מנוע הקיטור של ניוקומן – הבדלי גרסאות

'''מנוע הקיטור של ניוקומן''', הנושא את שם ממציאו [[תומאס ניוקומן]] (Thomas Newcomen), הוא המכונה הראשונה שניצלה בצורה יעילה את כוח ה[[קיטור]] לביצוע עבודה מכנית. המנוע שימש בעיקר לשאיבת מים מ[[כרייה|מכרות]], ונפוץ ב[[אנגליה]] וב[[אירופה]] מתחילת [[המאה ה-18]] עד סופה. [[ג'יימס וואט]], המזוהה יותר מכל אדם אחר עם [[מנוע קיטור|מנוע הקיטור]], פיתח את מנועו על יסוד המצאתו של ניוקומן, ובנה גרסאות חסכוניות ויעילות פי כמה. לעתים נקרא המנוע של ניוקומן בשם "מנוע אטמוספריאטמוספירי" (atmospheric engine), על שום עיקרון פעולתו.

ב-[[1698]] רשם [[תומאס סייוורי|תומאס סֵייוֶורִי]] [[פטנט]] על [[משאבה]] מונעת בכוח הקיטור, אותה כינה בשם "The Miner's Friend". המכונה הייתה זהה במהותה להמצאתו של סומרסט, וככל הנראה הועתקה ממנו. היא שימשה לשאיבת מים ממכרות, אך המים לא סולקו מן הצילינדר על ידי זרם חדש של קיטור בלחץ, אלא על ידי הפרש לחצים שנוצר כתוצאה מקירור הצילינדר; התעבות הקיטור גרמה לנפילת הלחץ בצילינדר מתחת ללחץ האטמוספריהאטמוספירי, והמים נדחקו החוצה דרך שסתום שנפתח בצורה מכנית ברגע המתאים. קירור הצילינדר עד להיווצרות תת־לחץתת-לחץ בתוכו היה תהליך איטי למדי, וסייוורי פתר זאת מאוחר יותר על ידי סילון מים חיצוני, שזרז את פעולת העיבוי.

מאחר שעומק השאיבה המקסימלי התיאורטיהתאורטי הוא 10 מטרים (הלחץ האטמוספריהאטמוספירי שווה ללחץ השורר בתחתית עמוד מים בגובה 10 מטרים), לא התאים מנועו של סיוורי למכרות עמוקים. כדי לשאוב מים מעומקים גדולים מ־ 6-7 מטרים, יש להשתמש במשאבה מכנית מסוג כלשהו, הנמצאת קרוב למפלס המים הנשאבים ודוחפת אותם מעלה אל מחוץ למכרה. משאבות דחיקה בוכנאיות, מונעות על ידי סוסים, היו קיימות בשימוש באותם זמנים, אך הצריכו להנעתן מנגנון הפועל בתנועה קווית, הלוך ושוב, שלא היה קיים במכונה של סייוורי. מנועו של סייוורי חסר חלקים נעים ופעל כמעין [[סיפון]], ולכן אין לראות בו מנוע קיטור אמיתי, הממיר אנרגיית חום לאנרגייהלאנרגיה מכנית באמצעות מנגנון חיצוני כלשהו.

ב־[[1690]] פרסם [[דני פפן|דֶּנִי פָּפֶן]] חיבור שכותרתו "''Nova methodus ad vires motrices validissimas levi pretio comparandas''", המתאר את המנוע האטמוספריהאטמוספירי שהמציא. המכונה שהגה פפן הורכבה מצילינדר אנכי, בתוכו נעה בוכנה המצוידת במוט בוכנה. תחילה הכניסו כמות מדודה של מים לתוך הצילינדר, ואז הניחו לבוכנה לרדת עד מפלס המים תוך כדי ניקוז האוויר הכלוא מתחתיה. אחר כך הבעירו אש מתחת לצילינדר והרתיחו את המים. הקיטור דחף מעלה את הבוכנה, וכשהיא הגיעה לקצה העליון של מהלכה, אחז תֶּפֶס במוט הבוכנה והיא נותרה במצב זה. קירור הצילינדר גרם להתעבות הקיטור ולהיווצרות תת־לחץתת-לחץ, והלחץ האטמוספריהאטמוספירי הגדול יותר דחף את הבוכנה מטה. אל קצה מוט הבוכנה חובר מיתר שעבר דרך שתי גלגילות ולקצהו נקשרה משקולת. את העבודה ביצעה המכונה תוך כדי התעבות הקיטור, במהלך ירידת הבוכנה. פפן בנה דגם של המצאתו אך לא הוסיף ופיתח אותו. המנוע השני שהגה דמה למכונה שהמציא סיוורי, אך פפן השתמש בה כדי להזרים מים לסיבובו של [[גלגל מים]]. ברם, לא היה זה מנוע קיטור "אמיתי", כזה המייצר עבודה מכנית בצורה ישירה.

