من هو مخترع المحرك البخاري

هناك الكثير من

الاختراعات التي ساهمت في تقدم البشرية

والتي يعد من بينها بدون شك المحرك البخاري والذي تم اختراعه بواسطة المخترع والمهندس الإنجليزي

توماس سافري (Thomas Savery)

فهو أول من قام باختراع مضخة البخار أثناء بحثه عن وسيلة فعالة في ضخ الماء، وكانت تلك المضخة البخارية تعمل من خلال غلي الماء إلى أن تتحول لبخار، وهو ما يتم تجميعه بخزان لكي يتم عبره استخراج البخار بأكمله من خزان الماء، حتى يتم تكوين فراغ بالحاوية الأساسية.

وكان ذلك الفراغ هو ما تم توظيفه لكي يتم إنتاج قدر كافٍ من طاقة ضخ الماء، وقد تبين أن تلك المضخة ما هي إلا حل مؤقت بسبب أن الطاقة قد تقوم بسحب المياه عن عمق لا يزيد عن عدة أمتار معدودة، كما تم اكتشاف عيب آخر بالمضخة وهو أن ما كان يتم استخدامه من ضغط بخار في عملية إزارة المياه أثناء سحبه بالخزان كان شديد إلى حد كبير مما نتج عنه حدوث انفجارات عديدة، إذ لم تكن الغلايات قوية بالقدر المطلوب. [1]

وقد أتى سعي توماس لاختراع المحرك البخاري في سبيل الوصول لحل يتمكن من خلاله في إيجاد حل لمشكلة ضخ الماء إلى مناجم الفحم، وهو ما ساعده به الفرنسي الفيزيائي دنيس بابان (Denis Papin)، إلى أن حصل توماس على براءة اختراع المحرك البخاري وكان ذلك عام (1698م)، ولكي يتمكن توماس من الحصول على مزيد من الفاعلية لاختراعه قام بربط اثنان من الأجهزة بجهاز واحد، إلى جانب ما قام بصنعه من محركات عدة، الأمر الذي لم يعود الهدف منه قاصراً فقط على المناجم ولكنه امتد ليشمل مسألة ضخ الماء للأبنية الضخمة والكبيرة. [2]

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 الاعتماد على الحركة هذه في تشغيل الآلات والتوربينات أو دفع العجلات التي تقوم بتوليد الكهرباء عبر توصيلها بمولد كهربائي، ومن أبرز المميزات التي تم الاستفادة منها منذ اختراع المحرك البخاري والذي تم تصنيفه بكونه أحد

أهم الاختراعات في القرن التاسع عشر

والفترة السابقة له إمكانية استعمال العديد من مصادر الحرارة في تشغيله لكي يتم توليد الحرارة بالمرجل ومن ثم زيادة درجة حرارته.

والجدير بالذكر أن المصدر الأكثر استخداماً في عملية توليد الحرارة بالمحرك البخاري منتجات النفط، أو احتراق الحطب والفحم، أما الطاقة الكهربائية فإن المصدر الذي يتم الاعتماد عليه في توليدها غالباً ما يكون المفاعلات النووية أي الوقود النووي لكي يتم الحصول على بخار الماء ذو الحرارة والضغط العاليين، ومن ثم يتم توجيه ما يتم توليده من بخار ينتج عن التوربين وبالتالي يبدأ في تدوير المولد الكهربي. [3]

مراحل تطور المحرك البخاري

تم تصنيف المحرك البخاري و

القوارب البخارية

باعتبارهم أحد أهم العوامل التي أدت إلى ما حدث من ثورة صناعية هائلة حيث ساهمت تلك الاختراعات في تحقيق تقدم غير مسبوق بمجالات التصنيع والتعدين والنقل وكذلك الزراعة، وعلى الرغم من ام هناك الكثير من العلماء والمخترعين الذين كان لهم دور بارز بكلاٍ من القرن الثامن عشر والقرن التاسع عشر في اختراع المحرك البحاري وتطويره، ولكن لا بد من الإشارة إلى أن تاريخ صناعة الآلات البخارية يرجع إلى ما يزيد عن ألفي عام سابقة للثورة الصناعية، ومن أهم المراحل التي مر بها المحرك البخاري منذ اختراعه ما يلي: [4]

