Thomas Savery

Mary Stone | juli 22, 2023

Samenvatting

Thomas Savery (ca. 1650 – 15 mei 1715) was een Engelse uitvinder en ingenieur. Hij vond het eerste commercieel gebruikte stoomapparaat uit, een stoompomp die vaak de “Savery machine” wordt genoemd. Savery’s stoompomp was een revolutionaire methode om water op te pompen, die het probleem van mijnontwatering oploste en een grootschalige openbare watervoorziening mogelijk maakte.

Thomas Savery werd geboren in het landhuis van Shilstone, in de buurt van Modbury, Devon. Hij werd militair ingenieur en bereikte in 1702 de rang van kapitein. In zijn vrije tijd experimenteerde hij met mechanica. In 1696 nam hij een patent voor een machine voor het polijsten van glas of marmer en een ander voor “het roeien van schepen met meer gemak en expeditie dan tot nu toe door enig ander is gedaan”, waarbij raderwielen werden aangedreven door een kaapstander. Dit patent werd door de Admiraliteit verworpen na een negatief rapport van de Surveyor of the Navy, Edmund Dummer.

Savery werkte ook voor de Sick and Hurt Commissioners (zieken- en gewondencommissarissen) en contracteerde de levering van medicijnen aan de Navy Stock Company, die verbonden was aan de Society of Apothecaries (vereniging van apothekers). Zijn taken voor hen brachten hem naar Dartmouth, Devon, waar hij waarschijnlijk in contact kwam met Thomas Newcomen.

Pomp op stoom

Op 2 juli 1698 patenteerde Savery een door stoom aangedreven pomp: “Een nieuwe uitvinding voor het opvoeren van water en het in beweging brengen van allerlei soorten molenwerk door de stuwende kracht van vuur, die van groot nut en voordeel zal zijn voor het leegpompen van mijnen, het voorzien van steden van water en voor het laten draaien van allerlei soorten molens waar geen water of constante wind is. Het werd de “Savery machine” genoemd, hoewel het technisch gezien geen machine is. Hij demonstreerde het aan de Royal Society op 14 juni 1699. Het patent had geen illustraties of zelfs maar een beschrijving, maar in 1702 beschreef Savery de machine in zijn boek The Miner’s Friend; or, An Engine to Raise Water by Fire, waarin hij beweerde dat het water uit mijnen kon pompen.

Savery’s was een zuigerloze pomp zonder bewegende delen, behalve van de kranen. Hij werd bediend door eerst stoom op te wekken in de ketel; de stoom werd dan toegelaten tot een van de eerste werkvaten, waardoor hij via een standleiding naar buiten kon worden geblazen in het water dat moest worden opgepompt. Als het systeem heet was en dus vol stoom zat, werd de kraan tussen de ketel en het werkvat dichtgedraaid en indien nodig werd de buitenkant van het vat gekoeld. Hierdoor condenseerde de stoom in het vat en ontstond er een gedeeltelijk vacuüm. De atmosferische druk duwde het water via de standpijp omhoog tot het vat vol was. Op dat moment werd de kraan onder het vat gesloten en de kraan tussen het vat en de opvoerpijp geopend. Terwijl de stoomdruk toenam, werd het water uit het vat via de stijgbuis naar de top van de mijn geperst.

Zijn pomp had echter vier ernstige problemen. Ten eerste ging elke keer dat er water in het werkvat werd toegelaten een groot deel van de warmte verloren aan het opwarmen van het water dat werd opgepompt. Ten tweede was er voor de volgende fase van het proces stoom onder hoge druk nodig om het water omhoog te stuwen en de soldeerverbindingen van de pomp waren nauwelijks bestand tegen stoom onder hoge druk en moesten regelmatig worden gerepareerd. Ten derde, hoewel deze pomp een positieve stoomdruk gebruikte om het water naar boven te stuwen (zonder theoretische limiet aan de hoogte tot waar het water door één enkele hogedrukpomp kon worden getild), betekenden praktische en veiligheidsoverwegingen dat in de praktijk, om het water uit een diepe mijn te halen, een reeks gematigde drukpompen nodig zou zijn geweest, helemaal van het onderste niveau naar de oppervlakte. Ten vierde werd het water alleen door de atmosferische druk in de pomp geduwd (tegen een ‘vacuüm’ van gecondenseerde stoom in), dus de pomp moest zich niet meer dan 9,1 meter boven het waterniveau bevinden – waardoor de pomp ver in de donkere mijnen overal geïnstalleerd, bediend en onderhouden moest worden.

Brandweerwet

Savery’s oorspronkelijke patent van juli 1698 gaf 14 jaar bescherming; het volgende jaar, 1699, werd er een wet van het Parlement aangenomen die zijn bescherming met nog eens 21 jaar verlengde. Deze wet “tot aanmoediging van Thomas Savery’s uitvinding voor het opvoeren van water en met betrekking tot alle soorten molenwerk” werd bekend als de “Fire Engine Act”. Savery’s zeer brede patent omvatte alle pompen die water opvoerden door middel van vuur.

De architect James Smith uit Whitehill verwierf de rechten op het gebruik van Savery’s pomp in Schotland. In 1699 sloot hij een overeenkomst met de uitvinder en in 1701 verkreeg hij een patent van het Schotse parlement, gemodelleerd naar Savery’s subsidie in Engeland en ontworpen om gedurende dezelfde periode te werken. Smith beschreef de machine als “een motor of uitvinding voor het opvoeren van water en het in beweging brengen van het molenwerk door de kracht van vuur” en hij beweerde dat hij de machine had aangepast om vanaf een diepte van 14 vadem, of 84 voet, te pompen.