[[קובץ:Newcomen6325.png|שמאל|ממוזער|250px|תרשים סכמתי של מנוע הקיטור האטמוספריהאטמוספירי של ניוקומן]]

את הבעיה פתר ניוקומן כשהגה את הרעיון של [[מנוע קורה]] (beam engine). בוכנת הקיטור במנוע אטמוספריאטמוספירי דומה לזה של סייוורי הפעילה משאבת מים בוכנאית בתחתית המכרה באמצעות קורת עץ ענקית, שנעה כנדנדה על עמוד מרכזי.

עד מהרה יצא שמעו של המנוע למרחוק. מאחר שתוקף הפטנט של סייוורי עדיין לא פג, נאלץ ניקומן להגיע עימו להסדר ולפעול במסגרת הפטנט הרשום על שמו. המנועים הראשונים של ניוקומן שימשו במכרות הפחם, אך נפוצו גם אל מכרות המתכת במערב אנגליה, כמו מכרות הבדיל בקורנוואל. עד שנת מותו התקין ניוקומן למעלה ממאה מנועים, לא רק במערב הארץ ובמידלנדס אלא גם בצפון [[ויילס]] וב[[קאמבריה]]. מנועים אחדים נבנו בארצות אירופה, כמו צרפת, בלגיה, ספרד, הונגריה ושוודיהושבדיה.

מנוע הקיטור הפעיל את המשאבה הבוכנאית בתחתית המכרה באמצעות קורה מאוזנת. אל קצה אחד של הקורה (D) חובר בשרשרת מוט בוכנת הקיטור, ואל קצה השני (F) מוט בוכנת המים. הצילינדר (B) בתוכו נעה בוכנת הקיטור היה פתוח לאטמוספרהלאטמוספירה מצדו העליון, מעל הבוכנה. לבוכנה הייתה שפה זוויתית (P), סביבה נכרך חבל [[פשתן]] שהודק למקומו באמצעות משקולות מתכת ושימש כאטם פרימיטיבי. מדי פעם הרטיבו את החבל, כדי שיתרחב ויילחץ אל דפנות הצילינדר.

כאשר פתחו את [[שסתום]] האספקה (V), זרם הקיטור מן הדוד אל הצילינדר. לאחר מכן סגרו את שסתום האספקה ופתחו את שסתום ('V), שהזרים מים קרים ממכל גובה (C) לתוך הצילינדר. המים הקרים עיבו את הקיטור, הלחץ מתחת הבוכנה נפל, והיא נדחפה מטה בכוח הלחץ האטמוספריהאטמוספירי הגדול יותר השורר מעליה. תנועת בוכנת הקיטור מטה גרמה להתרוממות בוכנת המשאבה ולשאיבת המים מן המכרה. הקורה חזרה למצבה הקודם על ידי משקל מוט בוכנת המים ובוכנת המים עצמה, שהיה גדול במעט מזה של בוכנת הקיטור. הקיטור שהוזרם מחדש אל הצילינדר הרחיק את שאריות מי העיבוי דרך שסתום חד־כיווני והחל מחזור פעולה חדש.

חסרונו העיקרי של מנוע ניוקומן היה נצילותו הנמוכה. לאחר שהצילינדר קורר כדי ליצור תת־לחץתת-לחץ, נותרו דפנות הצילינדר קרים, ועם הכנסת מטען חדש של קיטור התעבה חלק ממנו והלך לאיבוד. המשמעות המעשית הייתה, שכמות בלתי מבוטלת של פחם התבזבזה בחימומו מחדש של הצילינדר. חיסרון זה לא היה משמעותי ביותר כל עוד המנוע הופעל במכרות פחם, אך הדבר מנע את ניצולו להנעת מכונות, מה גם שמהלך העבודה היחיד של הבוכנה היה תזזיתי ביותר.