Ångmaskinen

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Viktiga personer för ångmaskinens utveckling

He´ron

He´ron antas varit en grekisk matimatiker och fysiker. Han levde under det första århundrandet i staden Alexandria. Flera skrifter finns bevarade där det står om vad antikens vetenskapsmän visste gällande mekanik, och han har skrivit de flesta av dessa. Han uppfann flertals med uppfinningar, bland annat ett antal specialeffekter till tempel, vilket fick besökarna att tro att gudarna brydde sig om templet. Han uppfann inte några uppfinningar som används än idag, men en hel del som både chockade och imponerade dåtidens invånare i Grekland.
Han var den första användaren av ångkraft, som han använde vid sin ”ångkula”. Ångkulan fungerade genom att en eld värmde upp en tank fylld med vatten. Tanken hade två rör som ledde upp in i en kula, annars var den helt försluten. Kulan hade två rör som var vinklade, där ångan strömmade ut. Kulan snurrade då åt det motsatta hållet som rören pekade. Tyvärr kunde den inte göras vidare stark eller energieffektiv, för att skarven var alldeles för energislukande och energiförlusten var på tok för hög när ångan blåstes ut. Den var i alla fall ett sätt att visa att man kan använda sig utav ånga, för att framställa rörelseenergi.

Denis Papin

1647 i Frankrike föddes den man som kom att bli en stor del utav ångmaskinens framtid. Denne man hette Denis Papin. Torts att hans födelseland var Frankrike, tillbringade Denis Papin större delar av sitt vuxna liv i länderna England och Tyskland. Det var i dessa länder som han påbörjade sina experiment inom luft och lufttryck. Efter flera års inriktning på luftpumpar uppfann han 1681 en tryckkokare, som han kallade ”Papins gryta”. Det var ett tätt slutet kärl som bidrog med en snabbare och effektivare kokning av mat, än vad man någonsin sett förut. Utöver sin inriktning på luftpumpar, så experimenterade han mycket inom ångtryck. Han hade massvis med idéer, bl.a. en ångmaskin som använde det atmosfärsika trycket och hur exploderande krut kan användas till en förbränningsmotor. Ett flertal andra uppfinnare blev inspirerande av hans ideér och påbörjade byggen av ångmaskiner, redan innan självaste Denis Papin gjorde det. Han lyckades däremot, att 1707 bygga en ångmaskin, som drev en båt framåt med ett s.k. skovelhjul. Tyvärr så hade Thomas Savery redan kommit på detta och tagit patent på uppfinningen. Det sägs att Thomas Savery var en av de som inspirerades utav Denis Papins uppfinningar.


Thomas Savery

Som sagt var det Thomas Savery som lyckades kostruera den första ångmaskinen, som fungerade. Han föddes 1650 i England och dog 1715. Han bodde hela sitt liv i England, där han jobbade som en ingenjörsofficer. Det var år 1698 som han tillverkade den första fungerande ångmaskinen, vilken användes för att pumpa ur vatten från gruvor.
Han kunde själv kontrollera utvecklingen på ångmaskinen, allt tack vare att han hade patent på uppfinningen. Ångmaskinen var inte vidare bra, eftersom den var inte tillräckligt utvecklad för att konkurrera med varken muskel- eller vattenkraft för att driva pumpar. Den var också dyr, stor och klumpig, men visade de grundläggande principerna för ångmaskiner.

Thomas Newcomen

Någon som var ytterst intresserad utav Thomas Savery’s ångmaskin, var Thomas Newcomen. Han levde mellan åren 1663-1729, och var ursprungligen en vanlig järnhandlare i England. Men eftersom Thomas Savery hade patent på ångmaskinen kunde han inte vidareutveckla Savery’s maskin, om han inte köpte patenten av Savery, vilket han inte hade ekonomin för. Thomas Newcomen såg en hel del fel och förbättringsmöjligheter. Så Newcomens enda möjlighet var att slå ihop sig med Savery, vilket han senare gjorde. De gav 1712 ut en ny ångmaskin som var tillräckligt liten, energisnål och billig för att kunna säljas till offentligheten. Energieffektiviteten var på knappa 0,4%. Trots det erbjöd ångmaskinen en pålitlig och billigkraftkälla för bl.a. gruvor.
Dessvärre var det inte bara fördelar med ångmaskinen, utan även nackdelar.
En av de största var uppenbarligen att en hel del vatten behövdes för att kondensera ångan. Mycket av ångan som strömmade in användes för att cylindern skulle värmas upp efter nedkylning. Och det som drog ner kolven, var endast det understryck som framställdes då ångan kondenserades i kolven.

