Dampmaskin

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Watts dampmaskin
Newcomens atmosfæriske dampmaskin
Watts atmosfæriske maskin - gjennomskåret
Oprettstående dampmaskin fra 1799 fra Saline Königsborn, Fargelagt tusjillustrasjon av Jacob Niebeling, 1822
Bock-Dampmaskin fra 1864
Kullgruvemaskin - nå i Westfälisches Industriemuseum

En tradisjonell dampmaskin er en stempelmotor som blir drevet av damp som er satt under trykk. Franskmannen Denis Papin fant ut at når vann varmes opp, utvider det seg, før det blir så varmt at det går over til damp. Når denne dampen avkjøles, går den tilbake til vann igjen. Oppvarmings- og avkjølingsprosessen skjer på hver sin side av et stempel plassert i en sylinder, slik at dette stempelet blir drevet frem og tilbake.

De teoretiske prinsippene bak dampmaskinen faller inn under termodynamikken, som er en gren av fysikken. Dampmaskinen ble kraftig forbedret etter at James Watt oppfant sleidstyringen, som styrte dampen vekselvis foran og bak stempelet. Dermed ble stempelet ikke bare skjøvet frem ved hjelp av dampkraft, men også dyttet tilbake – dette førte til langt jevnere gange, og dermed en mer pålitelig maskin. Watts dampmaskin ble patentert i 1769, og la grunnlaget for den industrielle revolusjon.

Dampmaskin i aksjon (animasjon).

Bakgrunn[rediger | rediger kilde]

I den stadig mer omfattende gruveindustrien var det ofte et problem at gruvegangene etterhvert ble fylt med grunnvann som måtte fjernes. Dette kunne enten gjøres for hånd ved å heise opp bøtter fylt med vann, ved hjelp av hestedrevne pumpeanlegg eller vannet kunne dreneres gjennom kanaler som munnet ut et sted under gruvenivå. Dette skapte begrensninger for hvor dype gruvene kunne bli.

Løsningen kom i form av dampmaskinen. De første dampmaskinene brukte veldig mye kull i forhold til hvor mye arbeid de kunne utføre og trengte i tillegg vann. Kull fantes i massevis i gruvene, og når maskinen i tillegg hjalp til med å tømme gruvegangene for vann, ble dampmaskinen etter hvert kalt for «gruvearbeidernes venn».

Historie[rediger | rediger kilde]

Det var den greske vitenskapsmannen Heron av Alexandria som oppdaget at man kunne bruke damp som kraftkilde. 100 år e.Kr. skrev Heron om hvordan kraften fra damp kunne åpne tempeldører. Han lagde også en dampturbin som bestod av en akse og en kjele. Turbinen dreide hurtig rundt når dampen kom ut av de to munnstykkene.

Den første vellykkede dampmaskinen ble laget av Thomas Newcomen i 1712, og representerte en milepæl i menneskets historie. Dette var første gang det var blitt bygget en konstruksjon som var i stand til å omdanne varme til arbeid, og som samtidig var både effektiv og økonomisk nok til at den lønnet seg til praktisk bruk. Men fremdeles gikk mye energi tapt underveis, og i 1769 tok James Watt patent på en dampmaskin som var en kraftig forbedring av Newcomens, og var langt mer energiøkonomisk og effektiv enn forgjengeren. James Watts dampmaskin ble etterhvert tatt i bruk også innenfor andre grener av industrien, bl.a. tekstilindustrien, hvilket innebar at tekstilfabrikkenes lokalitet ikke lenger var henvist til områder med tilgjengelig vannkraft.

De første dampmaskinene var stasjonære og av betydelig størrelse. Deres virkemåte var også forskjellig fra etterkommernes. Et kammer ble fylt opp med damp som deretter ble kondensert av vannsprut, slik at det ble dannet et kraftig undertrykk i kammeret. Forskjellen ble utlignet ved at et stempel ble presset ned av det eksterne atmosfæretrykket inntil atmosfærisk likevekt var oppnådd. En ventil inne i kammeret ble da åpnet, og stempelet ble dratt oppover av samme motvekt som det hadde løftet da det ble presset ned, samtidig som kammeret på nytt ble fylt med damp, og prosessen gjentok seg. Av denne grunn kalles også maskinene som fungerer etter dette prinsippet for den atmosfæriske dampmaskin, siden den baserer seg på den ytre atmosfærens trykk.

