Томас Савери ( / ˈ s eɪ v ər i / ; ок. 1650 – 15 мая 1715) был английским изобретателем и инженером. Он изобрёл первое коммерчески используемое паровое устройство, паровой насос [1], который часто называют «двигателем Савери». Паровой насос Савери был революционным методом откачки воды, который улучшил дренаж шахт и сделал широкое общественное водоснабжение осуществимым.
Томас Сейвери родился в поместье Шилстоун , недалеко от Модбери , Девон. Он стал военным инженером, дослужившись до звания капитана к 1702 году, и проводил свободное время, проводя эксперименты по механике. В 1696 году он получил патент на машину для полировки стекла или мрамора и еще один для «гребли кораблей с большей легкостью и быстротой, чем до сих пор делал любой другой», который включал гребные колеса, приводимые в движение шпилем , и который был отклонен Адмиралтейством после отрицательного отчета инспектора флота Эдмунда Даммера . [ 2]
Сейвери также работал на Комиссаров по делам больных и раненых , заключая контракты на поставку лекарств для Военно-морской акционерной компании, которая была связана с Обществом аптекарей . Его обязанности от их имени привели его в Дартмут, Девон , где, вероятно, он и познакомился с Томасом Ньюкоменом .
2 июля 1698 года Савери запатентовал паровой насос, «новое изобретение для подъема воды и приведения в движение всех видов мельниц посредством движущей силы огня, которое будет иметь большую пользу и преимущество для осушения шахт, снабжения городов водой и для работы всех видов мельниц, где у них нет ни воды, ни постоянного ветра». [3] Его называли «двигателем Савери» в соответствии с современным использованием слова «двигатель» для обозначения любого устройства или приспособления. Он продемонстрировал его Королевскому обществу 14 июня 1699 года. В патенте не было иллюстраций или даже описания, но в 1702 году Савери описал машину в своей книге « Друг шахтера; или Машина для подъема воды с помощью огня» , [4] в которой он утверждал, что она может откачивать воду из шахт .
Насос Savery был беспоршневым насосом без каких-либо подвижных частей, кроме кранов. Он работал, сначала поднимая пар в котле; затем пар впускался в один из первых рабочих сосудов, позволяя ему выходить через сливную трубу в воду, которую нужно было поднять. Когда система была горячей и, следовательно, полной пара, кран между котлом и рабочим сосудом закрывался, и при необходимости внешняя часть сосуда охлаждалась. Это заставляло пар внутри конденсироваться, создавая частичный вакуум, и атмосферное давление толкало воду вверх по сливной трубе, пока сосуд не наполнялся. В этот момент кран под сосудом закрывался, а кран между ним и восходящей трубой открывался, и из котла впускалось больше пара. По мере того, как давление пара нарастало, оно заставляло воду из сосуда подниматься по восходящей трубе наверх шахты.
Однако у его насоса было четыре серьезных проблемы. Во-первых, каждый раз, когда вода попадала в рабочий сосуд, большая часть тепла тратилась на подогрев перекачиваемой воды. Во-вторых, на следующем этапе процесса требовался пар высокого давления для подъема воды, а паяные соединения насоса едва выдерживали пар высокого давления и нуждались в частом ремонте. В-третьих, хотя этот насос использовал положительное давление пара для выталкивания воды (без теоретического ограничения высоты, на которую вода могла быть поднята одним насосом высокого давления), практические и безопасные соображения означали, что на практике для очистки воды из глубокой шахты потребовалась бы серия насосов среднего давления от самого дна до поверхности. В-четвертых, вода выталкивалась в насос только атмосферным давлением (работая против «вакуума» конденсированного пара), поэтому насос должен был находиться не более чем на 30 футов (9,1 м) выше уровня воды, что требовало его установки, эксплуатации и обслуживания глубоко внизу в темных шахтах по всему периметру.