James Watt

James Watt, även kallad ångmaskinens fader, föddes år 1736 i staden Greenock, som låg alldeles intill Glasgow. James Watt’s far var en instrumentmakare, och han både reparerade och tillverkade navigationssystem till flera av skeppen som låg i hamn. När James var 19 år gammal reste han till London, där han arbetade som en lärling till en instrumentmakare, så som hans far. Redan innan hans utbildning var klar reste han tillbaka till Glasgow, han vill öppna en helt egen verkstad. Det s.k. skrået, en slags kartell för näringsidkare, tillät honom inte att bygga. Eftersom James inte kunde öppna en egen verkstad, lyckades han få en instrumentmakare på universitetet att anställa honom. Han kunde där uppfinna på sin lediga tid, dessvärre inte på heltid. Han slapp däremot problem med skrået, och fick fördelen att träffa och prata med massvis av olika vetenskapsmän.
Det var där han bekantade sig med Joseph Black, en forskare inom kemi och även medicinprofessor, som inriktade sin forskning mycket på värmelära. Det som Joseph Black lärde James var en av anledningarna som fick James att fascineras av ångmaskiner.

En dag kom en kund med en Newcomen/Savery-ångmaskin. Detta var ett perfekt tillfälle för James att undersöka ångmaskinen lite närmre. Det var då som han la märke till varför det behövdes så mycket ånga till att värma upp cylindern. Ångan kyldes och kondenserades nämligen inne i själva cylindern.

Han förstod att den skulle vara mycket effektivare om man skulle leda ut ångan från cylindern, för då skulle inte ångan kondenseras i cylindern. Det var en av många saker där James Watt såg potential på förbättring. År 1769 tog James patent på sin ångmaskin, som han hade förbättrat ypperligt.
I flera år efter sin otroliga uppfinning, så fortsatte James Watt att utveckla sin ångmaskin. I slutet av 1700-talet var han färdig med konstuerandet av en ny, förbättrad ånmaskin; en dubbelverkande ångmaskin. Den dubbelverkande ångmaskinen kommer det stå mer om lite längre ner på samma sida. James Watt var även den man som införde hästkrafter när man mäter fysikalisk effekt, vilken användes när styrkan hos en ångmaskin räknades ut. I nutiden används inte hästkraften så mycket, utan den har blivt ersatt utav SI-enheten Watt. (SI = Systéme International d’Unités, internationella enhetssystemet).
SI-enheten Watt har blivit döpt efter James Watt.

Ångmaskiner genom åren

Newcomen-maskinen

I Newcomens maskin åker ångan, med så högt tryck som möjligt, in i cylindern. Inne i cylindern pressas kolven upp utav ångan, ända upp till toppen. När kolven är högst upp, sprutas kylvatten in i den, vilket gör så att ångan kondenseras. Från en vattentank leder ett rör, där vattnet rinner ner. Det undertryck som bildas i cylindern då ångan kondenseras, bidrar med att kolven trycks ner av luften ovanför den på toppen öppna cylindern.

Den dubbelverkande ångmaskinen

James Watt utvecklade först ett kylsystem som var flertals gånger bättre än Newcomens. Endast några år senare uppfann han ett nytt sätt att förbättra ångmaskinen effektivitet ännu mer än tidigare. Genom att använda tryck från ånga i båda riktningar, och inte låta atmosfärens tryck har någon inverkan på kolven, så förbättras effektiviteten betydligt.
James Watts dubbelverkande ångmaskin går till på följande sätt.
Först åker ångan in på ena sidan, och pressar kolven från ena sidan till den andra. Samtidigt i pressas ångan som finns i kammare B in i en kondensator. När ångan pressat kolven till den andra sidan, dras en ventil till ett annat läge, vilket får ångan från kammare A att släppas ut, samtidigt som ånga pumpas upp till kammare B. Sedan händer samma prosess om och om igen. Senare byttes ventilerna ut mot en sidventil, som uppfanns 1799 av en man vid namn William Murdock.
Kompoundmaskiner

Vissa ångmaskiner är t.o.m. mer avancerade än vad ”den dubbelverkande ångmaskinen” är. Kompoundmaskiner är en av dessa maskiner, och här tas det mer vara på den inmatade energin. Ångan som expanderas i en högtryckscylinder, åker ut till en annan cylinder, efter det att den har pressat kolven så långt som det går. I den andra cylindern slutför den sin expansion, tills den släpps ut till antingen en kondensator, eller bara rakt ut i luften. Det här var en beskrivning på en dubbelutförande kompoundmaskin, och senare år har det byggts trippel- och kvadruppelutförande kompoundmaskiner, bara för att använda ångans tryckt till det yttersta.

Ångmaskinens framtid och dess ersättare

1800-talet var det som ångmaskinen hade sin storhetstid. De fanns däremot flertals med andra maskiner som hade samma ef...