Томас Ньюкомен: Буа кестесінің және атмосфералық қозғалтқыштың ойластырушысы

Кіріспе

Ағылшын өнертапқышы, темір саудагері және баптист дін қызметкері (1664–1729)

Томас Ньюкомен (['/nj//uː//k//ʌ//m//ə//n/; 1664 жылдың ақпаны – 1729 жылдың 5 тамызы) – 1712 жылы атмосфералық двигательді, алғашқы практикалық отынмен жұмыс істейтін двигательді жасаған ағылшын өнертапқышы. Ол темір саудагері және баптист шіркеуінің дін қызметкері болған. Ол Англияның Девон округіндегі Дартмут қаласында саудагер отбасында дүниеге келді және 1664 жылдың 28 ақпанында Сент-Сэвиор шіркеуінде крещениеден өтті. Сол кезде көмір және қалайы кен орындарында су басу үлкен мәселе болды. Ньюкомен көп ұзамай мұндай шахталардан суды шығару жолдарын жақсартуға кірісті. Оның темір саудасы тау-кен өнеркәсібі үшін құралдарды жобалау, өндіру және сатумен айналысты.

Діндарлық өмірі

Томас Ньюкомен жергілікті баптист шіркеуінде жазба оқушы және үйретуші ақсақал болған. 1710 жылдан кейін ол жергілікті баптистердің пасторы атанды. Оның әкесі белгілі пуритан пасторы Джон Флавелді Дартмутқа шақырған топтың мүшесі болған. Кейін Ньюкоменнің Лондондағы іскерлік байланыстарының бірі, Эдвард Валлин, Хорслидаун, Саутварк қаласындағы танымал доктор Джон Гиллмен байланысы бар тағы бір баптист пасторы еді. Ньюкоменнің Бромсгроувтағы баптист шіркеуімен байланысы оның бу машинасының таралуына зор көмек көрсетті, себебі инженерлер Джонатан Хорнблоуэр ағасы мен оның ұлы сол шіркеудің мүшелері болған.

Атмосфералық қозғалтқышты дамыту

Ньюкоменнің ең үлкен жетістігі – 1712 жыл шамасында жасалған бу машинасы болды. Томас Савери мен Денис Папиннің идеяларын біріктіре отырып, ол қалайы кенінен су шығару үшін бу машинасы құрастырды. Ньюкоменнің Саверимен таныс болғаны мүмкін, оның аталары Оңтүстік Девонда саудагерлер болған. Савери сонымен қатар ауру және жарақат алған теңізшілер комиссиясында қызмет еткен, бұл оны Дартмутқа жеткізген. Савери "өрт машинасы" – бір түрі термосифонды ойлап тапты, онда бу бос контейнерге жіберіліп, кейін конденсацияланатын. Осылай туған вакуум кеннің түбіндегі суды соруға пайдаланылды. "Өрт машинасы" тиімді болмады және шамамен отыз фут тереңдікте жұмыс істей алмады. Ньюкомен бу конденсацияланатын қабылдағыш ыдысты Папиннің жобасына негізделген поршеньі бар цилиндрмен ауыстырды. Вакуум суды сорудың орнына поршенді төмен түсірді. Бұл нұсқаулықпен үлкен ағаш бұрандалы қозғалтқыш жұмыс істеді, онда үлкен ағаш арқан орталық тіреу нүктесінде тербелді. Арқанның екінші жағында кеннің түбіндегі сорғыға жалғанған тізбек болды. Бу цилиндрі бумен толтырылып, келесі күш беруге дайын болғанда, су сорғы цилиндріне тартылып, машинаның салмағымен құбыр арқылы жер бетіне шығарылды. Ньюкомен мен оның серіктесі Джон Келли осы типтегі алғашқы табысты қозғалтқышты Вест-Мидлендс аймағындағы Дадли қаласының жанындағы Конигри көмір кенішінде салды. Бұл қозғалтқыштың жұмыс істейтін көшірмесін жақын жердегі Black Country Living Museum-да көруге болады.

