كيف يعمل محرك البخار

طريقة عمل المحرك البخاري

يمكن التعرّف على طريقة عمل المحرّك البخاريّ (بالإنجليزية: Steam Engine) المستخدم في القاطرة كمثال من أجل معرفة طريقة عمل المحرك البخاري بشكل عام، والذي يتمثّل بالآتي:

• يتكون المحرّك البخاري في القاطرة من عدة أجزاء رئيسية، وهي: المرجل (خزان المياه)، وصمام منزلق، وأسطوانة، وخزان بخار، ومكبس، وعجلة قيادة.
• يتم حرق الفحم داخل صندوق الحريق الموجود في المرجل، والذي بدوره يعمل على رفع درجة حرارة المرجل من أجل تسخين الماء.
• يبدأ البخار في التشكّل، عند وصول الماء لدرجة حرارة الغليان.
• يبدأ بخار الماء في التمدد بعد ذلك، ثم ينتقل من خلال أنابيب البخار نحو الخزّان البخاريّ.
• يعمل صمام الانزلاق على التحكّم في حركة البخار نحو الأسطوانة، لينتج عن البخار طاقة ضغط تساهم في دفع المكبس الذي بدوره يؤدي إلى تدوير عجلة القيادة، فتتحرّك القاطرة نتيجةً لذلك.

صناعة المادة الخام للمحرك البخاري

يعود الفضل في اختراع أول مادة خام للمحرّك البخاريّ (بالإنجليزية: aeolipile) إلى المخترع اليوناني هيرو السكندري (Hero of Alexandria) في القرن الأول الميلادي، حيث عمل على صناعتها من خلال استخدام كرة فارغة، وربطها بزوج من الأنابيب من الأسفل، بعد ذلك قام بتسخين الأنابيب من الأسفل، ممّا أدى إلى إنتاج البخار الذي سرعان ما عملت الأنابيب على نقله نحو الكرة، كما عمل على إخراج إنبوبين آخرين من سطح الكرة، حيث ساهما في تفريغ البخار الواصل إليها، والذي بدوره أدى إلى تحرّك الكرة بشكل دوراني، وعلى الرغم من أنّ هذه تعتبر أول مادة خام عُرفت لتحويل البخار إلى حركة دورانية، إلا أنّه لم يتم استخدامها لأهداف عملية إلا في القرن السابع عشر.

صناعة المحرك البخاري

حصل العالم توماس سافري على براءة الاختراع في صناعة المحرّك البخاريّ، حيث عمل على صناعة مضخّة لتسهيل ضخّ الماء باستخدام البخار عام 1698م، وذلك لأنّ الناس كانوا يستخدمون طريقة مكلفة وبطيئة جداً من أجل استخراج المياه، فقد كانوا يعتمدون على استخدام مجموعة من الدلاء تعمل بنظام بكرة تديرها الخيول، وكانت الخيول تحتاج إلى الكثير من الرعاية الطبية والتغذية بالإضافة إلى الحاجة في توفير مكان لإقامتها، فعمل توماس على اختراع المضخّة من أجل التسهيل على الناس، وكانت المضخة عبارة عن محرّك يعمل على تسخين المياه وتجميع البخار الناتج في خزان، ثمّ توليد فراغ من خلال عزل الخزّان عن مصدر البخار، وتكثيفه من أجل سحب المياه، وعلى الرغم من نجاح هذا الاختراع، إلا أنّه كان يعاني من بعض العيوب، إذ إنّ هذا الاختراع لم يتمكّن من سحب المياه إلا من الأعماق الضحلة، كما أنّ ضغط البخار المتكوّن في الخزان كان يعمل على طرد المياه التي تمّ سحبها.

تطوير المحرك البخاري

يعود الفضل في تطوير المحرك البخاريّ ليتم استخدامه بشكل عمليّ إلى العالم جيمس واط، عندما أحضر عام 1763م محركاً بخارياً تعود صناعته للعالم نيومان (Newcomen)، ولكن كان هذا المحرّك بحاجة لإجراء الإصلاحات عليه بحيث يمكن استخدامه فيما بعد بشكل عمليّ، حتى نجح بعد العديد من التجارب في الوصول إلى طريقة تمكّنه من فعل ذلك، إذ اكتشف إنّه لجعل المحرّك عملياً؛ يجب العمل على أن تبقى الأسطوانة التي يدخل إليها البخار ساخنة، ثمّ التبريد لتكثيف البخار.