Thomas Savery

Alex Rover | 27 dubna, 2023

Souhrn

Thomas Savery (asi 1650 – 15. května 1715) byl anglický vynálezce a inženýr. Vynalezl první komerčně využívané zařízení poháněné párou, parní čerpadlo, které je často označováno jako „Saveryho motor“. Saveryho parní čerpadlo představovalo revoluční způsob čerpání vody, který vyřešil problém odvodňování dolů a umožnil široké veřejné zásobování vodou.

Thomas Savery se narodil na panství Shilstone nedaleko Modbury v Devonu. Stal se vojenským inženýrem, v roce 1702 dosáhl hodnosti kapitána a ve volném čase se věnoval mechanickým pokusům. V roce 1696 si nechal patentovat stroj na leštění skla nebo mramoru a další patent na „veslování lodí s větší lehkostí a rychlostí, než jaká byla doposud prováděna jakýmkoli jiným způsobem“, který zahrnoval pádla poháněná kapstánem a který byl admiralitou zamítnut na základě negativní zprávy inspektora námořnictva Edmunda Dummera.

Savery pracoval také pro komisaře pro nemocné a zraněné a zadával dodávky léků společnosti Navy Stock Company, která byla spojena se Společností lékárníků. Jeho povinnosti v jejich prospěch ho zavedly do Dartmouthu v Devonu, kde se pravděpodobně dostal do kontaktu s Thomasem Newcomenem.

Čerpadlo poháněné parou

2. července 1698 si Savery nechal patentovat parní pumpu: „Nový vynález pro zvedání vody a rozpohybování všech druhů mlýnských prací působením ohnivé síly, který bude velmi užitečný a výhodný pro odvodňování dolů, zásobování měst vodou a pro provoz všech druhů mlýnů, kde nemají k dispozici vodu ani stálý vítr.“ Byl označován jako „Saveryho motor“, ačkoli technicky vzato se o motor nejedná. Předvedl jej Královské společnosti 14. června 1699. Patent neobsahoval žádné ilustrace, a dokonce ani popis, ale v roce 1702 Savery popsal stroj ve své knize The Miner’s Friend; or, An Engine to Raise Water by Fire (Přítel horníka, neboli stroj na zvedání vody ohněm), v níž tvrdil, že dokáže čerpat vodu z dolů.

Saveryho čerpadlo bylo bezpístové a nemělo žádné pohyblivé části kromě kohoutů. Pracovalo tak, že se nejprve v kotli vzbudila pára; ta se pak pustila do jedné z prvních pracovních nádob, čímž se vyfoukla potrubím do vody, která se měla vzbudit. Když byl systém horký, a tedy plný páry, uzavřel se kohout mezi kotlem a pracovní nádobou a v případě potřeby se vnější část nádoby ochladila. Tím pára uvnitř nádoby zkondenzovala, čímž vznikl částečný podtlak, a atmosférický tlak tlačil vodu nahoru po spádové trubce, dokud se nádoba nenaplnila. V tomto okamžiku se uzavřel kohout pod nádobou a otevřel se kohout mezi nádobou a horním potrubím a z kotle se začala vypouštět další pára. Jak tlak páry narůstal, vytlačovala vodu z nádoby nahoru do horní části dolu.

Jeho čerpadlo však mělo čtyři závažné problémy. Za prvé, při každém napouštění vody do pracovní nádoby se velká část tepla promrhala na ohřátí čerpané vody. Za druhé, další fáze procesu vyžadovala k vytlačení vody nahoru vysokotlakou páru a pájené spoje čerpadla sotva odolávaly vysokotlaké páře a vyžadovaly časté opravy. Zatřetí, ačkoli toto čerpadlo používalo k vytlačení vody nahoru přetlak páry (bez teoretického omezení výšky, do které by voda mohla být vyzdvižena jediným vysokotlakým čerpadlem), praktické a bezpečnostní důvody znamenaly, že v praxi by k vyčištění vody z hlubokého dolu byla zapotřebí řada středotlakých čerpadel až z dolní úrovně na povrch. Za čtvrté, voda byla do čerpadla vytlačována pouze atmosférickým tlakem (působícím proti „podtlaku“ kondenzované páry), takže čerpadlo muselo být umístěno nejvýše asi 30 stop (9,1 m) nad hladinou vody – což vyžadovalo, aby bylo instalováno, obsluhováno a udržováno hluboko v temných dolech všude kolem.

Zákon o požární technice

Původní Saveryho patent z července 1698 poskytoval ochranu na 14 let; v následujícím roce 1699 byl přijat zákon parlamentu, který jeho ochranu prodloužil o dalších 21 let. Tento zákon „o podpoře vynálezu Thomase Saveryho pro získávání vody a týkající se všech druhů mlýnských prací“ se stal známým jako „zákon o požárních strojích“. Saveryho velmi široký patent se vztahoval na všechna čerpadla, která zvyšovala vodu ohněm.