Кейінгі өмір және өлім

Ньюкоменнің кейінгі өмірі туралы салыстырмалы түрде аз мәлімет белгілі. 1715 жылдан кейін, қозғалтқыш мәселелері "Отпен су көтеруге арналған өнертабыстың иелері" деп аталатын, тіркелмеген компания арқылы жүргізілді. Оның хатшысы және қазынашысы – Лондондағы Аптекарлар қоғамының клеркі Джон Мерес болды. Осы қоғам әскери-теңіз флотына дәрі-дәрмекпен қамтамасыз етуде монополияға ие компания құрды, бұл оларды Сэверимен тығыз байланыстырады, оның өсиетіне куә болды. Иелері комитетіне швед тегіндес баптист Эдвард Валлин де кірді; ол Саутварк қаласындағы Мейз Понд шіркеуінің пасторы болды. Ньюкомен 1729 жылы Валлиннің үйінде қайтыс болды және Лондон қаласының шетіндегі Бунхилл Филдс зиратында жерленді; оның қабірінің нақты орны белгісіз. 1733 жылға қарай, Саверидің патентімен (заңмен ұзартылған, сондықтан ол 1733 жылға дейін жарамды болды) жұмыс істейтін шамамен 125 Ньюкомен қозғалтқышы Ньюкомен және басқалармен Ұлыбританияның және Еуропаның маңызды кен өндіру аймақтарында орнатылды: Қара Жердегі, Уорвикширдегі және Ньюкасл-апон-Тайн маңындағы көмір шахталарын судан тазарту; Корнуоллдағы қалайы және мыс кен орындарында; сондай-ақ Флинтшир және Дербиширдегі қорғасын кен орындарында және басқа да жерлерде.

Жаңа келгеннен кейін

Ньюкомен қозғалтқышы шамамен 75 жыл бойы өз орнын сақтап, бірте-бірте Ұлыбритания мен Еуропаның басқа аймақтарына тарады. Алғашында цилиндрлерді жасау үшін латунь қолданылды, бірақ олар қымбатқа соқты және өлшемдері шектеулі болды. 1720 жылдары Коалбрукдейл компаниясы ұсынған темір құюдың жаңа технологиялары 1760 жылдары диаметрі шамамен 6 футқа (1,8 м) дейін үлкен цилиндрлерді пайдалануға мүмкіндік берді. Іс тәжірибесі жақсырақ конструкцияға және орналасудағы шағын өзгерістерге әкелді. Оның механикалық бөлшектерін Джон Смитон жақсартты, ол 1770 жылдардың басында осы типтегі көптеген ірі қозғалтқыштарды жасады; оның жақсартулары тез қабылданып, қолданысқа енгізілді. 1775 жылға қарай шамамен 600 Ньюкомен қозғалтқышы салынды, бірақ олардың көпшілігі осыған дейін тозығып, қолданудан шығарылған немесе ауыстырылған еді. Ньюкомен қозғалтқышы тиімді машина болған жоқ, бірақ ол, мүмкін, 18-шы ғасырдың басындағы инженерлік және материалдық технологиялардың мүмкіндіктеріне сай келетін күрделі машина болды. Буды конденсациялау кезінде цилиндрдің салқындануына байланысты көп жылу жоғалды. Бұл көмір шахталарында аса маңызды болған жоқ, себебі сатуға жарамсыз ұсақ көмір (күл) қолжетімді болды, бірақ көмірдің оңай қол жетімді емес жерлерінде, мысалы, Корнуоллде, кен шығындарына едәуір әсер етті. 1775 жылдан кейін Ньюкоменнің қозғалтқышы көмірдің қымбат тұратын аймақтарында (әсіресе Корнуолда) Джеймс Уатт ойлап тапқан, буды жеке конденсаторда конденсациялайтын жақсартылған үлгімен біртіндеп ауыстырылды. Уатттың булы қозғалтқышы, Уилкинсонның бұрғылау станогы сияқты жақсы инженерлік технологиялардың көмегімен, отынды тиімдірек пайдаланды, бұл Уатт пен оның серіктесі Мэтью Болтонға үнемделген отынға байланысты айтарлықтай роялти алуға мүмкіндік берді. Уатт кейіннен қос әрекетті қозғалтқыш сияқты басқа да жақсартулар жасады, онда жоғары және төменгі иілімдер қуат соққыларына айналды. Бұл тоқыма фабрикаларын басқаруға ерекше қолайлы болды және көптеген Уатт қозғалтқыштары осы салаларда қолданылды. Бастапқыда Ньюкомен қозғалтқыштарымен машиналарды іске қосуға жасалған әрекеттер әртүрлі нәтижелер берді, себебі бір реттік қуат соққысы дүмпулі қозғалыс тудырды, бірақ инерциялық дөңгелектерді (flywheels) пайдалану және жақсы инженерлік шешімдер бұл мәселенің шешілуіне көмектесті. 1800 жылға қарай жүздеген Уатт емес айналмалы қозғалтқыштар салынды, әсіресе көмір шахталарында және темір зауыттарында, онда біркелкі қозғалыс қажет болмады, сонымен қатар тоқыма фабрикаларында да қолданылды. Уатттың жақсартуларына қарамастан, Common Engines (сол кездегі атауы) ұзақ уақыт бойы қолданыста болды, тіпті Уатттың патенті кезінде (1800 жылға дейін) Уатттан гөрі Ньюкоменнің көптеген қозғалтқыштары салынды, себебі олар арзан және аз күрделі болды. 18-шы ғасырда салынған 2200-ден астам қозғалтқыштың тек 450-і ғана Уатт қозғалтқыштарынан тұрды. Уатттың жобасының элементтері, әсіресе жеке конденсатор, көптеген "пираттық" қозғалтқыштарға енгізілді. 1800 жылдан кейін де Ньюкомен типті қозғалтқыштар жасала берді және оларға конденсаторлар жүйелі түрде қосылды. Олар сондай-ақ әдетте қолданыстағы Ньюкомен қозғалтқыштарына (осылай аталған "осал ыдыс" конденсаторы) қайта орнатылды.

