Aurumasinate leiutamine oli pöördepunkt inimkonna ajaloos. Kusagil 17.-18. sajandi vahetusel hakati ebaefektiivset käsitsitööd, vesirattaid ja tuulikuid asendama täiesti uute ja ainulaadsete mehhanismide - aurumasinatega. Tänu neile said võimalikuks tehnilised ja tööstusrevolutsioonid ning kogu inimkonna progress.
Aga kes leiutas aurumasina? Kellele inimkond selle võlgneb? Ja millal see oli? Püüame leida vastused kõigile neile küsimustele.
Isegi enne meie ajastut
Aurumasina loomise ajalugu algab esimestel sajanditel eKr. Aleksandria kangelane kirjeldas mehhanismi, mis hakkas tööle alles siis, kui see auruga kokku puutus. Seade oli pall, millele olid kinnitatud pihustid. Aur väljus düüsidest tangentsiaalselt, pannes sellega mootori pöörlema. See oli esimene paari toiteallikaga seade.
Aurumasina (täpsem alt turbiini) looja on Tagi-al-Dinome (araabia filosoof, insener ja astronoom). Tema leiutis sai lai alt tuntuks aastalEgiptus 16. sajandil. Mehhanism oli paigutatud järgmiselt: aurujoad suunati teradega otse mehhanismi ja suitsu langemisel terad pöörlesid. Midagi sarnast pakkus 1629. aastal välja Itaalia insener Giovanni Branca. Kõigi nende leiutiste peamiseks miinuseks oli liigne aurukulu, mis omakorda nõudis tohutult energiat ega olnud soovitav. Areng peatati, kuna inimkonna tolleaegsetest teaduslikest ja tehnilistest teadmistest ei piisanud. Lisaks polnud sellisteks leiutisteks üldse vajadust.
Arendused
Kuni 17. sajandini oli aurumasina loomine võimatu. Kuid niipea, kui inimarengu taseme latt tõusis, ilmusid kohe esimesed koopiad ja leiutised. Kuigi keegi ei võtnud neid tol ajal tõsiselt. Nii näiteks avaldas inglise teadlane 1663. aastal ajakirjanduses oma leiutise mustandi, mille ta paigaldas Raglani lossi. Tema seade oli mõeldud vee tõstmiseks tornide seintele. Kuid nagu kõik uus ja tundmatu, võeti see projekt vastu kahtlusega ning selle edasiseks arendamiseks polnud sponsoreid.
Aurumasina loomise ajalugu algab auru-atmosfäärimootori leiutamisest. 1681. aastal leiutas prantsuse teadlane Denis Papin seadme, mis pumbas kaevandustest vett välja. Algul kasutati tõukejõuna püssirohtu, seejärel asendati see veeauruga. Nii sündis aurumasin. Suure panuse selle parandamisse andsid Inglismaa teadlased Thomas Newcomen ja Thomas Severen. Hindamatut abi andis ka vene iseõppinud leiutaja Ivan Polzunov.
Papini ebaõnnestunud katse
Auru-atmosfäärimasin, mis tol ajal polnud kaugeltki täiuslik, äratas laevaehitustööstuses erilist tähelepanu. D. Papin kulutas oma viimased säästud väikelaeva ostmiseks, millele hakkas paigaldama omatoodangu veetõste auru-atmosfäärimasinat. Toimemehhanism seisnes selles, et kõrgelt kukkudes hakkas vesi rattaid pöörlema.
Leiutaja viis oma katsed läbi 1707. aastal Fulda jõel. Paljud inimesed kogunesid vaatama imet: mööda jõge liikuvat laeva ilma purjede ja aerudeta. Katsetuste käigus juhtus aga katastroof: mootor plahvatas ja mitu inimest sai surma. Võimud vihastasid õnnetu leiutaja peale ja keelasid tal igasugused tööd ja projektid. Laev konfiskeeriti ja hävitati ning paar aastat hiljem suri Papin ise.
Viga
Papeni aurikul oli järgmine tööpõhimõte. Silindri põhja oli vaja valada väike kogus vett. Silindri enda all asus ahju, mis soojendas vedelikku. Kui vesi hakkas keema, tõstis tekkiv aur paisudes kolvi üles. Kolvi kohal olevast ruumist väljutati õhk spetsiaalselt varustatud ventiili kaudu. Pärast seda, kui vesi kees ja aur hakkas langema, oli vaja eemaldada ahju, õhu eemaldamiseks sulgeda ventiil ja jahutada silindri seinu jaheda veega. Tänu sellistele toimingutele kondenseerus silindris olnud aur, mis tekkis kolvi allaharuldane ja atmosfäärirõhu mõjul naasis kolb taas oma algsele kohale. Selle allapoole liikumise ajal tehti kasulikku tööd. Papeni aurumasina kasutegur oli aga negatiivne. Auriku mootor oli äärmiselt ebaökonoomne. Ja mis kõige tähtsam, see oli liiga keeruline ja ebamugav kasutada. Seetõttu polnud Papeni leiutisel algusest peale tulevikku.
