Thomas Newcomen
gigatos | december 29, 2021
Samenvatting
Thomas Newcomen (februari 1664 – 5 augustus 1729) was een Engelse uitvinder die in 1712 de atmosferische motor creëerde, de eerste praktische motor die op brandstof werkte. Hij was ijzerhandelaar van beroep en Baptist-lekenpredikant van beroep.
Hij werd geboren in Dartmouth, in Devon, Engeland, in een koopmansfamilie en gedoopt in de St. Saviour”s Church op 28 februari 1664. In die tijd waren overstromingen in kolen- en tinmijnen een groot probleem. Newcomen hield zich al snel bezig met het verbeteren van manieren om het water uit dergelijke mijnen weg te pompen. Zijn ijzerhandel was gespecialiseerd in het ontwerpen, vervaardigen en verkopen van gereedschappen voor de mijnindustrie.
Thomas Newcomen was een lekenprediker en een onderrichtend ouderling in de plaatselijke Baptistenkerk. Na 1710 werd hij predikant van een plaatselijke groep Baptisten. Zijn vader behoorde tot een groep die de bekende puritein John Flavel naar Dartmouth had gebracht. Later was een van Newcomen”s zakenrelaties in Londen, Edward Wallin, een andere baptistenpredikant die connecties had met de bekende dokter John Gill van Horsleydown, Southwark. Newcomen”s connectie met de Baptisten kerk in Bromsgrove droeg wezenlijk bij aan de verspreiding van zijn stoommachine, aangezien de ingenieurs Jonathan Hornblower Sr. en zijn zoon betrokken waren bij dezelfde kerk.
Newcomen”s grote prestatie was zijn stoommachine, ontwikkeld rond 1712; hij combineerde de ideeën van Thomas Savery en Denis Papin en creëerde een stoommachine om water uit een tinmijn te halen. Het is waarschijnlijk dat Newcomen al bekend was met Savery, wiens voorouders kooplieden waren in Zuid-Devon. Savery had ook een post bij de Commissioners for Sick and Hurt Seamen, die hem naar Dartmouth brachten. Savery had een “vuurmachine” ontworpen, een soort thermische syphon, waarin stoom in een leeg vat werd toegelaten en vervolgens gecondenseerd. Het vacuüm dat zo ontstond, werd gebruikt om water uit de schacht op de bodem van de mijn te zuigen. De “vuurmachine” was niet erg doeltreffend en kon niet verder werken dan een beperkte diepte van ongeveer 30 voet.
Newcomen verving het opvangvat (waar de stoom condenseerde) door een cilinder met daarin een zuiger naar het ontwerp van Papin. In plaats van dat het vacuüm water aanzuigt, trekt het de zuiger naar beneden. Deze werd gebruikt om een balkmachine aan te drijven, waarin een grote houten balk op een centraal steunpunt schommelde. Aan de andere kant van de balk was een ketting bevestigd aan een pomp aan de voet van de mijn. Terwijl de stoomcilinder werd bijgevuld met stoom, klaar voor de volgende krachtsinspanning, werd water in de pompcilinder gezogen en door het gewicht van de machine via een pijp naar boven afgevoerd. Newcomen en zijn partner John Calley bouwden de eerste succesvolle machine van dit type in de Conygree Coalworks bij Dudley in de West Midlands. Een werkende replica van deze motor is te zien in het Black Country Living Museum in de buurt.
Er is betrekkelijk weinig bekend over Newcomen”s latere leven. Na 1715 werden de zaken van de motor afgehandeld via een vennootschap zonder rechtspersoonlijkheid, de ”Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire”. De secretaris en penningmeester was John Meres, klerk van de Society of Apothecaries in Londen. Die maatschappij vormde een bedrijf dat het monopolie had op de levering van geneesmiddelen aan de marine, wat een nauwe band opleverde met Savery, wiens testament hij bijwoonde. Tot het Comité van Eigenaars behoorde ook Edward Wallin, een baptist van Zweedse afkomst, en pastoor van een kerk in Maze Pond, Southwark. Newcomen stierf in 1729 in Wallin”s huis en werd begraven op Bunhill Fields begraafplaats aan de rand van de City van Londen: de exacte plaats van zijn graf is onbekend.
Tegen 1733 waren ongeveer 125 Newcomen machines, die werkten onder Savery”s octrooi (dat bij wet werd verlengd zodat het pas in 1733 afliep), door Newcomen en anderen geïnstalleerd in de meeste belangrijke mijndistricten van Groot-Brittannië en op het Europese vasteland: het draineren van kolenmijnen in Black Country, Warwickshire en bij Newcastle upon Tyne; in tin- en kopermijnen in Cornwall; en in loodmijnen in Flintshire en Derbyshire, onder andere.