المخترع توماس نيوكومن

منذ سنة (1712م) قام العالم توماس نيوكومن باختراع محرك بخاري عملي وفعال مكون من بعض الأسطوانات ومكبس متصلين بمضخة، وكما قام توماس سافري باستعمال بخار كثيف في محركه لكي يقوم بإنتاج الضغط، إذ كان ما ينتج من ضغط تفاضلي بين الجو والفراغ كافي لاندفاع المكبس نحو الأسطوانة من الأسفل لكي ترتفع المضخة، يليه يبدأ وزن المضخة في سحب المكبس ثانيةً بالأسطوانة وعقب ذلك سوف يتم فتح الصمام ومن ثم ينبعث البخار الموجود في المرجل.

ثم يتم دخول صمام ثاني إلى الماء الذي تكثف بالأسطوانة ليتكثف البخار ثانيةً بالماء، وتظل تلك الدورة مستمرة، وقد ظل العمل بواسطة محرك توماس نيوكومن مستخدم لما يزيد عن خمسون عاماً في مضخات مناجم الفحم، وقد قيل أنه لولا فضل ذلك المحرك البخاري لكانت مناجم الفحم قد تعرضت للغرق، في حين أنه قد تبين مع الوقت عدم فعالية ذلك المحرك نظراً لما يتطلبه من طاقة نشغيل عالية لكي يعمل بأقصى فعالية له.

المخترع جيمس واط

عن طريق الابتكارات التي أضافها المخترع جيمس واط على المحرك البخاري الذي كان قد اخترعه نيوكومن تمكن من تقليل استهلاك الفحم المرتفع، وقد تضمنت ابتكاراته تلك أسطوانة محرك ذو ضغط منخفض بالإضافة إلى عازل حراري منفصل ومكثف، وبالطريقة تلك تمكن واط من تقليل استهلاك الوقود بمعدل زاد عن خمسون بالمائة، إلى جانب أن محركه لم يكن في حاجة خلال عمله إلى توقفه بين الدورات لكي يقوم بتسخين 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

قام العالم ريتشارد باختراع محرك بخاري ذو ضغط مرتفع، حيث تم استعماله في تشغيل الكثير من القاطرات، والذي تبين أنها ذات أقوة أعلى من كافة ما سبق اختراعه من محركات، مع العلم أنه كان الأكثر خطورة نتيجة ضغطه المرتفع.

أجزاء المحرك البخاري

هناك خمسة أجزاء أساسية يتكون المحرك البخاري منها وهي: [5]

غرفة الاحتراق (combustion)

:

بداخل الغرفة تلك يتم احتراق الفحم حتى يتم تسخين الماء.
المرجل (Boiler)

:

هو عبارة عن وعاء كبير الحجم ممتلأ بالمياه التي يتم تسخينها بواسطة النار لكي تحول إلى بخار ذو ضغط عالي.
الأسطوانة (Cylinder)

:

غرفة حجمها صغير يدخل بخار الماء إليها الذي يخرج من المرحل لكي تنضغط، .
المكبس (Piston)

:

يتواجد المكبس بالاسطوانة وعن طريقه يتم ضغط الأسطوانة نحو الأعلى ومن ثم دفع الجزء المربوط والمتحرك بها لكي تتحرك الآلة.
الآلة (Machine)

:

يتم ربطها مع المكبس وهي جسم ميكانيكي أشبه بمضخة الماء وآلات المصانع، كما تقترب في الشبه من قاطرات البخار ذات الحجم العملاق التي تزل في التحرك لأعلى وأسفل على خطوط السكك الحديدية.