قصه اختراع الآله البخاريه

الآلة البخارية


حدّاد ماهر ألماني عام 1630م وطفل ألماني يكوِّن اتجاه العالم إلى الآلة البخارية على يديهما!!! شيء لا يُصدق ولكنها الحقيقة .. و القصة بكاملها هي : صنع الحدّاد في عام 1630م إبريقاً رائعاً له غطاء محكم لا يدخل من خلاله أي بعوضة أو نملة وأكثر من صنع هذه الأباريق.
اشترت أم الطفل الألمانية هذا الإبريق وكل صباح تحضر الشاي والحليب فيه ثم إنّ بخار الماء صار يدفع غطاء الإبريق إلى الأعلى فإذا أُبعد عن النار هبط الغطاء، وإذا اقترب من النار ارتفع من جديد.
الطفل الصغير كان يفكر كل يوم وهو ذاهب الى المدرسة بهذا البخار والغطاء والحركة وكبرت الفكرة لديه، ولما صار شاباً عزم على تجربة طرق الحديد والنحاس لصنع مراوح تدور بالبخار، لقد نجح في صنع أول آلة بخارية قادرة على سحب دلاء الماء من الأنهار .. جاء كبار التجار إليه طالبين منه صنع آلات بخارية وكان الشاب يسألهم: كم حصاناً تستخدمه لسحب الماء؟ ثم يصنع الآلة بقدر الأحصنة ومن هنا انبعثت فكرة (حصان بخاري ميكانيكي) .. وينجح (جول) وهو صديق لذاك الشاب في صنع آلات بخارية أخرى.
فمن يصدّق أن حدّاداً وطفلاً يغيران مجرى تاريخ البشرية، فمن الآلة البخارية صُنعت آلات النسيج 1720م والمراكب البخارية 1750 والقطارات 1807م والمولدات التي تدير وتنتج الكهرباء 1880م.
حقاً المهارة تؤدي الى مهارة والإبداع يولِّد إبداعاً آخر .. فمهارة الحداد ولدت مهارة صُنع الآلات البخارية.
المحرك البخاري
المحرك البخاري آلة تعمل بطاقة تمدد البخار. ويُسْتخدم البخار في دفع المكابس التي تدير عجلات القاطرات القوية، أو يمكن استخدامه في تدوير توربينات ضخمة تحرك مولدات كهربائية، وعابرات محيطات عملاقة. وتدار بالبخار أيضاً المضخات الكبيرة، ومعدات الحفر وأنواع أخرى كثيرة من الآلات القوية.

كان ابتكار المحرك البخاري في القرن الثامن عشر قد مكّن من ظهور الصناعة الحديثة. وحتى ذلك الوقت كان الناس يعتمدون على قوة عضلاتهم أو قوة الحيوان أو قوة الرياح أو قوة المياه. ولكن محركاً بخاريًا واحدًا يمكنه أن يقوم بعمل مئات الخيول. ويستطيع المحرّك أن يمدّ كل الآلات في مصنع ما بالقدرة اللازمة. وتستطيع القوة البخارية أن تجر قطار شحن محملاً بالبضائع الثقيلة، مسافات طويلة خلال يوم واحد. وقد وفرت البواخر البخارية وسيلة انتقال آمنة وسريعة.
كيف تعمل محركات البخار

كيف يعمل المحرك البخاري البخار يشغل الآلة بالدفع أولاً على أحد أوجه المكبس ثم على الوجه الآخر. ويوجه صمام منزلق البخار من وجه إلى آخر. وفي الشكل (إلى اليسار) يدخل البخار من الجانب الأيسر للأسطوانة ويدفع المكبس إلى اليمين. وحالما يتحرك المكبس يُدير ذراعه الحذافة مقدار نصف دورة. وحين يصل المكبس للناحية اليمنى من الأسطوانة (في الشكل أعلاه) يتحرك الصمام المنزلق ويدفع البخار ليسري خلف المكبس مرة أخرى. يوجه البخار المكبس على التحرك إلى الجهة اليسرى. وعندئذ يجذب ذراع المكبس الحذافة لتُكمل دورة واحدة، ويخرج البخار في الناحية اليسرى من الأسطوانة عبر مخرج العادم.
لا ينتج المحرك البخاري القدرة، ولكنه يستخدم البخار لتحويل طاقة الحرارة الناشئة عن احتراق الوقود إلى حركة دورانية أو حركة إلى الأمام والخلف، لأداء شغل معين. ولكل آلة بخارية فرن يحرق فيه الفحم الحجري أو الزيت أو الخشب أو أي وقود آخر لإنتاج طاقة حرارية. وفي محطات القدرة الذرية يحل المفاعل محل الفرن، وتنشأ الحرارة من انشطار الذرات. انظر: المفاعل النووي. ولكل آلة بخارية مِرْجَل (غلاية) تتم داخله إحالة الماء إلى بخار. ويتمدد البخار أو يأخذ حجماً أكبر من حجم الماء عدة مرات. ويمكن استخدام طاقة التمدد هذه بطريقتين: 1- لدفع مكبس إلى الأمام والخلف 2- لإدارة توربين.
المحركات البخارية المكبسية. لها مكابس تتحرّك للأمام وللخلف في أسطوانات. وهناك أنظمة عديدة من الصمامات تسمح بدخول البخار إلى الأسطوانة، ودفع المكبس أولاً في اتجاه ثم في الاتجاه الآخر قبل تصريف البخار إلى العادم. وعادة ماتسمى هذه المحركات بالمحركات الترددية، بسبب حركة مكابسها جيئة وذهاباً. وتتطلب المطارق البخارية التي تستخدم في دفع خوازيق الأرض أو في طرق المعادن مثل هذا النوع من الحركةبيد أن القاطرة تتطلب حركة دورانية لإدارة عجلاتها. ويتم الحصول على هذه الحركة بتوصيل المكابس إلى عمود مرفقي. وفى بعض المحركات البخارية الترددية ـ وتسمى المحركات المركبة ـ ينساب البخار خلال أربع أسطوانات ويقوم بتشغيل أربعة مكابس.
التوربينات البخارية. تُنتج التوربينات البخارية حركة دورانية. ولتوربين البخار عدة مجموعات من العجلات ذات الرِّيَش المركبة على عمود طويل. ويدخل البخار من ناحية، فيدير العجلات ذات الرِّيَش أثناء اندفاعه عليها. وتُستخدم التوربينات البخارية في إدارة المولدات الكهربائية ورفّاسات البواخر
المحركات البخارية الأولى. اعتمدت على قدرة تكثف البخار إلى سائل لا على قدرته على التمدد. فعندما يتكثف البخار إلى سائل فإن الأخير يأخذ حيزاً أقل مما يحتاجه البخار. ولو أن عملية التكثف هذه قد حدثت في قارورة مُحكمة أو إناء فإنه ينتج تفريغاً جزئياً أو عملية شفط، وكلاهما ينتج شغلاً مفيدًا.

