Thomas Savery en het begin van de stoommachine

Thomas Savery en het begin van de stoommachine

Thomas Savery werd ergens rond 1650 geboren in een bekende familie in Shilston, Engeland. Hij was goed opgeleid en vertoonde een grote voorliefde voor mechanica, wiskunde, experimenten en uitvindingen.

Savery's vroege uitvindingen

Een van Savery's eerste uitvindingen was een klok, die tot op de dag van vandaag in zijn familie blijft en wordt beschouwd als een ingenieus stuk mechanisme. Hij ging verder met het uitvinden en gepatenteerde rangschikking van schoepenwielen aangedreven door kaapstanders om schepen in kalm weer voort te stuwen. Hij gooide het idee voor de Britse Admiraliteit en de Wavy Board maar had geen succes. De voornaamste tegenstander was de landmeter van de marine die Savery verwierp met de opmerking: "En hebben interloperende mensen, die geen zorgen over ons hebben, doen alsof ze dingen bedenken of uitvinden?"

Savery werd niet afgeschrikt - hij paste zijn apparaat op een klein schip en vertoonde zijn werking op de Theems, hoewel de uitvinding nooit door de marine werd geïntroduceerd.

De eerste stoommachine

Savery bedacht de stoommachine ergens na het debuut van zijn schoepenrad, een idee voor het eerst bedacht door Edward Somerset, markies van Worcester, en een paar andere eerdere uitvinders. Het gerucht gaat dat Savery eerst het boek van Somerset las waarin hij de uitvinding beschreef en vervolgens probeerde alle bewijzen ervan te vernietigen in afwachting van zijn eigen uitvinding. Naar verluidt heeft hij alle exemplaren die hij kon vinden gekocht en verbrand.

Hoewel het verhaal niet bijzonder geloofwaardig is, vertoont een vergelijking van de tekeningen van de twee motoren - die van Savery en Somerset - een opvallende gelijkenis. Als er niets anders is, moet Savery de eer krijgen voor de succesvolle introductie van deze "semi-almachtige" en "waterbeheersende" motor. Hij patenteerde het ontwerp van zijn eerste motor op 2 juli 1698. Een werkmodel werd ingediend bij de Royal Society of London.

De weg naar het patent

Savery stond voor constante en gênante kosten bij de bouw van zijn eerste stoommachine. Hij moest de Britse mijnen - en met name de diepe kuilen van Cornwall - vrij houden van water. Hij voltooide uiteindelijk het project en voerde er enkele succesvolle experimenten mee uit, waarbij hij een model van zijn "brandweerwagen" tentoonstelde voor koning Willem III en zijn hof in Hampton Court in 1698. Savery kreeg vervolgens onmiddellijk zijn patent.

De titel van het patent luidt:

"Een toelage aan Thomas Savery voor de enige oefening van een nieuwe uitvinding die hij heeft uitgevonden, voor het verhogen van water, en het in beweging zetten van allerlei molenfabrieken, door de belangrijke vuurkracht, die van groot nut zal zijn voor het aftappen van mijnen, steden dienen met water en voor de werking van allerlei molens, wanneer ze niet het voordeel hebben van water of constante wind; 14 jaar te houden; met gebruikelijke clausules. "

Introductie van zijn uitvinding in de wereld

Savery liet vervolgens de wereld weten wat zijn uitvinding was. Hij begon een systematische en succesvolle reclamecampagne en miste geen enkele kans om zijn plannen niet alleen bekend te maken, maar ook goed te begrijpen. Hij kreeg toestemming om met zijn modelbrandweerwagen te verschijnen en de werking ervan uit te leggen tijdens een vergadering van de Royal Society. De notulen van die vergadering luidden:

"De heer Savery vermaakte de Society met het tonen van zijn motor om water op te voeren door de kracht van vuur. Hij werd bedankt voor het tonen van het experiment, dat volgens verwachting slaagde, en werd goedgekeurd."

In de hoop zijn brandweerauto in de mijndistricten van Cornwall te introduceren als een pompmotor, schreef Savery een prospectus voor algemene circulatie, "De vriend van de mijnwerker; of, een beschrijving van een motor om water door vuur te heffen.” 

