Thomas Newcomen
gigatos | 5 stycznia, 2022
Streszczenie
Thomas Newcomen (luty 1664 – 5 sierpnia 1729) był angielskim wynalazcą, który w 1712 r. stworzył silnik atmosferyczny, pierwszy praktyczny silnik spalający paliwo. Z zawodu był handlarzem żelazem, a z powołania świeckim kaznodzieją baptystycznym.
Urodził się w Dartmouth, w Devon, w Anglii, w rodzinie kupieckiej i został ochrzczony w kościele St Saviour”s 28 lutego 1664 roku. W tamtych czasach poważnym problemem były powodzie w kopalniach węgla i cyny. Newcomen szybko zaangażował się w próby ulepszenia sposobów wypompowywania wody z takich kopalń. Jego firma handlująca żelazem specjalizowała się w projektowaniu, produkcji i sprzedaży narzędzi dla przemysłu górniczego.
Wielkim osiągnięciem Newcomena była jego maszyna parowa, opracowana około 1712 roku; łącząc pomysły Thomasa Savery”ego i Denisa Papina, stworzył on maszynę parową do podnoszenia wody z kopalni cyny. Prawdopodobnie Newcomen znał już wcześniej Savery”ego, którego przodkowie byli kupcami w południowym Devon. Savery miał również posadę u Commissioners for Sick and Hurt Seamen, która zaprowadziła go do Dartmouth. Savery wymyślił „maszynę ogniową”, rodzaj syfonu termicznego, w którym para wodna była wpuszczana do pustego zbiornika, a następnie skraplana. Wytworzona w ten sposób próżnia była wykorzystywana do zasysania wody ze studzienki na dnie kopalni. Silnik pożarowy” nie był zbyt skuteczny i nie mógł pracować na głębokości większej niż około 30 stóp.
Newcomen zastąpił zbiornik odbiorczy (w którym para była skraplana) cylindrem z tłokiem opartym na projekcie Papina. Zamiast zasysania wody przez podciśnienie, tłok był zasysany w dół. Wykorzystano to do pracy silnika belkowego, w którym duża drewniana belka kołysała się na centralnym punkcie podparcia. Po drugiej stronie belki znajdował się łańcuch przymocowany do pompy znajdującej się u podstawy kopalni. Gdy cylinder parowy był napełniany parą, przygotowując go do kolejnego skoku mocy, woda była zasysana do cylindra pompy i wydalana przez ciężar maszyny do rury na powierzchnię. Newcomen i jego partner John Calley zbudowali pierwszy udany silnik tego typu w Conygree Coalworks w pobliżu Dudley w West Midlands. Działającą replikę tego silnika można zobaczyć w pobliskim Black Country Living Museum.
O późniejszym życiu Newcomena wiadomo stosunkowo niewiele. Po 1715 r. sprawy związane z silnikiem były prowadzone przez nieposiadającą osobowości prawnej spółkę „Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire”. Jej sekretarzem i skarbnikiem był John Meres, urzędnik Towarzystwa Aptekarzy w Londynie. Towarzystwo to utworzyło spółkę, która miała monopol na dostarczanie leków dla marynarki wojennej, zapewniając bliski związek z Saverym, którego testamentu był świadkiem. W skład Komitetu Właścicieli wchodził również Edward Wallin, baptysta szwedzkiego pochodzenia, pastor kościoła w Maze Pond, Southwark. Newcomen zmarł w domu Wallina w 1729 r. i został pochowany na cmentarzu Bunhill Fields na obrzeżach londyńskiego City: dokładne miejsce jego grobu nie jest znane.
Do 1733 r. Newcomen i inni zainstalowali około 125 silników Newcomena, działających na podstawie patentu Savery”ego (przedłużonego na mocy ustawy tak, że wygasł dopiero w 1733 r.), w większości ważnych okręgów górniczych w Wielkiej Brytanii i na kontynencie europejskim: odwadniając kopalnie węgla w Black Country, Warwickshire i w pobliżu Newcastle upon Tyne, w kopalniach cyny i miedzi w Kornwalii oraz w kopalniach ołowiu m.in. we Flintshire i Derbyshire.
Silnik Newcomena utrzymał swoje miejsce bez istotnych zmian przez około 75 lat, stopniowo rozprzestrzeniając się na kolejne obszary Wielkiej Brytanii i Europy kontynentalnej. Początkowo używano mosiężnych cylindrów, ale były one drogie i miały ograniczone rozmiary. Nowe techniki odlewania żelaza, których pionierem była Coalbrookdale Company w latach dwudziestych XVII wieku, pozwoliły na zastosowanie większych cylindrów, których średnica w latach sześćdziesiątych XVIII wieku osiągnęła około 6 stóp (1,8 m). Doświadczenie doprowadziło do udoskonalenia konstrukcji i drobnych poprawek w układzie. Szczegóły mechaniczne zostały znacznie poprawione przez Johna Smeatona, który zbudował wiele dużych silników tego typu na początku lat siedemdziesiątych XVII wieku; jego ulepszenia szybko się przyjęły. Do 1775 r. zbudowano około 600 silników Newcomena, choć wiele z nich już wcześniej się zużyło i zostało porzuconych lub zastąpionych innymi.
