Parní stroj a jeho historie aneb podle čeho má steampunk ve svém názvu páru

Parní stroj je pístový tepelný stroj, přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb. Tolik stručná definice parního stroje. My se ale na následujících řádcích budeme zabývat historií tohoto, řekl bych až epochálního, vynálezu, který byl ve své době vskutku revoluční, který zcela do pozadí neustoupil ani na začátku 21. století.

 Trocha historie

„Parní stroj, vynalezený ve století osmnáctém, zaznamenal pronikavý vývoj ve století devatenáctém. Devatenácté století bývá proto také nazýváno stoletím páry“. Když pánové Smoljak se Svěrákem psali scénář pro film „Marečku, podejte mi pero“, s pravděpodobností, limitně se blížící jistotě, ani jeden z nich neměl o steampunku ani páru :-). Přesto je tato slavná replika jako vystřižená z nějakého steampunkového magazínu.

Jak to tedy s tím vynálezem parního stroje opravdu bylo? Chytré knihy a jiné moudré prameny často připisují vynález parního stroje skotskému technikovi a vynálezci Jamesi Wattovi. Pravdou ovšem je, že Watt pouze zdokonalil, byť velice významně, již existující parní stroje, užívané především k čerpání vody z dolů. Parní stroj totiž nebyl ani tak vynalezen, jako spíš vyvinut a tento vývoj trval přes sto let.

Jen tak mimochodem, slovo inženýr (angl. engineer), má původ právě v období století páry. Původně označovalo člověka, který se staral o parní stroj (tedy doslovný překlad by mohl znít „strojník“), ať už v dolech, na lodích, továrnách, nebo na železnici.

Aeopila

Pokud pomineme parní stroje, které stavěli antičtí Řekové jako hračky (1. stol. n. l. – Herón z Alexandrie a jeho Aeopila, v podstatě prapraprapra…předek dnešní reakční turbíny) a k jejichž praktickému využití nikdy nedošlo, nebo alespoň o něm nic nevím, první, skutečně prakticky využitelný stroj na parní pohon zkonstruoval a postavil anglický kovář a vynálezce Thomas Newcomen v roce 1712, společně se svým společníkem Thmasem Saverym, kteří vycházeli z prací a objevů francouze Denise Papina (ano, toho, po kterém se jmenuje dodnes užívaný tlakový hrnec – „papiňák“). Již v roce 1698 si však nechává patentovat „Zařízení k čerpání vody ohněm“, což však nebyl stroj v pravém slova smyslu, neboť postrádal jakékoli pohyblivé části. Protože v té době nebyla neobvyklá důlní neštěstí, zaviněná prosáknutím spodních vod do štol, jejich podmáčení a následné zřícení a zavalení pracujících havířů, vžilo se pro nový vynález označení “přítel horníků”.

Chtěli-li bychom ale chtěli být důslední a jít opravdu ke kořenům museli bychom se vrátit až do roku 1543. Tvrdí se, že právě tohoto roku španělský námořní kapitán don Blasco de Garay (1500 – 1552)předvedl žasnoucím přihlížejícím v Barceloně loď poháněnou parou a lopatkovým kolem. Loď nesla jméno La Trinidad (Trojice) a měla výtlak 250 tun. Těžko říci, co se s kapitánem de Garayem stalo a jestli náhodou neskončil v “péči” španělské Inkvizice za spolčení s ďáblem (přece jen loď se pohybovala bez pomoci větru, hrozně čmoudila a létaly z ní jiskry), jisté však je, že sen o parním pohonu zmizel z historických záznamů na balších bezmála sto let.

Blasco de Garay a lopatkové kolo

Některé prameny uvádějí , že na konci první poloviny 17. století, Edward Somerset, syn markýze z Worchesteru, zprovoznil na rodovém sídle Raglan Castle v Jižním Walesu parní pumpu. Stejný pramen uvádí, že se tak stalo v roce 1641, tedy před vypuknutím občanské války v Anglii, a že pumpa měla být požita jako “zbraň hromadného rozptýlení” k zastrašení parlamentárních vojsk. Edward Somerset, druhý markýz z Worchesteru utekl ke konci občanské války z Anglie na kontinent a když se vrátil, byl už příliš starý na to, aby dokázel svůj vynález dále rozvíjet.

Další naše zastávka v povídání o historii parního bude ve druhé polovině 17. století, kdy franzouzský král, Ludvík XIV., zadal slavnému a dodnes známému a znávanému nizozemskému matematikovi a fyzikovi Christianu Huygensovi úkol, aby vymyslel zařízení na čerpání vody pro fontány ve Versailes.