Práva na použití Saveryho čerpadla ve Skotsku získal architekt James Smith z Whitehillu. V roce 1699 uzavřel s vynálezcem dohodu a v roce 1701 získal od skotského parlamentu patent, který byl vytvořen podle vzoru Saveryho patentu uděleného v Anglii a byl navržen na stejnou dobu provozu. Smith popsal stroj jako „motor nebo vynález pro zvedání vody a vyvolávání pohybu mlýnského díla silou ohně“ a tvrdil, že jej upravil tak, aby mohl čerpat z hloubky 14 sáhů, tedy 84 stop.

Saveryho patent v Anglii znamenal, že Thomas Newcomen s ním musel vstoupit do partnerství. V roce 1712 se oba muži dohodli na vývoji Newcomenovy pokročilejší konstrukce parního stroje, který byl uveden na trh pod Saveryho patentem, a přidali k němu vodní nádrže a čerpací tyče, aby bylo možné pomocí parní síly dosáhnout hlubších vodních dolů. Newcomenův stroj pracoval výhradně s atmosférickým tlakem, čímž se vyhnul nebezpečí vysokotlaké páry, a využíval koncepci pístu vynalezenou v roce 1690 Francouzem Denisem Papinem k výrobě prvního parního stroje schopného vynášet vodu z hlubokých dolů.

Když se Papin v roce 1707 vrátil do Londýna, požádal ho Isaac Newton, nový předseda Královské společnosti po Robertu Boylovi, Papinově příteli, aby spolupracoval se Saverym, který s Papinem pracoval pět let, ale francouzskému vědci nikdy nepřiznal žádné zásluhy ani příjmy.

Po jeho smrti v roce 1715 přešel Saveryho patent a zákon parlamentu na společnost The Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire. Tato společnost vydávala licence na stavbu a provoz Newcomenových strojů dalším osobám a účtovala si až 420 liber ročně za patentové poplatky za stavbu parních strojů. V jednom případě platil kolchoz vlastníkům 200 liber ročně a polovinu čistého zisku „za jejich služby při udržování motoru v chodu“.

Platnost zákona o požárních strojích skončila až v roce 1733, čtyři roky po Newcomenově smrti.

Použití parního čerpadla

Noviny v březnu 1702 oznámily, že Saveryho pumpy jsou připraveny k použití a že je lze vidět ve středu a v sobotu odpoledne v jeho pracovně na Salisbury Court v Londýně, naproti Old Playhouse.

Jedna z jeho pump byla zřízena v York Buildings v Londýně. Podle pozdějších popisů produkovalo páru „osmkrát nebo desetkrát silnější než běžný vzduch“ (tj. 8-10 atmosfér), ale rozrušovalo spoje stroje, což ho nutilo spoje pájit spelterem.

Další byl postaven pro kontrolu zásobování vodou v Hampton Courtu a další v Campden House v Kensingtonu fungoval 18 let.

Několik Saveryho čerpadel bylo vyzkoušeno v dolech, neúspěšný byl pokus o použití jednoho z nich k čištění vody z bazénu zvaného Broad Waters ve Wednesbury (tehdy ve Staffordshiru) a nedalekých uhelných dolech. Ten byl před několika lety zasypán náhlou erupcí vody. Čerpadlo se však nepodařilo „uvést do provozu“. Množství vznikající páry bylo tak velké, že „roztrhalo celý stroj na kusy“. Parní čerpadlo bylo odloženo a od plánu na získávání vody bylo upuštěno jako od neproveditelného. K tomu mohlo dojít kolem roku 1705.

Další pumpu navrhl v roce 1706 George Sparrow v Newboldu u Chesterfieldu, kde měl majitel pozemku potíže získat souhlas sousedů s výkopem pro odvodnění svého uhlí. Z tohoto projektu nic nevzešlo, snad kvůli výbuchu čerpadla v Broad Waters. Je také možné, že parní čerpadlo bylo vyzkoušeno v měděném dole Wheal Vor v Cornwallu.

Investiční náklady na Saveryho parní čerpadlo byly mnohem nižší než na Newcomenův parní stroj – Saveryho čerpadlo o výkonu 2 až 4 koně stálo 150-200 liber. Bylo také k dispozici v malých velikostech, až do výkonu jedné koňské síly. Newcomenovy parní stroje byly větší a mnohem dražší. Větší velikost byla způsobena skutečností, že pístové parní stroje byly v malých velikostech velmi neefektivní, přinejmenším do roku 1900, kdy byly k dispozici pístové stroje o výkonu 2 koňské síly. Čerpadla typu Savery se vyráběla ještě dlouho do konce 18. století.

Na Saveryho čerpadle může být založeno několik pozdějších čerpacích systémů. Například dvoukomorové pulsometrické parní čerpadlo bylo jeho úspěšným vývojem.

Zdroje

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. 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.
5. W.H.G. Armytage: A Social History of Engineering. Westview Press, 1976, ISBN 0-89158-508-7, S. 86.
6. J.A. Ewing: Encyclopaedia Britannica. 9. Auflage. Band 22. Charles Scribner’s Sons, New York 1887, S. 473.
7. «Thomas Savery – Encyclopædia Britannica». Consultado em 7 de novembro de 2017
8. «Thomas Newcomen – Encyclopædia Britannica -». Consultado em 7 de Novembro de 2017