Silnik Newcomena nie był bynajmniej maszyną wydajną, choć prawdopodobnie był na tyle skomplikowany, na ile pozwalała inżynieria i technika materiałowa początku XVIII wieku. Dużo ciepła tracono podczas skraplania pary, która chłodziła cylinder. Nie miało to większego znaczenia w kopalniach, gdzie dostępny był niesprzedawalny drobny węgiel (miał), ale znacznie zwiększało koszty wydobycia tam, gdzie węgiel nie był łatwo dostępny, jak w Kornwalii. Silnik Newcomena był stopniowo zastępowany po 1775 r. na obszarach, gdzie węgiel był drogi (zwłaszcza w Kornwalii), przez ulepszoną konstrukcję, wynalezioną przez Jamesa Watta, w której para była skraplana w oddzielnym kondensatorze. Silnik parowy Watta, wspomagany przez lepsze techniki inżynieryjne, w tym wytaczarkę Wilkinsona, był znacznie bardziej paliwooszczędny, co pozwoliło Wattowi i jego wspólnikowi Matthew Boultonowi pobierać znaczne opłaty licencyjne w oparciu o zaoszczędzone paliwo.
Watt wprowadził następnie inne ulepszenia, w tym silnik dwustronnego działania, w którym zarówno suw w górę, jak i w dół był suwem mocy. Nadawały się one szczególnie do napędu młynów włókienniczych i wiele silników Watta znalazło zastosowanie w tych branżach. Początkowo próby napędzania maszyn za pomocą silników Newcomena kończyły się mieszanym sukcesem, ponieważ pojedynczy suw mocy powodował szarpanie, ale zastosowanie kół zamachowych i lepszej inżynierii w dużej mierze pozwoliło przezwyciężyć te problemy. Do 1800 r. zbudowano setki silników rotacyjnych innych niż Watt, zwłaszcza w kopalniach i hutach, gdzie nieregularny ruch nie stanowił problemu, ale także w zakładach włókienniczych. (patrz odnośnik (2) poniżej).
Mimo ulepszeń Watta, silniki Common Engines (jak je wówczas nazywano) pozostawały w użyciu przez dłuższy czas, a nawet w okresie obowiązywania patentu Watta (do 1800 r.) zbudowano znacznie więcej silników Newcomena niż Watta, gdyż były one tańsze i mniej skomplikowane. Z ponad 2200 silników zbudowanych w XVIII wieku tylko około 450 było silnikami Watta. Elementy konstrukcji Watta, zwłaszcza oddzielny kondensator, znalazły się w wielu silnikach „pirackich”. Nawet po roku 1800 nadal budowano silniki typu Newcomen, do których rutynowo dodawano skraplacze. Były one również powszechnie montowane w istniejących silnikach Newcomena (tzw. skraplacz „pickle-pot”).
Przykłady silników Newcomen”a znajdują się m.in. w Science Museum, Londyn, Anglia, oraz w Ford Museum, Dearborn, Michigan, USA.
W 1964 roku Newcomen Society of London zorganizowało przeniesienie silnika Newcomena z Hawkesbury Junction w Warwickshire do Dartmouth, gdzie można go zobaczyć pracującego przy użyciu układu hydraulicznego zamiast kotła parowego. Według dr Cyrila Bouchera z Newcomen Society, ten silnik Newcomen Memorial Engine pochodzi z około 1725 r., z nową przekładnią zaworów i innymi częściami dodanymi później.
Być może ostatni silnik w stylu Newcomen, który był wykorzystywany komercyjnie – i ostatni wciąż pozostający na swoim pierwotnym miejscu – znajduje się w Elsecar Heritage Centre, niedaleko Barnsley w South Yorkshire. Został on przywrócony do stanu używalności w latach 2012-2015, a odnowiony silnik został odsłonięty przez księcia Edwarda, hrabiego Wessex, w maju 2016 roku. Innym silnikiem Newcomen, który może być pokazany jako pracujący, jest nowoczesna replika silnika w Black Country Museum w Dudley, West Midlands. Silnik Newcomen Memorial Engine w Dartmouth można zobaczyć w ruchu, ale jest on napędzany hydraulicznie.
23 lutego 2012 roku Poczta Królewska wydała znaczek z atmosferyczną maszyną parową Newcomena w ramach serii „Britons of Distinction”.
Źródła
