Thomas Savery

Dimitris Stamatios | 23 apríla, 2023

Zhrnutie

Thomas Savery (asi 1650 – 15. mája 1715) bol anglický vynálezca a inžinier. Vynašiel prvé komerčne využívané zariadenie poháňané parou, parné čerpadlo, ktoré sa často označuje ako „Saveryho motor“. Saveryho parné čerpadlo bolo revolučnou metódou čerpania vody, ktorá vyriešila problém odvodňovania baní a umožnila široké verejné zásobovanie vodou.

Thomas Savery sa narodil v kaštieli Shilstone neďaleko Modbury v Devone. Stal sa vojenským inžinierom, v roku 1702 dosiahol hodnosť kapitána a svoj voľný čas trávil mechanickými pokusmi. V roku 1696 si dal patentovať stroj na leštenie skla alebo mramoru a ďalší patent na „veslovanie lodí s väčšou ľahkosťou a účelnosťou, ako to doteraz robil ktokoľvek iný“, ktorý zahŕňal veslové kolesá poháňané kaptanom a ktorý admiralita zamietla po negatívnej správe inšpektora námorníctva Edmunda Dummera.

Savery pracoval aj pre komisárov pre chorých a zranených, ktorí uzatvárali zmluvy o dodávkach liekov so spoločnosťou Navy Stock Company, ktorá bola spojená so Spoločnosťou lekárnikov. Jeho povinnosti v ich mene ho zaviedli do Dartmouthu v Devone, kde sa pravdepodobne dostal do kontaktu s Thomasom Newcomenom.

Čerpadlo poháňané parou

2. júla 1698 si Savery dal patentovať čerpadlo poháňané parou: „Nový vynález na zdvíhanie vody a privádzanie do pohybu všetkých druhov mlynských prác pomocou impulzívnej sily ohňa, ktorý bude veľmi užitočný a výhodný na odvodňovanie baní, zásobovanie miest vodou a na prevádzku všetkých druhov mlynov, ktoré nemajú k dispozícii vodu ani stály vietor.“ Označoval sa ako „Saveryho motor“, hoci technicky to nie je motor. Predviedol ho Kráľovskej spoločnosti 14. júna 1699. Patent neobsahoval žiadne ilustrácie, dokonca ani opis, ale v roku 1702 Savery opísal stroj vo svojej knihe The Miner’s Friend; or, An Engine to Raise Water by Fire (Priateľ baníkov alebo motor na zdvíhanie vody ohňom), v ktorej tvrdil, že dokáže čerpať vodu z baní.

Saveryho čerpadlo bolo bezpiestové a nemalo žiadne pohyblivé časti okrem kohútikov. Fungovalo tak, že najprv sa v kotle zdvihla para; tá sa potom pustila do jednej z prvých pracovných nádob, čím sa cez spádovú rúru vyfúkla do vody, ktorá sa mala zdvihnúť. Keď bol systém horúci, a teda plný pary, kohútik medzi kotlom a pracovnou nádobou sa uzavrel a v prípade potreby sa vonkajšia časť nádoby ochladila. Tým sa para v nej skondenzovala, vytvoril sa čiastočný podtlak a atmosférický tlak tlačil vodu do spádového potrubia, až kým sa nádoba nenaplnila. V tomto okamihu sa kohútik pod nádobou uzavrel a kohútik medzi nádobou a horným potrubím sa otvoril a z kotla sa pustila ďalšia para. Ako tlak pary narastal, vytláčala vodu z nádoby hore potrubím až do hornej časti bane.

Jeho čerpadlo však malo štyri vážne problémy. Po prvé, pri každom vstupe vody do pracovnej nádoby sa veľká časť tepla premrhala na ohrievanie čerpanej vody. Po druhé, ďalšia fáza procesu si vyžadovala vysokotlakovú paru na vytlačenie vody a spájkované spoje čerpadla sotva vydržali vysoký tlak pary a bolo potrebné ich často opravovať. Po tretie, hoci toto čerpadlo využívalo na vytláčanie vody nahor kladný tlak pary (bez teoretického obmedzenia výšky, do ktorej by sa voda mohla zdvihnúť jedným vysokotlakovým čerpadlom), praktické a bezpečnostné hľadiská znamenali, že v praxi by na vyčistenie vody z hlbokej bane bola potrebná séria strednotlakových čerpadiel až z dolnej úrovne na povrch. Po štvrté, vodu do čerpadla tlačil iba atmosférický tlak (pôsobiaci proti „vákuu“ kondenzovanej pary), takže čerpadlo muselo byť maximálne 30 stôp (9,1 m) nad hladinou vody – čo si vyžadovalo, aby bolo nainštalované, prevádzkované a udržiavané hlboko v tmavých baniach po celom povrchu.

Zákon o hasičských vozidlách

Pôvodný Saveryho patent z júla 1698 poskytoval ochranu na 14 rokov; v nasledujúcom roku 1699 bol prijatý zákon parlamentu, ktorý predĺžil jeho ochranu na ďalších 21 rokov. Tento zákon „o podpore vynálezu Thomasa Saveryho na zdvíhanie vody a o všetkých druhoch mlynárskych prác“ sa stal známym ako „zákon o požiarnom stroji“. Saveryho veľmi široký patent sa vzťahoval na všetky čerpadlá, ktoré dvíhali vodu ohňom.