Jälgijad
Aurumasina loomise ajalugu sellega siiski ei lõppenud. Järgmine, juba palju edukam kui Papen, oli inglise teadlane Thomas Newcomen. Ta uuris pikka aega oma eelkäijate loomingut, keskendudes nõrkustele. Ja kasutades nende tööst parimat, lõi ta 1712. aastal oma aparaadi. Uus aurumasin (fotol näidatud) oli konstrueeritud järgmiselt: kasutati silindrit, mis oli vertikaalses asendis, samuti kolbi. See uustulnuk võttis Papini töödest. Auru tekkis aga juba teises boileris. Kolvi ümber fikseeriti terve nahk, mis suurendas oluliselt tihedust aurusilindri sees. See masin oli ka auru-atmosfääriline (vesi tõusis kaevandusest atmosfäärirõhu abil). Leiutise peamisteks puudusteks oli selle mahukus ja ebatõhusus: masin "sõi ära" tohutul hulgal sütt. See tõi aga palju rohkem kasu kui Papeni leiutis. Seetõttu on seda kasutatud kongides ja kaevandustes peaaegu viiskümmend aastat. Seda kasutati põhjavee väljapumpamiseks, samuti laevade kuivatamiseks. Thomas Newcomen üritas oma autot ümber ehitadaet seda saaks liiklemiseks kasutada. Kuid kõik tema katsed ebaõnnestusid.
Järgmine teadlane, kes endast teada andis, oli D. Hull Inglisma alt. 1736. aastal esitles ta maailmale oma leiutist: auru-atmosfäärimasinat, mille liikurina olid labarattad. Tema areng oli edukam kui Papini oma. Kohe vabastati mitu sellist alust. Neid kasutati peamiselt praamide, laevade ja muude aluste pukseerimiseks. Auru-atmosfäärimasina töökindlus aga kindlustunnet ei äratanud ja laevad olid põhiliikuriks varustatud purjedega.
Ja kuigi Hullil oli rohkem õnne kui Papinil, kaotasid tema leiutised järk-järgult oma tähtsuse ja neist loobuti. Siiski oli tollastel auru-atmosfäärimasinatel palju spetsiifilisi puudusi.
Aurumasina ajalugu Venemaal
Järgmine läbimurre toimus Vene impeeriumis. 1766. aastal loodi Barnauli metallurgiatehases esimene aurumasin, mis varustas spetsiaalse puhuri lõõtsa abil sulatusahjudesse õhku. Selle loojaks oli Ivan Ivanovitš Polzunov, kellele anti kodumaa teenete eest isegi ohvitseri auaste. Leiutaja esitas oma ülemustele joonised ja plaanid lõõtsa toita võimaldava "tulemasina" kohta.
Siiski tegi saatus Polzunoviga julma nalja: seitse aastat pärast tema projekti vastuvõtmist ja auto kokkupanemist haigestus ta ja suri tarbimise tõttu – vaid nädal enne katsete algustmootor. Tema juhistest piisas aga mootori käivitamiseks.
Niisiis käivitati 7. augustil 1766 Polzunovi aurumasin ja see pandi alla. Sama aasta novembris see aga katki läks. Põhjuseks osutusid katla liiga õhukesed seinad, mis polnud mõeldud laadimiseks. Veelgi enam, leiutaja kirjutas oma juhistes, et seda boilerit saab kasutada ainult katsetamise ajal. Uue katla valmistamine tasuks end kergesti ära, sest Polzunovi aurumasina kasutegur oli positiivne. 1023 töötunni eest sulatati selle abiga üle 14 naela hõbedat!
Kuid sellest hoolimata ei hakanud keegi mehhanismi parandama. Polzunovi aurumasin kogus enam kui 15 aastat laos tolmu, samal ajal kui tööstusmaailm ei seisnud paigal ja arenes. Ja siis võeti see osadeks täielikult lahti. Ilmselt polnud Venemaa selleks hetkeks veel aurumasinateks kasvanud.
Aja nõudmised
Vahepeal ei jäänud elu paigale. Ja inimkond mõtles pidev alt mehhanismi loomisele, mis võimaldaks mitte sõltuda kapriissest olemusest, vaid juhtida saatust ise. Kõik tahtsid võimalikult kiiresti purjest loobuda. Seetõttu rippus pidev alt õhus küsimus aurumehhanismi loomisest. 1753. aastal kuulutati Pariisis välja konkurss käsitööliste, teadlaste ja leiutajate vahel. Teaduste Akadeemia kuulutas välja auhinna neile, kes suudavad luua mehhanismi, mis suudab tuule jõudu asendada. Kuid vaatamata sellele, et konkursil osalesid sellised mõtted nagu L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix ja teised, ei teinud keegi mõistlikku ettepanekut.
Aastad läksid. Ja tööstusrevolutsioonhõlmas üha rohkem riike. Üleolek ja juhtroll teiste jõudude seas läksid alati Inglismaale. Kaheksateistkümnenda sajandi lõpuks sai just Suurbritanniast suurtööstuse looja, tänu millele võitis ta selles tööstuses maailma monopoli tiitli. Mehaanilise mootori küsimus muutus iga päevaga üha aktuaalsemaks. Ja selline mootor loodi.
