Введение
Английский инженер XVII-XVIII веков; изобрел первый коммерческий паровой насос. Томас Сэвери (около 1650 – 15 мая 1715) был английским изобретателем и инженером. Он изобрел первое коммерчески используемое устройство, работающее на паровой энергии – паровой насос, который часто называют "машиной Сэвери". Паровой насос Сэвери стал революционным методом откачки воды, улучшив водоотведение из шахт и сделав возможным широкое общественное водоснабжение.
Thomas Savery ('/s//eɪ//v//ər//i/; c. 1650 – 15 May 1715) was an English inventor and engineer. He invented the first commercially used steam powered device, a steam pump which is often referred to as the "Savery engine". Savery's steam pump was a revolutionary method of pumping water, which improved mine drainage and made widespread public water supply practicable.
Карьера
Томас Сэвери родился в поместье Шилстоун, близ Модбери, в графстве Девон. Он стал военным инженером и к 1702 году дослужился до звания капитана, а свободное время посвящал экспериментам в области механики. В 1696 году он запатентовал машину для полировки стекла или мрамора, а также устройство для "передвижения судов с большей легкостью и скоростью, чем это достигалось ранее", которое включало в себя гребные колёса, приводимые в движение капстаном, и было отклонено Адмиралтейством после негативного заключения морского землемера Эдмунда Даммера. Сэвери также работал в Комиссии по делам больных и раненых, заключая контракты на поставку лекарств для акционерной компании "Морской флот", связанной с Обществом аптекарей. Его обязанности привели его в Дартмут, Девон, где он, вероятно, и познакомился с Томасом Ньюкоменом.
Насос на паровой энергии
2 июля 1698 года Сэвери запатентовал насос с паровым двигателем, "Новое изобретение для подъема воды и приведения в движение всех видов мельничных работ под действием движущей силы огня, которое будет очень полезно и выгодно для осушения шахт, водоснабжения городов и для работы всех видов мельниц, где нет преимущества ни воды, ни постоянных ветров". Он получил название "двигатель Савери" в соответствии с принятым в то время использованием слова "двигатель" для обозначения любого устройства или приспособления. Он продемонстрировал его Королевскому обществу 14 июня 1699 года. В патенте не было ни иллюстраций, ни даже описания, но в 1702 году Сэвери описал машину в своей книге "Друг шахтера, или Машина для подъема воды огнем", в которой утверждал, что она способна откачивать воду из шахт. Насос Сэвери был бесштоковым, с отсутствием движущихся частей, за исключением вентилей. Он работал следующим образом: сначала в котле поднимался пар, затем пар подавался в один из первых рабочих сосудов, позволяя ему выходить через нисходящий патрубок в воду, которую необходимо было поднять. Когда система нагревалась и, следовательно, заполнялась паром, вентиль между котлом и рабочим сосудом закрывался, и при необходимости внешняя поверхность сосуда охлаждалась. Это приводило к конденсации пара внутри, создавая частичный вакуум, и атмосферное давление поднимало воду вверх по нисходящему патрубку, пока сосуд не наполнялся. В этот момент вентиль под сосудом закрывался, а вентиль между ним и восходящим патрубком открывался, и из котла подавался дополнительный пар. По мере увеличения давления пара вода из сосуда поднималась по восходящему патрубку к вершине шахты. Однако у этого насоса было четыре серьезных недостатка. Во-первых, каждый раз, когда вода поступала в рабочий сосуд, большая часть тепла тратилась на нагрев перекачиваемой воды. Во-вторых, следующий этап процесса требовал пара высокого давления для подъема воды, а паяные соединения насоса едва выдерживали такое давление и нуждались в частом ремонте. В-третьих, хотя этот насос использовал положительное давление пара для подъема воды (без теоретического ограничения высоты подъема воды одним насосом высокого давления), практические и соображения безопасности означали, что для откачки воды из глубокой шахты на практике потребовалась бы серия насосов умеренного давления, расположенных от нижнего уровня до поверхности. В-четвертых, вода поднималась в насос только за счет атмосферного давления (действующего против вакуума, созданного сконденсированным паром), поэтому насос должен был находиться не более чем в 30 футах (9 м) над уровнем воды, что требовало его установки, эксплуатации и обслуживания в темных и глубоких шахтах.