Práva na používanie Saveryho čerpadla v Škótsku získal architekt James Smith zo spoločnosti Whitehill. V roku 1699 uzavrel s vynálezcom dohodu a v roku 1701 získal od škótskeho parlamentu patent, ktorý bol vytvorený podľa vzoru Saveryho udeleného v Anglicku a bol navrhnutý na rovnaké časové obdobie. Smith opísal stroj ako „motor alebo vynález na zdvíhanie vody a spôsobenie pohybu mlynského diela silou ohňa“ a tvrdil, že ho upravil tak, aby dokázal čerpať z hĺbky 14 siah, teda 84 stôp.

V Anglicku Saveryho patent znamenal, že Thomas Newcomen bol nútený vstúpiť s ním do partnerstva. Do roku 1712 sa obaja muži dohodli na vývoji Newcomenovho pokročilejšieho dizajnu parného stroja, ktorý sa predával pod Saveryho patentom, a pridali vodné nádrže a čerpacie tyče, aby sa pomocou parnej energie dalo dostať do hlbších vodných baní. Newcomenov stroj pracoval výlučne na základe atmosférického tlaku, čím sa vyhol nebezpečenstvu vysokotlakovej pary, a využíval koncepciu piestu, ktorú v roku 1690 vynašiel Francúz Denis Papin, na výrobu prvého parného stroja schopného vyťahovať vodu z hlbokých baní.

Keď sa Papin v roku 1707 vrátil do Londýna, Isaac Newton, nový predseda Kráľovskej spoločnosti po Robertovi Boylovi, Papinovom priateľovi, ho požiadal, aby spolupracoval so Saverym, ktorý s Papinom pracoval päť rokov, ale francúzskemu vedcovi nikdy neposkytol žiadne uznanie ani príjem.

Po jeho smrti v roku 1715 Saveryho patent a zákon parlamentu prešli na spoločnosť The Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire. Táto spoločnosť vydávala licencie na stavbu a prevádzku Newcomenových strojov iným subjektom a účtovala si až 420 libier ročne za patentové poplatky za stavbu parných strojov. V jednom prípade istý kolchoz platil Proprietors 200 libier ročne a polovicu čistého zisku „za ich služby pri udržiavaní motora v chode“.

Platnosť zákona o hasičských motoroch skončila až v roku 1733, štyri roky po Newcomenovej smrti.

Použitie parného čerpadla

Noviny v marci 1702 oznamovali, že Saveryho čerpadlá sú pripravené na použitie a že ich možno vidieť v stredu a v sobotu popoludní v jeho pracovni na Salisbury Court v Londýne oproti Old Playhouse.

Jedna z jeho púmp bola zriadená v York Buildings v Londýne. Podľa neskorších opisov produkovalo paru „osem alebo desaťkrát silnejšiu ako bežný vzduch“ (t. j. 8 – 10 atmosfér), ale roztrhlo spoje stroja, čo ho prinútilo spájkovať spoje špaldou.

Ďalší bol postavený na kontrolu zásobovania vodou v Hampton Court a ďalší v Campden House v Kensingtone fungoval 18 rokov.

Niekoľko Saveryho čerpadiel bolo vyskúšaných v baniach, pričom neúspešný bol pokus použiť jedno z nich na čistenie vody z bazéna s názvom Broad Waters v Wednesbury (vtedy v Staffordshire) a v blízkych uhoľných baniach. Tá bola niekoľko rokov predtým zasypaná náhlym výronom vody. Čerpadlo sa však nepodarilo „uviesť do činnosti“. Množstvo vznikajúcej pary bolo také veľké, že „roztrhlo celý stroj na kusy“. Parné čerpadlo bolo odložené a plán na získavanie vody bol zrušený ako neuskutočniteľný. Mohlo sa tak stať približne v roku 1705.

Ďalšie čerpadlo navrhol v roku 1706 George Sparrow v Newbolde pri Chesterfielde, kde mal majiteľ pozemku ťažkosti získať súhlas susedov na odvodnenie svojho uhlia. Z toho však nič nebolo, možno kvôli výbuchu čerpadla v Broad Waters. Je tiež možné, že parné čerpadlo sa vyskúšalo v bani Wheal Vor v Cornwalle.

Saveryho parné čerpadlo malo oveľa nižšie investičné náklady ako Newcomenov parný stroj, pričom Saveryho čerpadlo s výkonom 2 až 4 konské sily stálo od 150 do 200 GBP. Bolo k dispozícii aj v malých veľkostiach do jedného konského výkonu. Newcomenove parné stroje boli väčšie a oveľa drahšie. Väčšie rozmery boli spôsobené tým, že piestové parné stroje boli v malých rozmeroch veľmi neefektívne, aspoň do roku 1900, keď boli k dispozícii piestové motory s výkonom 2 konské sily. Čerpadlá typu Savery sa vyrábali aj koncom 18. storočia.

Niektoré neskoršie čerpacie systémy môžu byť založené na Saveryho čerpadle. Napríklad dvojkomorové pulzometrické parné čerpadlo bolo jeho úspešným vývojom.

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. ^ 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, p. 267
7. ^ The Records of the Parliaments of Scotland to 1707, K.M. Brown et al eds (St Andrews, 2007–2013), date accessed: 24 June 2013.[1]
8. 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.
9. W.H.G. Armytage: A Social History of Engineering. Westview Press, 1976, ISBN 0-89158-508-7, S. 86.
10. J.A. Ewing: Encyclopaedia Britannica. 9. Auflage. Band 22. Charles Scribner’s Sons, New York 1887, S. 473.
11. «Thomas Savery – Encyclopædia Britannica». Consultado em 7 de novembro de 2017
12. «Thomas Newcomen – Encyclopædia Britannica -». Consultado em 7 de Novembro de 2017