Watts dampmaskin[rediger | rediger kilde]

I 1763 fikk James Watt i oppdrag fra Universitetet i Glasgow å reparere en modell av Newcomens dampmaskin. Da han arbeidet med den oppdaget Watt det store kullforbruket som maskinen hadde. Dampmaskinen kunne bli mye mer effektiv hvis man fant på en annen måte å bruke dampen på uten å bruke store mengder kull for å varme opp og kjøle ned sylinderen. Et år tenkte han på dette før han kom fram til løsningen; han brukte et eget kammer der dampen ble laget. Derfra føres dampen inn i en kald sylinder, kalt kondensatoren.

Da gjorde trykket fra dampen slik at stempelet føres opp og kondensatoren minsket trykket, slik at stempelet går ned. Stempelet førte en stang fram og tilbake og førte således hjulet rundt. Sentrifugalregulatoren hindret at damptilførselen ble for stor. En liten sikkerhetsventil stoppet damptilførselen når det blir for stort trykk. På den måten hindret den også for stort turtall. Watt tok patent på oppfinnelsen sin i 1769. Denne oppdagelsen gjorde så den stadige oppvarmingen og nedkjølingen ble unødvendig. Watts forbedring av dampmaskinen reduserte brenselutgiftene med hele 75 prosent.

Eksperimenter med dampmaskiner som fungerte etter motsatt prinsipp; et stempel som ble beveget frem og tilbake i et kammer, drevet av et indre trykk langt høyere enn den omkringliggende atmosfæren, bekreftet at maskinene kunne bli både mindre og prestere flere hestekrefter. I tillegg innebar det andre friheter, som fjerningen av kondensatoren og muligheten til å la stempelet jobbe horisintalt om ønskelig. Watt var imidlertid motstander av disse ideene, hovedsakelig fordi han fryktet eksplosjoner og tap av liv om dampkjelen skylle fylles av damp under ekstremt trykk.

Han likte heller ikke tanken på å bruke maskinen til å sette fartøyer i bevegelse. Han benyttet seg av patentet sitt til å forhindre at denne typen dampmaskiner ble produsert. Dette patentet gjaldt ikke utenfor Storbritannia, og folk bosatt i andre nasjoner stod mer eller mindre fritt til å bygge maskiner som de ville, men de første forsøkene på å lage fremkomstmidler ble drevet av damp fikk ikke noe gjennomslag. Dampmaskinene forble stasjonære og ble brukt til å drive akslinger som drev maskiner og heisemekaninsmer.

Først etter at patentet gikk ut i 1800 lå veien åpen for konkurrentene som heller sverget til de mer moderne, mindre og kompakte høyttrykksmaskinene, og som er hva folk flest forbinder med "ekte" dampmaskiner. På tross av den mer beskjedne størrelsen hadde de flere hestekrefter enn Watts maskin, og kunne i tillegg bygges dobbeltvirkende, det vil si stempelet utøvde kraft i begge bevegelsesretninger. Richard Trevithick var den første som tok ut patent på en slik maskin i 1802, og innen få år var den atmosfæriske dampmaskin avleggs.

Gruvegangene på denne tiden var ofte skinnebelagt. Disse skinnegangene var beregnet på vogner som gruvearbeiderne fylte med kull eller malm. Vognene ble før dampmaskinens inntog trukket av hester eller skjøvet av gruvearbeiderne. Man fant ut at hvis man satte en dampmaskin på hjul, så kunne man lage et enkelt lokomotiv som drev vognene. I begynnelsen var imidlertid dampmaskinene for store til å kunne brukes til denne oppgaven, men etter Trevithicks inntreden og forbedringer av teknologien, ble ideen til en realitet.

Nå begynte potensialet i dampmaskinen å gjøre seg gjeldende, og omkring århundreskiftet ble de første suksessrike dampbåtene sjøsatt. Også de første damplokomotivene gjennomgikk en rask utvikling, og i 1812 ble den første kommersielle jernbanen som tok i bruk damplokomotivet åpnet, fulgt av den første offentlige jernbanen i 1825. Lokomotivene viste seg å være veldig viktige for transportindustrien, da alt kunne forflyttes mye raskere enn tidligere. Innføringen av lokomotivene er et av hovedelementene i den industrielle revolusjon.

Dampmaskiner i Norge[rediger | rediger kilde]

Norges første dampmaskin var ombord i et fartøy, i 1827 ble DS «Constitutionen» satt i drift med frakt av passasjerer og post mellom Christiania og Kristiansand. Den første dampmaskin i en fabrikk ble satt i drift i Risør i 1831.[1]

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ «Den første dampmaskinen som ble tatt i bruk her i landet, ble installert ved en kornmølle i Risør i 1831, den signaliserte frigjøring fra sesongdrift.» Hodne & Grytten, Norsk økonomi i det 19. århundre: s. 80. ISBN 82-7674-352-8

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Teknikken i lokomotiva, med beskrivelse av dampmaskinen