وفي عام 1698م ابتكر الإنجليزي توماس سافري (1650 - 1715م) أول محرك بخاري عملي، وكان له مضخة لسحب الماء من المناجم. ولم تحتو مضخة سافري على أجزاء متحركة، إلا صمامات تعمل باليد. وعندما تدار الصمامات فإنها تسمح للبخار بالدخول إلى الإناء المحكم. وكان يُصب ماء بارد على جدران الإناء حتى يبرد؛ ومن ثم يتكثف البخار. عندئذ يفتح صمام حتى يتم شفط الماء أعلى الأنبوبة بفعل تفريغ الهواء في الإناء.

وفي عام 1712م اخترع الحداد البريطانى توماس نيوكومن (1663 - 1729م) محركًا بخاريًا. وكان لمحرك نيوكومن دعامة أفقية كبيرة متزنة في الوسط مثل الأرجوحة. وتعلق مكبس داخل أسطوانة من إحدى نهايتي الدعامة. وعندما يسمح للبخار بالاندفاع إلى الأسطوانة، فإنّ البخار كان يدفع المكبس إلى أعلى خافضًا النهاية الأخرى للدعامة. عندئذ يرش رذاذ الماء البارد داخل الأسطوانة فيتكثف البخار ويسحب التفريغ المكبس إلى أسفل مرة أخرى، وبذلك ترتفع النهاية الأخرى للدعامة والتي ربطت بمكبس المضخة داخل البئر.


محرك واط. عندما بدأ المهندس الأسكتلندي جيمس واط (1736 - 1819) تجاربه عام 1763م كان محرك نيوكومن البخاري ذائع الانتشار. وكان ذلك حافزاً لجيمس واط على التفكير لأنّه كان يستهلك كميات هائلة من البخار، وكميات أخرى كبيرة من الوقود. وقد رأى واط أنّ التسخين والتبريد المترددين أضاعا حرارة زائدة. عندئذ اخترع واط محركًا بخاريًا بمكثف وأسطوانة منفصلين، وبذا تظل الأسطوانة ساخنة على الدوام. ووفر هذا النظام ثلاثة أرباع تكلفة الوقود، وذلك لفقدان كمية قليلة من البخار خلال تكثفه بدخوله الأسطوانة الباردة.

سجّل واط أول براءة لاختراع المحرك البخاري في عام 1769م، واستمر بعد ذلك في إجراء تحسينات على آلته. ولعل من أفضل التحسينات التي أدخلها استخدام مبدأ الفعل المزدوج. وفي المحركات التي تُبنى على هذا المبدأ فإنّ البخار يستخدم أولاً على ناحية من المكبس ثم على الناحية الأخرى. وتعلم واط أيضاً أن يغلق طريق البخار عندما تمتلئ الأسطوانة جزئيا، وأدّى ذلك إلى تمدد البخار الموجود أصلاً في الأسطوانة لتكملة مهمة المكبس. ويعتقد كثير من الناس خطأ أن واط اخترع المحرك البخاري، ولكنه قام فقط بإدخال تحسينات على التصميمات السابقة التي ابتكرها نيوكومن وخفض تكلفة استخدام محركات البخار المكثفة، وبذلك صار ممكناً استخدام هذه المحركات في أعمال أخرى غير الضخ.
المحركات البخارية الحديثة. كانت أهم التحسينات في السنوات التي تلت نيوكومن وواط تطوير محركات قادرة على استخدام بخار ذي ضغط عال. وحتى ذلك الوقت لم يختبر واط محركه عند ضغط عال خوفاً من الانفجار. فلم يزد الضغط في محركاته عن الضغط الجوي أو مايوازى 100 كيلو باسكال.

المقال القادم قصه حياه العالم جيمس واط