In Engeland werd Thomas Newcomen door Savery’s patent gedwongen om met hem in zee te gaan. In 1712 hadden de twee afspraken gemaakt om Newcomen’s geavanceerdere ontwerp van de stoommachine te ontwikkelen, die onder Savery’s patent op de markt werd gebracht, door watertanks en pompstangen toe te voegen zodat diepere watermijnen met stoomkracht konden worden bereikt. Newcomen’s machine werkte puur op atmosferische druk, waardoor de gevaren van stoom onder hoge druk werden vermeden, en gebruikte het concept van de zuiger dat in 1690 was uitgevonden door de Fransman Denis Papin om de eerste stoommachine te produceren die water uit diepe mijnen kon halen.

Toen Papin in 1707 terug was in Londen, werd hij door Isaac Newton, de nieuwe voorzitter van de Royal Society na Robert Boyle, de vriend van Papin, gevraagd om samen te werken met Savery, die vijf jaar lang met Papin samenwerkte, maar nooit enige eer of inkomsten aan de Franse wetenschapper gaf.

Na zijn dood in 1715 kwamen Savery’s patent en Act of Parliament in handen van een bedrijf, The Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire. Dit bedrijf gaf licenties uit aan anderen voor de bouw en het gebruik van Newcomen machines en rekende maar liefst 420 pond per jaar aan patentroyalty’s voor de bouw van stoommachines. In één geval betaalde een kolenmijn de eigenaars £200 per jaar en de helft van hun nettowinst “in ruil voor hun diensten om de machine draaiende te houden”.

De Fire Engine Act liep pas af in 1733, vier jaar na de dood van Newcomen.

Toepassing van de stoompomp

Een krant in maart 1702 kondigde aan dat Savery’s pompen klaar waren voor gebruik en op woensdag- en zaterdagmiddag te zien waren in zijn werkhuis in Salisbury Court, Londen, tegenover het Old Playhouse.

Een van zijn pompen werd opgesteld in York Buildings in Londen. Volgens latere beschrijvingen produceerde deze stoom ‘acht of tien keer sterker dan gewone lucht’ (d.w.z. 8-10 atmosfeer), maar blies de verbindingen van de machine open, waardoor hij genoodzaakt was de verbindingen met spelt te solderen.

Een andere werd gebouwd om de watertoevoer in Hampton Court te regelen, terwijl een andere in Campden House in Kensington 18 jaar lang in bedrijf was.

Een paar Savery-pompen werden uitgeprobeerd in mijnen. Er werd een mislukte poging gedaan om er een te gebruiken om water te zuiveren uit een poel genaamd Broad Waters in Wednesbury (toen in Staffordshire) en nabijgelegen kolenmijnen. Deze was enkele jaren eerder overstroomd door een plotselinge uitbarsting van water. De pomp kon echter niet ’tot antwoord worden gebracht’. De hoeveelheid opgewekte stoom was zo groot dat ‘de hele machine in stukken scheurde’. De stoompomp werd terzijde gelegd en het plan om water op te pompen werd als onuitvoerbaar terzijde geschoven. Dit kan rond 1705 zijn geweest.

Een andere pomp werd in 1706 voorgesteld door George Sparrow in Newbold bij Chesterfield, waar een landeigenaar moeite had om toestemming van zijn buren te krijgen voor een put om zijn kolen af te voeren. Hier kwam niets van terecht, misschien door de explosie van de Broad Waters pomp. Het is ook mogelijk dat een stoompomp werd uitgeprobeerd in Wheal Vor, een kopermijn in Cornwall.

De Savery stoompomp was veel goedkoper dan de Newcomen stoommachine. Een Savery pomp van 2 tot 4 pk kostte 150-200 GBP. Hij was ook verkrijgbaar in kleine maten, tot één pk. Newcomen stoommachines waren groter en veel duurder. De grotere afmetingen waren te wijten aan het feit dat zuigerstoommachines erg inefficiënt werden in kleine formaten, tenminste tot rond 1900 toen er zuigermotoren van 2 pk beschikbaar waren. Savery-pompen werden nog tot ver in de 18e eeuw geproduceerd.

Verschillende latere pompsystemen zijn gebaseerd op de pomp van Savery. De stoompomp met twee kamers pulsometer was bijvoorbeeld een succesvolle ontwikkeling ervan.

Bronnen

1. Thomas Savery
2. Thomas Savery
3. ^ Elizabeth H. Oakes, A to Z of STS scientists, Facts on File Inc – 2002, ISBN 978-0-8160-4606-5 archive.org, p. 267
4. ^ a b Jenkins, Rhys (1936). Links in the History of Engineering and Technology from Tudor Times. Ayer Publishing. p. 66. ISBN 0-8369-2167-4.
5. ^ Savery, Thomas (1827). The Miner’s Friend: Or, an Engine to Raise Water by Fire. S. Crouch.
6. ^ Elizabeth H. Oakes, A to Z of STS scientists, Facts on File Inc – 2002, ISBN 978-0-8160-4606-5 archive.org pp. 214–215, 267
7. Thomas Savery // Store norske leksikon (бук.) — 1978. — ISSN 2464-1480
8. Thomas Savery // Gran Enciclopèdia Catalana (кат.) — Grup Enciclopèdia, 1968.
9. Dickinson, H.W. A Short History of the Steam Engine (неопр.). — Cambridge University Press, 2011. — С. 28—40. — (Cambridge Library Collection – Technology). — ISBN 978-1-108-01228-7.
10. W.H.G. Armytage: A Social History of Engineering. Westview Press, 1976, ISBN 0-89158-508-7, S. 86.
11. «Thomas Savery – Encyclopædia Britannica». Consultado em 7 de novembro de 2017
12. «Thomas Newcomen – Encyclopædia Britannica -». Consultado em 7 de Novembro de 2017