Maailma esimene aurumasin
1784 tähistas Inglismaa ja kogu maailma tööstusrevolutsiooni pöördepunkti. Ja selle eest vastutav isik oli inglise mehaanik James Watt. Tema loodud aurumasin oli sajandi suurim avastus.
James Watt on juba mitu aastat uurinud auru-atmosfäärimasinate jooniseid, ülesehitust ja tööpõhimõtteid. Ja kõige selle põhjal järeldas ta, et mootori efektiivsuse huvides on vaja võrdsustada silindris oleva vee ja mehhanismi siseneva auru temperatuurid. Auru-atmosfäärimasinate peamiseks puuduseks oli pidev vajadus silindrit veega jahutada. See oli kulukas ja ebamugav.
Uus aurumasin oli konstrueeritud teisiti. Niisiis, silinder suleti spetsiaalsesse auruümbrisesse. Nii saavutas Watt oma pideva kuumenemise. Leiutaja lõi spetsiaalse külma vette kastetud anuma (kondensaatori). Selle külge kinnitati toruga silinder. Kui aur silindris ammendati, sisenes see toru kaudu kondensaatorisse ja muutus seal tagasi veeks. Oma masina täiustamise kallal töötades, Watttekitas kondensaatorisse vaakumi. Seega kondenseerus selles kogu silindrist tulev aur. Tänu sellele uuendusele suurendati oluliselt aurupaisumisprotsessi, mis omakorda võimaldas samast kogusest aurust palju rohkem energiat ammutada. See oli krooniks saavutus.
Aurumasina looja muutis ka õhuvarustuse põhimõtet. Nüüd langes aur esm alt kolvi alla, tõstes seda seeläbi, ja seejärel kogunes kolvi kohale, langetades selle. Nii said mehhanismis mõlemad kolvikäigud tööle, mis varem polnud isegi võimalik. Ja kivisöe tarbimine hobujõu kohta oli vastav alt neli korda väiksem kui auru-atmosfäärimasinatel, mida James Watt püüdis saavutada. Aurumasin vallutas väga kiiresti kõigepe alt Suurbritannia ja seejärel kogu maailma.
Charlotte Dundas
Pärast seda, kui kogu maailm oli James Watti leiutist hämmastunud, hakati aurumasinaid laialdaselt kasutama. Nii ilmus 1802. aastal Inglismaale esimene paari jaoks mõeldud laev - Charlotte Dundase paat. Selle looja on William Symington. Paati kasutati kanali ääres pukseerimispraamidena. Liikuja rolli täitis laeval ahtrile paigaldatud labaratas. Paat läbis katsed esimesel korral eduk alt: see pukseeris kahte tohutut praami 18 miili kuue tunniga. Samas segas vastutuul teda kõvasti. Aga ta tegi seda.
Ja ometi pandi ootele, sest kardeti, et tugevate lainete tõttu, mis labaratta alla tekkisid, uhutakse kanali kaldad välja. Muide, edasiCharlotte'i pani proovile mees, keda kogu maailm täna peab esimese aurulaeva loojaks.
Esimene aurulaev maailmas
Inglise laevaehitaja Robert Fulton unistas oma noorpõlvest aurujõul töötavast laevast. Ja nüüd on tema unistus täitunud. Oli ju aurumasinate leiutamine laevaehituses uus tõuge. Koos Ameerika saadiku R. Livingstoniga, kes võttis üle küsimuse materiaalse poole, võttis Fulton käsile aurumasinaga laeva projekti. See oli keerukas leiutis, mis põhines aeruliikuri ideel. Laeva külgedel sirutasid ridamisi palju aerusid imiteerivad plaadid. Samas plaadid segasid aeg-aj alt üksteist ja läksid katki. Tänapäeval võime lihts alt öelda, et sama efekti saab saavutada vaid kolme-nelja plaadiga. Kuid tolle aja teaduse ja tehnoloogia seisukohast oli seda ebareaalne näha. Seetõttu oli laevaehitajatel palju raskem.
1803. aastal tutvustati maailmale Fultoni leiutist. Aurik liikus aeglaselt ja ühtlaselt mööda Seine'i jõge, rabades paljude Pariisi teadlaste ja tegelaste meeli ja kujutlusvõimet. Napoleoni valitsus lükkas aga projekti tagasi ja rahulolematud laevaehitajad olid sunnitud otsima oma õnne Ameerikast.
Ja 1807. aasta augustis sõitis mööda Hudsoni lahte maailma esimene aurulaev nimega Claremont, milles osales võimsaim aurumasin (esitatud foto). Paljud siis lihts alt ei uskunud edusse.
Clermont asus oma esimesele reisile ilma lasti ja reisijateta. Keegi ei tahtnud minnareisida tuldpurskava laeva pardale. Kuid juba tagasiteel ilmus esimene reisija - kohalik talunik, kes maksis pileti eest kuus dollarit. Temast sai esimene reisija laevafirma ajaloos. Fulton oli nii liigutatud, et andis hulljulgele eluaegse tasuta sõidu kõigi oma leiutiste üle.