Implementatie van de stoommachine

Savery's prospectus werd in 1702 in Londen gedrukt. Vervolgens ging hij het verspreiden onder de eigenaars en beheerders van mijnen, die op dat moment ontdekten dat de waterstroom op bepaalde diepten zo groot was dat de werking ervan werd voorkomen. In veel gevallen lieten de afvoerkosten geen bevredigende winstmarge achter. Jammer genoeg, hoewel Savery's brandweerwagen begon te worden gebruikt voor het leveren van water aan steden, grote landgoederen, landhuizen en andere particuliere instellingen, werd het niet algemeen gebruikt door de mijnen. Het risico op explosie van de ketels of ontvangers was te groot.

Er waren nog andere problemen bij de toepassing van de Savery-engine op veel soorten werk, maar dit was het ernstigst. In feite hebben explosies plaatsgevonden met fatale gevolgen.

Bij gebruik in mijnen werden de motoren noodzakelijkerwijs binnen 30 voet of minder van het laagste niveau geplaatst en konden mogelijk onder water komen te staan ​​als het water boven dat niveau zou stijgen. In veel gevallen zou dit leiden tot verlies van de motor. De mijn zou "verdronken" blijven tenzij een andere motor zou worden aangeschaft om hem eruit te pompen.

Het brandstofverbruik bij deze motoren was ook erg groot. De stoom kon niet economisch worden gegenereerd omdat de gebruikte ketels eenvoudige vormen waren en te weinig verwarmingsoppervlak hadden om een ​​volledige overdracht van warmte van de verbrandingsgassen naar het water in de ketel te waarborgen. Dit afval bij het genereren van stoom werd gevolgd door nog ernstiger afval bij de toepassing ervan. Zonder expansie naar de verdrijving van water uit een metalen ontvanger, absorbeerden de koude en natte kanten warmte met de grootste aviditeit. De grote massa van de vloeistof werd niet verwarmd door de stoom en werd uitgestoten bij de temperatuur waarbij deze van onderaf werd verhoogd.

Verbeteringen aan de stoommachine

Savery begon later met Thomas Newcomen te werken aan een atmosferische stoommachine. Newcomen was een Engelse smid die deze verbetering uitvond ten opzichte van Slaverny's vorige ontwerp.

De Newcomen-stoommachine gebruikte de kracht van atmosferische druk. Zijn motor pompte stoom in een cilinder. De stoom werd vervolgens gecondenseerd door koud water, waardoor een vacuüm aan de binnenkant van de cilinder ontstond. De resulterende atmosferische druk bediende een zuiger en veroorzaakte neerwaartse slagen. In tegenstelling tot de motor die Thomas Savery in 1698 had gepatenteerd, werd de drukintensiteit in de motor van Newcomen niet beperkt door de druk van de stoom. Newcomen bouwde samen met John Calley zijn eerste motor in 1712 bovenop een met water gevulde mijnschacht en gebruikte deze om water uit de mijn te pompen. De Newcomen-motor was de voorloper van de Watt-motor en het was een van de meest interessante stukjes technologie die in de jaren 1700 werd ontwikkeld.

James Watt was een uitvinder en werktuigbouwkundig ingenieur geboren in Greenock, Schotland, bekend om zijn verbeteringen aan de stoommachine. Toen hij in 1765 voor de Universiteit van Glasgow werkte, kreeg Watt de opdracht om een ​​Newcomen-motor te repareren, die als inefficiënt werd beschouwd, maar nog steeds de beste stoommachine van zijn tijd was. Hij begon te werken aan verschillende verbeteringen in het ontwerp van Newcomen. Het meest opvallend was zijn patent uit 1769 voor een afzonderlijke condensor die via een klep met een cilinder was verbonden. In tegenstelling tot de motor van Newcomen had Watts ontwerp een condensor die koel kon worden gehouden terwijl de cilinder heet was. De motor van Watt werd al snel het dominante ontwerp voor alle moderne stoommachines en droeg bij tot de industriële revolutie. Een eenheid van kracht genaamd de watt werd naar hem genoemd.