De Newcomen machine behield gedurende ongeveer 75 jaar zijn plaats zonder wezenlijke veranderingen en verspreidde zich geleidelijk over meer gebieden van het Verenigd Koninkrijk en het Europese vasteland. Aanvankelijk werden koperen cilinders gebruikt, maar deze waren duur en beperkt in omvang. Dankzij nieuwe gietijzeren technieken die in de jaren 1720 door de Coalbrookdale Company werden ontwikkeld, konden grotere cilinders worden gebruikt, met een diameter tot ongeveer 1,8 m (6 voet) in de jaren 1760. De ervaring leidde tot een betere constructie en kleine verfijningen in de lay-out. De mechanische details werden sterk verbeterd door John Smeaton, die in het begin van de jaren 1770 veel grote motoren van dit type bouwde; zijn verbeteringen werden snel overgenomen. Tegen 1775 waren er ongeveer 600 Newcomen machines gebouwd, hoewel vele daarvan al versleten waren en werden achtergelaten of vervangen.
De Newcomen machine was geenszins een efficiënte machine, hoewel hij waarschijnlijk zo gecompliceerd was als de techniek en de materiaaltechnieken van het begin van de 18e eeuw konden ondersteunen. Bij het condenseren van de stoom ging veel warmte verloren, omdat daardoor de cilinder werd afgekoeld. In een kolenmijn, waar onverkoopbare kleine steenkool (slack) beschikbaar was, maakte dit niet veel uit, maar waar steenkool niet gemakkelijk verkrijgbaar was, zoals in Cornwall, deed dit de mijnbouwkosten aanzienlijk stijgen. De machine van Newcomen werd na 1775 in gebieden waar steenkool duur was (vooral in Cornwall) geleidelijk vervangen door een verbeterd ontwerp, uitgevonden door James Watt, waarbij de stoom in een aparte condensor werd gecondenseerd. De stoommachine van Watt, geholpen door betere engineeringtechnieken zoals de boormachine van Wilkinson, was veel zuiniger met brandstof, zodat Watt en zijn partner Matthew Boulton aanzienlijke royalty”s konden innen op basis van de bespaarde brandstof.
Watt bracht daarna nog andere verbeteringen aan, waaronder de dubbelwerkende motor, waarbij zowel de opgaande als de neergaande slag een krachtswerking hadden. Deze waren vooral geschikt voor de aandrijving van textielfabrieken, en veel Watt-motoren werden in deze industrieën gebruikt. Aanvankelijk waren de pogingen om machines met Newcomen motoren aan te drijven niet onverdeeld succesvol, omdat de enkele aandrijfslag een schokkerige beweging opleverde, maar door het gebruik van vliegwielen en betere techniek werden deze problemen grotendeels verholpen. Tegen 1800 waren honderden niet-Watt-rotatiemotoren gebouwd, vooral in kolenmijnen en ijzerfabrieken waar een onregelmatige beweging geen probleem was, maar ook in textielfabrieken. (zie referentie (2) hieronder).
Ondanks de verbeteringen van Watt bleven Common Engines (zoals ze toen werden genoemd) nog geruime tijd in gebruik en zelfs tijdens de periode van het patent van Watt (tot 1800) werden er veel meer Newcomen-motoren dan Watt-motoren gebouwd, omdat ze goedkoper en minder gecompliceerd waren. Van de meer dan 2.200 motoren die in de 18e eeuw werden gebouwd, waren er slechts ongeveer 450 van Watt. Elementen van Watt”s ontwerp, vooral de aparte condensator, werden in veel “piraten” motoren verwerkt. Zelfs na 1800 werden er nog Newcomen machines gebouwd en condensatoren werden daar routinematig aan toegevoegd. Ze werden ook vaak achteraf gemonteerd op bestaande Newcomen motoren (de zogenaamde “pickle-pot” condensor).
Er zijn voorbeelden van Newcomen motoren in het Science Museum, Londen, Engeland en het Ford Museum, Dearborn, Michigan VS, onder andere.
In 1964 zorgde de Newcomen Society of London ervoor dat een Newcomen locomotief in Hawkesbury Junction, Warwickshire, naar Dartmouth werd overgebracht, waar hij in werking te zien is met een hydraulisch systeem in plaats van de stoomketel. Volgens Dr. Cyril Boucher van de Newcomen Society dateert deze Newcomen Memorial Engine van omstreeks 1725, waaraan later nieuwe klepstellen en andere onderdelen zijn toegevoegd.
Misschien wel de laatste motor in Newcomen-stijl die commercieel werd gebruikt – en de laatste die nog op zijn oorspronkelijke locatie staat – staat in het Elsecar Heritage Centre, in de buurt van Barnsley in Zuid-Yorkshire. Hij werd tussen 2012 en 2015 in werkende staat hersteld, de opgeknapte motor werd in mei 2016 onthuld door prins Edward, graaf van Wessex. Een andere Newcomen-motor die werkend kan worden getoond is de moderne replica van de motor in het Black Country Museum in Dudley, West Midlands. De Newcomen Memorial Engine in Dartmouth is bewegend te zien, maar wordt hydraulisch aangedreven.
Op 23 februari 2012 bracht de Royal Mail een postzegel uit met Newcomen”s atmosferische stoommachine als onderdeel van haar “Britons of Distinction” serie.
Bronnen