The Newcomen engine held its place without material change for about 75 years, spreading gradually to more areas of the UK and mainland Europe. At first brass cylinders were used, but these were expensive and limited in size. New iron casting techniques pioneered by the Coalbrookdale Company in the 1720s allowed bigger cylinders to be used, up to about 6 feet (1.8 m) in diameter by the 1760s. Experience led to better construction and minor refinements in layout. Its mechanical details were much improved by John Smeaton, who built many large engines of this type in the early 1770s; his improvements were rapidly adopted. By 1775, about 600 Newcomen engines had been built, although many of these had worn out before then, and been abandoned or replaced. The Newcomen Engine was by no means an efficient machine, although it was probably as complicated as engineering and materials techniques of the early 18th century could support. Much heat was lost when condensing the steam, as this cooled the cylinder. This did not matter unduly at a colliery, where unsaleable small coal (slack) was available, but significantly increased the mining costs where coal was not readily available, as in Cornwall. Newcomen's engine was gradually replaced after 1775 in areas where coal was expensive (especially in Cornwall) by an improved design, invented by James Watt, in which the steam was condensed in a separate condenser. The Watt steam engine, aided by better engineering techniques including Wilkinson's boring machine, was much more fuel efficient, enabling Watt and his partner Matthew Boulton to collect substantial royalties based on the fuel saved. Watt subsequently made other improvements, including the double acting engine, where both the up and down strokes were power strokes. These were especially suitable for driving textile mills, and many Watt engines were employed in these industries. At first attempts to drive machinery by Newcomen engines had mixed success, as the single power stroke produced a jerky motion, but use of flywheels and better engineering largely overcame these problems. By 1800, hundreds of non Watt rotary engines had been built, especially in collieries and ironworks where irregular motion was not a problem but also in textile mills. Despite Watt's improvements, Common Engines (as they were then known) remained in use for a considerable time, and many more Newcomen engines than Watt ones were built even during the period of Watt's patent (up to 1800), as they were cheaper and less complicated. Of over 2,200 engines built in the 18th century, only about 450 were Watt engines. Elements of Watt's design, especially the Separate Condenser, were incorporated in many "pirate" engines. Even after 1800 Newcomen type engines continued to be built and condensers were added routinely to these. They were also commonly retro fitted to existing Newcomen engines (the so called "pickle pot" condenser).

Ньюкоменнің сақталған қозғалтқыштары

Ньюкомен қозғалтқыштарының мысалдары Лондонның Ғылым мұражайында, АҚШ-тың Мичиган штатындағы Дирборн қаласында орналасқан Форд мұражайында және басқа да жерлерде бар. 1964 жылы Лондонның Ньюкомен қоғамы Уорвикширдегі Хоуксбери-Джанкшн қаласындағы Ньюкомен қозғалтқышын Дартмутқа көшіруді ұйымдастырды, онда оны бу қазандығының орнына гидравликалық құрылғы арқылы жұмыс істейтінін көруге болады. Ньюкомен қоғамының докторы Сирил Бучердің айтуынша, бұл Ньюкомен мемориалдық қозғалтқышы шамамен 1725 жылға дейін салынған, ал жаңа клапандық механизм мен басқа да бөлшектер кейіннен қосылған. Бәлкім, коммерциялық мақсатта пайдаланылған соңғы Ньюкомен стиліндегі қозғалтқыш – және бастапқы орнында сақталған соңғы қозғалтқыш – Оңтүстік Йоркширдегі Барнсли маңындағы Elsecar Heritage Centre-де орналасқан. Ол 2012-2015 жылдар аралығында жұмыс жасайтын күйге келтірілді, ал жаңартылған қозғалтқышты 2016 жылдың мамыр айында Уэссекс графы, Принц Эдвард ашты. Жұмыс істеп тұрған тағы бір Ньюкомен қозғалтқышы – Уэст-Мидлендс штатындағы Дадлидегі Black Country мұражайындағы заманауи көшірме қозғалтқыш. Дартмуттағы Ньюкомен мемориалдық қозғалтқышының қозғалысын көруге болады, бірақ ол гидравликамен жұмыс істейді.

Тану

2012 жылдың 23 ақпанында Royal Mail «Ұлыбританияның көрнекті тұлғалары» сериясының аясында Ньюкоменнің атмосфералық бу машинасы суреті салынған марканы жариялады.