Huygens přišel s originálním nápadem: k čerpání vody využil teplo spáleného černého prachu. Spaliny vytlačí nahoru píst a uniknou výfukovou trubkou ven. Píst je stlačen atmosférickým tlakem zpět dolů. Pohyb pístu se přenášel prostřednictvím vahadla na pístové vodní čerpadlo. Nápad to nebyl špatný, nicméně pokus provedený v roce 1666 skončil výbuchem. Přestože se jeho zařízení neuplatnilo, zahájil Huygens éru atmosferických tepelných motorů.

Huygensova práce však nebyla zapomenuta, navázal na ni jeho žák, již výše zmíněný Denis Papin. Protože po nepříliš vydařeném pokusu jeho učitele bylo zřejmé, že střelný černý prach nebude zrovna nejlepší prostředek k pohonu čerpadel, začal se Papin poohlížet po něčem jiném a zvolil páru. V kovovém válci ohříval vodu, ta se přeměnila na páru, která vytlačila píst vzhůru. Pak válec polil studenou vodou, pára ve válci zkondenzovala. Pod pístem vznikl prázdný prostor a atmosférický tlak vzduchu srazil píst dolů. Papin svou práci zveřejnil v roce 1687, bohužel v tehdejší Francii neměli o jeho vynález příliš velký zájem.

Potom přichází již naši známí Savery s Newcomenem a další.

Thomas Newcomen, Thomas Savery, James Watt

James Watt sestrojil v roce 1765 parní stroj s oddělenou kondenzační komorou, čímž se výrazně snížily tepelné ztráty a zvýšila účinnost parního stroje. V roce 1782 dále zdokonaluje parní stroj o odstředivý regulátor otáček (dodnes se používá termín Wattův odstředivý regulátor, nebo odstředivka) v roce 1785 pak staví parní stroj vlastní konstrukce, kde k jeho pohonu poprvé používá páru o vyšším tlaku, než atmosférickém.

19. století – století páry.

Parní stroj je po celé devatenácté století absolutně dominantní hnací silou v průmyslu a dopravě, i když to neměl vždy úplně jednoduché. Známý je Napoleonův výrok: „Vy byste donutil plout lodě bez plachet a proti proudu? Na takové nesmysly nemám čas“, nebo obavy tehdejších lidí z toho, že pokud vjede vlak do tunelu rychlostí více jak 17 km/h, všichni lidé v něm se udusí.

Dále se zdokonalují parní čerpadla a generátory v dolech a hutích, po řekách a mořích se začínají prohánět parníky, nejdříve kolesové, později s lodním šroubem (věděli jste například, že jeho vynálezce, chrudimský rodák Josef Ludvík František Ressel se za svého života nikdy nedočkal jeho praktického využití a naopak sklidil jen posměch, protože chtěl „navrtat vodu“?), v továrnách stroje pohánějí složité transmise, vedoucí k centrálnímu parnímu stroji a po železnici se prohánějí vlaky tažené parními lokomotivami. Například celá vojenská doktrína tehdejšího Pruska byla postavená na rychlých přesunech vojenských jednotek po železnici a k porážce Ruska v rusko-japonské válce v roce 1905 přispěla i nedostatečná kapacita právě dostavěné Transsibiřské magistrály.

Parní stroj však také nalézá využití v zemědělství, kde se začínají objevovat parní sekačky, mlátičky, oračky a lokomobily, předchůdci dnešních traktorů, ve stavebnictví se zase začíná využívat parní kladivo (hlavně při stavbě dálkových železnic), na stavbě silnic zase pracují parní válce. Parní automobily se příliš neosvědčily a do letectví parní stroj nepronikl už vůbec (i když pokusy byly) a to především díky smrtící kombinaci vysoké hmotnosti a neúměrně nízké účinnosti (účinnost se u parního stroje pohybuje v závislosti na typu stroje a kotle 5 – 15%).

Ve 20. století význam parního stroje upadá, až se postupně propadl téměř do zapomnění. Z průmyslu a dopravy jej vytlačil spalovací motor, elektřina a parní turbína.

