من الذي اخترع المحرك البخاري

من الذي اخترع المحرك البخاري ؟، سؤال من الاسئلة الاكثر شيوعاً في عصر النهضة الصناعية، حيث فتح هذا الإختراع المجال نحو التقدم الصناعي في شتى المجالات، وكان سبباً رئيسياً لعصر النهضة الصناعية، وفي هذا المقال سنتحدث عن هذا الإختراع بالتفصيل وعن أهميته الصناعية.

ما هو المحرك البخاري

المحرك بخاري هو الة تستخدم القوة البخارية لأداء الأعمال الميكانيكية من خلال قوة وضغط الحرارة، حيث أنه في المحرك البخاري يتطلب المرجل لتسخين الماء وتحويله إلى بخار، وتمارس قوة البخار ذو الضغط المرتفع لدفع المكبس في أسطوانة كما في محرك السكك الحديدية، أو في إدارة التوربينات.

وتلك الحركة التي يمكن تسخيرها لدفع العجلات أو الالات، والتوربينات التي تولد الكهرباء عن طريق توصيلها بمولد للكهرباء، ومن مميزات المحرك البخاري أنه يمكن استخدام مصادر عديدة للحرارة معه لتوليد البخار في المرجل ورفع درجة حرارته، ولكن الأكثر شيوعاً هو احتراق الفحم والحطب أو منتجات النفط، ولتوليد الطاقة الكربائية بواسطة المفاعلات النووية يستخدم الوقود النووي أولاً لإنتاج بخار الماء عالي الضغط والحرارة، ثم يوجه البخار الناتج إلى التوربين والذي يقوم بدوره بتدوير المولد الكهربائي.[1]

من الذي اخترع المحرك البخاري

إن الذي اخترع المحرك البخاري هو توماس سافري (بالإنجليزية: Thomas Savery)، وهو أول شخص يخترع مضخة بخار بغرض ضخ المياه في عام 1698 ميلادي، حيث تعمل مضخة البخار هذه عن طريق غلي الماء حتى تحول بالكامل إلى بخار، ومن ثم يتم جمعها في خزان لاستخراج كل البخار من الخزان الأصلي، وبالتالي خلق فراغ في الحاوية الأصلية، وكان هذا الفراغ هو الذي يتم توظيفه لإنتاج كمية كافية من الطاقة لضخ المياه، واتضح أن هذه المضخة حل مؤقت لأن الطاقة يمكن أن تسحب الماء من عمق بضعة أمتار فقط، وهناك عيب اخر لهذه المضخة هو أن ضغط البخار كان يستخدم لإزالة الماء الذي كان يسحب داخل الخزان، وكان الضغط أكثر من اللازم، مما أدى إلى عدة انفجارات لأن الغلايات لم تكن قوية بما فيه الكفاية.[2]

تطور المحرك البخاري

يمكن القول إن أهم تطور للثورة الصناعية هو أن المحرك البخاري سهل تحقيق تقدم كبير في مجالات التعدين والتصنيع والزراعة والنقل، وعلى الرغم من أن العديد من الشخصيات البارزة في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر ينسب إليها الفضل في تطوير وتحسين المحرك البخاري، الا إن تاريخ الالات التي تعمل بالبخار يعود في الواقع إلى ما يقرب من 2000 عام قبل الثورة الصناعية، وأليك أهم مراحل تطور المحرك البخاري.[3]

توماس نيوكومن

في عام 1712 ميلادي، اخترع توماس نيوكومن محرك بخاري فعال وعملي، ويتكون المحرك البخاري الذي صممه من مكبس وعدة أسطوانات موصولة بمضخة، وعلى غرار تصميم توماس سافري، إستخدم محرك نيوكومن بخاراً مكثفاً في الأسطوانة لإنتاج الضغط، وكان الضغط التفاضلي الناتج بين الفراغ والجو كافياً لدفع المكبس لأسفل في الأسطوانة ورفع المضخة، ثم ويقوم وزن المضخة بسحب المكبس مرة أخرى في الأسطوانة وسيفتح الصمام، مما ينبعث البخار من المرجل، ثم يدخل صمام اخر الماء المتكثف في الأسطوانة ويتكثف البخار مرة أخرى في الماء، ويكرر الدورة نفسها، وظل محرك نيوكومن قيد الاستخدام لأكثر من 50 عاماً كمضخات لمناجم الفحم التي لولا ذلك المحرك كانت ستغرق تلك المناجم بالماء، ولقد تبين في ما بعد أنها غير فعالة حيث كانت هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة لتشغيل المحرك بفعالية القصوى.

جيمس واط

لقد تم تقليل الاستهلاك المرتفع للفحم الذي كان يستخدم في المحرك البخاري لنيوكومن من خلال الابتكارات في تصميم المحرك بواسطة جيمس واط، والتي احتوت تلك الابتكارات على أسطوانة المحرك منخفض الضغط على عازل حراري ومكثف منفصل، وبهذه الطريقة نجح محرك جيمس واط والذي سمي محرك الضغط المنخفض في تقليل استهلاك الوقود بأكثر من 50%، كما وأدى ذلك إلى استمرارية عمل المحرك دون الحاجة لتوقيفه بين كل دورة وأخرى لإعادة تسخين الأسطوانة،

إيفان بولزونوف

كان إيفان بولزونوف مخترعاً روسياً بنى في عام 1766 ميلادي أول محرك بخاري في بلاده وأول محرك ثنائي الأسطوانات في العالم، وكان محرك بولزونوف البخاري ثنائي الأسطوانات أقوى من محركات الضغط المنخفض بجيمس واط، وكان لديها تصنيف قوة 32 حصان.

ريتشارد تريفيثيك

اخترع ريتشارد تريفيثيك محركاً بخارياً مدعوماً بضغط مرتفع، وتم استخدام هذا لتشغيل العديد من القاطرات، واتضح أن هذه أقوى محرك مقارنة بجميع المحركات التي تم اختراعها سابقاً ولكنه كان خطراً بسبب الضغط المرتفع فيه.

أجزاء المحرك البخاري

هناك أجزاء رئيسية موجودة في كل محرك بخاري، وهي:[4]

• غرفة الأحتراق (بالإنجليزية: combustion): وفي هذه الغرفة يتم حرق الفحم بكميات كبيرة لستخين الماء بكفاءة عالية جداً.
• المرجل (بالإنجليزية: Boiler): وهو وعاء كبير مملوء بالماء، يتم تسخينه بالنار، لتحويل الماء إلى بخار عالي الضغط.
• الأسطوانة (بالإنجليزية: Cylinder): وهي غرفة صغيرة يدخل فيها بخار الماء الخارج من المرجل ليتم ضغطها.
• المكبس (بالإنجليزية: Piston): وهو جزء موجود داخل الأسطوانة من خلاله يتم ضغطها للأعلى ودفع الجزء المتحرك المربوط فيها لتحريك الألة.
• آلة (بالإنجليزية: Machine): وهي جزء يتم ربطها بالمكبس، ويمكن أن تكون أي شيء ميكانيكي، مثل مضخة مياه، إلى آلة مصنع، أو حتى قاطرة بخار عملاقة تتحرك صعوداً ونزولاً على خط سكة حديد.

وفي ختام هذا المقال نكون قد إجبنا على سؤال، من الذي اخترع المحرك البخاري، كما وتعرفنا على ألية عمل هذه المحركات، ومراحل تتطورها التاريخية، وذكرنا جميع الأجزاء الرئيسية الموجودة في المحرك البخاري.