Закон о пожарной машине
Первоначальный патент Сэвери от июля 1698 года предоставлял защиту на 14 лет; в следующем году, 1699 году, был принят акт парламента, который продлил его защиту еще на 21 год. Этот акт «Об поощрении изобретения Томаса Сэвери для подъема воды и относящегося ко всем видам мельничных работ» стал известен как «Акт о пожарной машине». Очень широкий патент Сэвери охватывал все насосы, поднимающие воду с помощью огня. Архитектор Джеймс Смит из Уайтхилла приобрел права на использование насоса Сэвери в Шотландии. В 1699 году он заключил соглашение с изобретателем, а в 1701 году получил патент от парламента Шотландии, по образцу гранта Сэвери в Англии, и предназначенный для того же периода времени. Смит описал машину как «двигатель или изобретение для подъема воды и приведения в движение мельниц силой огня», и он утверждал, что модифицировал его для перекачки воды с глубины 14 фатомов, или 84 футов. В Англии патент Сэвери вынудил Томаса Ньюкомена вступить с ним в партнерство. К 1712 году между двумя мужчинами были достигнуты договоренности о разработке более совершенной конструкции паровой машины Ньюкомена, которая продавалась по патенту Сэвери, с добавлением водяных резервуаров и насосных стержней, чтобы обеспечить доступ к более глубоким водяным шахтам с помощью паровой энергии. Двигатель Ньюкомена работал исключительно за счет атмосферного давления, тем самым избегая опасностей пара высокого давления, и использовал поршневую концепцию, изобретенную в 1690 году французом Дени Папином, для создания первого парового двигателя, способного поднимать воду из глубоких шахт. Когда Папин вернулся в Лондон в 1707 году, Исаак Ньютон, новый президент Королевского общества после Роберта Бойля, друга Папина, попросил его поработать с Сэвери, который пять лет работал с Папином, но никогда не признавал его заслуг и не выплачивал ему гонораров. После смерти Сэвери в 1715 году его патент и акт парламента перешли в собственность компании The Proprietors of the Invention for Raising Water by Fire. Эта компания выдавала другим лицензии на строительство и эксплуатацию двигателей Ньюкомена, взимая до 420 фунтов стерлингов в год в качестве патентных отчислений за строительство паровых двигателей. В одном случае угольная шахта платила владельцам 200 фунтов стерлингов в год и половину своей чистой прибыли «в обмен на их услуги по поддержанию двигателя в рабочем состоянии». «Акт о пожарных машинах» не истек до 1733 года, через четыре года после смерти Ньюкомена.
Применение парового насоса
В марте 1702 года газета объявила, что насосы Сэвери готовы к использованию и их можно было увидеть по средам и субботам днем в его мастерской в Солсбери-Корт, Лондон, напротив Старого театра. Один из его насосов был установлен в Йорк Билдингс в Лондоне. Согласно более поздним описаниям, он производил пар, «в восемь или десять раз более сильный, чем обычный воздух» (то есть 8–10 атмосфер), но разрывало соединения машины, из-за чего ему пришлось спаивать их спелтером. Другой насос был построен для управления водоснабжением в Хэмптон-Корте, а еще один в Кэмпден-Хаус в Кенсингтоне проработал 18 лет. Несколько насосов Сэвери испытывались на шахтах, в том числе предпринялась неудачная попытка использовать один из них для откачки воды из водоема Broad Waters в Уэднесбери (тогда в Стаффордшире) и близлежащих угольных шахт. Несколько лет назад этот водоем внезапно затопило. Однако насос не смог «справиться с задачей». Количество производимого пара было настолько велико, что «разорвало всю машину на части». Паровой насос был отложен, а проект по подъему воды признан непрактичным. Это произошло примерно в 1705 году.
Сравнение с паровым двигателем Ньюкомена
Паровой насос Савери стоил значительно дешевле, чем паровая машина Ньюкомена: насос мощностью от 2 до 4 лошадиных сил обходился в 150–200 фунтов стерлингов. Он также выпускался в небольших размерах, вплоть до одной лошадиной силы. Паровые машины Ньюкомена были крупнее и значительно дороже. Большие размеры объяснялись тем, что поршневые паровые машины становились очень неэффективными при малых габаритах, по крайней мере, до примерно 1900 года, когда появились поршневые двигатели мощностью 2 лошадиные силы. Насосы типа Савери продолжали производиться вплоть до конца XVIII века.
Вдохновение для последующей работы
Несколько более поздних насосных систем могли быть основаны на насосе Сэвери. Например, паровой насос с двумя камерами и пульсатором стал успешной его усовершенствованной конструкцией.