المحرك البخاري هو منتجات النفط، أو احتراق الحطب والفحم، أما الطاقة الكهربائية فإن المصدر الرئيسي المعتمد في توليدها غالبا هو المفاعلات النووية أي الوقود النووي للحصول على بخار الماء ذو درجة حرارة وضغط عاليين، ومن ثم يتم توجيه البخار الناتج من التوربين ليبدأ في تشغيل المولد الكهربائي.

مراحل تطور المحرك البخاري

تم تصنيف المحرك البخاري و القوارب البخارية كأحد العوامل الأساسية التي أدت إلى حدوث ثورة صناعية كبيرة، حيث ساهمت تلك الاختراعات في تطوير مجالات التصنيع والتعدين والنقل والزراعة بشكل لم يسبق له مثيل، وعلى الرغم من وجود العديد من العلماء والمخترعين الذين لعبوا دورا بارزا في اختراع المحرك البخاري وتطويره خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، إلا أن تاريخ صناعة الآلات البخارية يعود إلى أكثر من ألفي عام قبل حدوث الثورة الصناعية، ومن بين المراحل الرئيسية التي مر بها المحرك البخاري بعد اختراعه

المخترع توماس نيوكومن

منذ عام 1712م، قام العالم توماس نيوكومن بتطوير محرك بخاري فعال وعملي يتألف من أسطوانات ومكبس متصل بمضخة. واستخدم توماس سافري بخارا كثيفا في محركه لتوليد ضغط يكفي لدفع المكبس نحو الأسفل ورفع المضخة. ثم يسحب وزن المضخة المكبس مرة أخرى نحو الأسطوانة، وبعد ذلك يتم فتح الصمام ليتم إطلاق البخار الموجود في المرج.

ثم يتم إدخال صمام ثاني إلى الماء المكثف في الأسطوانة ليتم تكثيف البخار مرة أخرى بالماء. تستمر هذه الدورة، واستخدم محرك توماس نيوكومن لأكثر من خمسين عاما في مضخات مناجم الفحم. قيل أنه لولا هذا المحرك البخاري، كانت مناجم الفحم قد غمرت بالمياه. ومع مرور الوقت، تبين عدم كفاءة هذا المحرك بسبب الطاقة العالية المطلوبة لتشغيله بأقصى كفاءة.

المخترع جيمس واط

بفضل الابتكارات التي أضافها المخترع جيمس واط إلى المحرك البخاري الذي اخترعه نيوكومن، تمكن من تقليل استهلاك الفحم بشكل كبير. تضمنت ابتكاراته استخدام أسطوانة محرك ذات ضغط منخفض وعازل حراري منفصل ومكثف. بفضل هذه الطريقة، تمكن واط من تقليل استهلاك الوقود بنسبة تزيد عن الخمسين في المئة، بالإضافة إلى عدم حاجة محركه للتوقف بين الدورات لتسخين 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 قوته اثنان وثلاثون حصان.

المخترع ريتشارد تريفيثيك

اخترع العالم ريتشارد محرك بخاري ذو ضغط مرتفع، وتم استخدامه في تشغيل العديد من القطارات، وتبين أنها أقوى بكثير من كل ما سبق اختراعه من محركات، على الرغم من خطورته العالية بسبب ضغطه المرتفع.

أجزاء المحرك البخاري

هناك خمسة أجزاء أساسية يتكون المحرك البخاري منها وهي:

• غرفة الاحتراق (combustion): يتم داخل تلك الغرفة احتراق الفحم حتى يتم تسخين الماء.
• المرجل (Boiler): يتم تسخين وعاء كبير ممتلئ بالماء على النار لتحويله إلى بخار ذو ضغط عالي.
• الأسطوانة (Cylinder): غرفة صغيرة الحجم تسمح بدخول بخار الماء الذي يخرج من المرحلة ليتم ضغطه .
• المكبس (Piston): يتم وضع المكبس داخل الأسطوانة ومن خلاله يتم ضغط الأسطوانة نحو الأعلى، مما يؤدي إلى دفع الجزء المتحرك الموصول بها لتحريك الآلة.
• الآلة (Machine): تتصل بالمكبس وهي جسم ميكانيكي يشبه مضخة المياه وآلات المصانع، ومشابهة لقوارب البخار الضخمة التي تتحرك صعودا وهبوطا على خطوط السكك الحديدية.