Animované schéma parního stroje (Zdroj: Wikipedia)

Schematický popis jednoválcového parního stroje (Zdroj: Wikipedia)

Legenda:

  1. Píst
  2. Pístní tyč
  3. Křižák
  4. Ojnice
  5. Klika čepu ojnice
  6. Excentrický mechanismus (jednoduchý vnější rozvod)
  7. Šoupátko
  8. Wattův odstředivý regulátor

Současnost a budoucnost parního stroje

Psal jsem, že se parní stroj postupně propadl téměř do zapomnění. Slůvko téměř je zde na místě, protože existuje země, kde se parnímu stroji daří doposud, a to v celku dobře. Pomineme – li využití parního stroje na letadlových lodích při pohonu katapultu, který pomáhá startujícím letounům nabrat rychlost, musíme vzpomenout dnes stále mocnější Čínu, kde se navzdory veškerému technickému pokroku stále vyrábějí, nebo do nedávné budoucnosti vyráběly parní lokomotivy. Teoreticky je zde tedy možné na stejném nádraží potkat ultramoderní elektrický rychlovlak a vlak tažený klasickou parní lokomotivou. Jak známo, Čína má surovin dostatek a ani s ochranou životního prostředí si tam moc hlavu nelámou, a tak není výjimkou, že vás při čekání na vlak už zdálky zdraví silně černě čmoudící lokomotiva a gejzíry jisker a páry, vylétajících všude okolo. A pravděpodobně tomu tak ještě dlouho bude. Zdá se tedy, že v této gigantické asijské zemi se v budoucnu napíší poslední kapitoly dlouhé historie parního stroje.

Zdroje:

  1. www.starestroje.cz
  2. Wikipedia
  3. www.imysli.cz
  4. www.internationalsteam.co.uk
  5. www.parnistroj.czweb.org
  6. www.cottontimes.co.uk

4 komentáře: „Parní stroj a jeho historie aneb podle čeho má steampunk ve svém názvu páru

  1. Ahoj DoctoreX, díky za Tvůj komentář.
    Co se týče současného využití strojů na páru v elektrárnách se to má tak, že jsem o tom nepsal záměrně a to z velice prostého důvodu. Totiž proto, že generátory v elektrárnách nepohání klasické pístové parní stroje, o kterých byl článek, nýbrž parní turbíny, které sice také využívají tepelnou energii a převádějí ji zkrze rotační pohyb na mechanickou práci, ale princip jejich fungování je odlišný, než u pístového parního stroje (i když je pravda, že Aeopila a pravděpodobně i zařízení kapitána de Garay má také blíže k turbíně, než k parnímu stroji, jak ho vnímáme dnes). Vydal by na samostatný článek. Tak třeba jindy.

    1. Nu co se dá dělat, moje chyba.
      Máš pravdu, že o parních turbínách tam nemáš vlastně nic a hned na začátku jsi řekl, že se budeš bavit o pístových parních strojích.
      Tak se budu těšit na další článek.
      DoX

  2. No já nevím je to takový prostoduchý článeček opsaný z dostupných netových zdrojů, a ještě s chybami. Tematika parních strojů je nekonečná, ale když už o ní chtěl autor psát, měl spíše než opakování trivialit vysvětlit takové pojmy, jako třeba stroj kompaundní, tandemový, woolfický, vratný, chobotový…

  3. Para je pro prenos energie v prumyslu stale nenahraditelna!
    Pouziva se od potravinarstvi a masokombinatu, pres prumysl gumarensky, textilni, drevarensky, elektrotechnicky, zdravotnicky, chemicky, farmaceuticky..az k samotne vyrobe elektriny a vytapeni.
    Klasicke parni stroje zmizeli z tovaren a zeleznic. Para se primazavala olejem a spinava se vypoustela do vzduchu. Proto ta ohromna spotreba oleje, vody i uhli.
    Nyni se vsak vraci v podobe ekologickych, vysokootackovych, parnich motoru! Vyuzivaji modernich, samomaznych materialu, ktere nebyly dostupne. Rychle rotacni ventily nahradily pomale soupatka. Vykon i ucinnost se nekolikanasobne zvysili!
    Parni motory nespotrebovavaji olej a jejich provoz je proto ekologicky i ekonomicky. Vyfukova >cista< para vytapi nadrze s vodou nebo radiatory. Zkondenzovana voda se vraci do kotle, cimz je okruh uzavren.

    Zejmena v oblastech bez pristupu k elektorozvodne siti pohaneji tyto stroje generatory proudu a vytapeji boilery s vodou… z mistni biomasy!!

    Nejmensi model pro dobijeni akumulatoru z papinaku na plotne:
    http://s11.postimg.org/yaij6tbzn/IMG_7969.jpg

    pres hotove komplety:
    http://s27.postimg.org/s0uxe7kdf/IMG_5893.jpg
    http://s30.postimg.org/hv5o4h3wh/IMG_5100.jpg

    k nejvykonnejsim dvojcinnym dvojvalcum:
    http://s30.postimg.org/hz42ygyrl/IMG_7184.jpg

    Youtube kanal autora parnich motoru:
    http://www.youtube.com/channel/UCbp4nVVsQa-obbKAQTM0Cug/videos

    Pare ZDAR!!!
    lubosh

Napsat komentář