Первоначальный патент Саверея от июля 1698 года давал 14 лет защиты; в следующем году, 1699, был принят Акт парламента , который продлил его защиту еще на 21 год. Этот акт «Поощрял изобретение Томаса Саверея для подъема воды и касался всех видов мельничных работ» стал известен как «Закон о пожарных машинах». Очень широкий патент Саверея охватывал все насосы, которые поднимали воду с помощью огня. [5]
Архитектор Джеймс Смит из Уайтхилла приобрел права на использование насоса Савери в Шотландии. В 1699 году он заключил соглашение с изобретателем, а в 1701 году получил патент от парламента Шотландии , смоделированный по гранту Савери в Англии и рассчитанный на тот же период времени. Смит описал машину как «двигатель или изобретение для подъема воды и приведения в движение мельничного оборудования силой огня», и он утверждал, что модифицировал ее для перекачивания с глубины 14 саженей , или 84 фута. [3] [6]
В Англии патент Савери означал, что Томас Ньюкомен был вынужден вступить с ним в партнерство. К 1712 году между двумя мужчинами были достигнуты договоренности о разработке более совершенной конструкции парового двигателя Ньюкомена , которая продавалась под патентом Савери, добавляя водяные баки и насосные штанги, чтобы можно было получить доступ к более глубоким водным шахтам с помощью паровой энергии. [7] Двигатель Ньюкомена работал исключительно за счет атмосферного давления, тем самым избегая опасностей пара высокого давления, и использовал поршневую концепцию, изобретенную в 1690 году французом Дени Папеном, для создания первого парового двигателя, способного поднимать воду из глубоких шахт. [8]
Когда Папен вернулся в Лондон в 1707 году, Исаак Ньютон , новый президент Королевского общества после Роберта Бойля , друга Папена, попросил его поработать с Савеем, который проработал с Папеном пять лет, но так и не отдал должное французскому ученому и не принес ему никаких доходов.
После его смерти в 1715 году патент Саверея и Акт парламента были переданы компании « Владельцы изобретения для поднятия воды огнем» . [9] Эта компания выдавала лицензии другим лицам на строительство и эксплуатацию двигателей Ньюкомена, взимая до 420 фунтов стерлингов в год за патентные отчисления за строительство паровых двигателей. [10] В одном случае угольная шахта выплачивала владельцам 200 фунтов стерлингов в год и половину своей чистой прибыли «в обмен на их услуги по поддержанию работы двигателя». [11]
Закон о пожарных машинах действовал до 1733 года, через четыре года после смерти Ньюкомена. [12]
В марте 1702 года газета объявила, что насосы Сейвери готовы к использованию и их можно увидеть по средам и субботам днем в его работном доме в Солсбери-Корт, Лондон, напротив Старого театра.
Один из его насосов был установлен в York Buildings в Лондоне. Согласно более поздним описаниям, он производил пар «в восемь или десять раз сильнее обычного воздуха» (т. е. 8–10 атмосфер ), но разрушил стыки машины, заставив его паять стыки с помощью spelter . [13]
Еще один был построен для контроля водоснабжения в Хэмптон-Корте , а еще один в Кэмпден-Хаусе в Кенсингтоне проработал 18 лет. [14]
Несколько насосов Savery были опробованы в шахтах, безуспешная попытка была предпринята для очистки воды из бассейна под названием Broad Waters в Wednesbury (тогда в Стаффордшире ) и близлежащих угольных шахт. Это было покрыто внезапным извержением воды за несколько лет до этого. Однако насос не удалось «привести в действие». Количество поднятого пара было настолько велико, что «разнесло всю машину на куски». Паровой насос был отложен, и схема подъема воды была отклонена как невыполнимая. [15] [16] Это могло произойти около 1705 года. [16]
Другой насос был предложен в 1706 году Джорджем Спарроу в Ньюболде около Честерфилда , где землевладелец испытывал трудности с получением согласия своих соседей на то, чтобы слить его уголь. Из этого ничего не вышло, возможно, из-за взрыва насоса Broad Waters. [16] Также возможно, что паровой насос был опробован в Уил-Воре , медном руднике в Корнуолле. [17]
Паровой насос Savery был намного дешевле парового двигателя Newcomen, с насосом Savery мощностью от 2 до 4 лошадиных сил, который стоил от 150 до 200 фунтов стерлингов . [18] Он также был доступен в небольших размерах, вплоть до одной лошадиной силы. Паровые двигатели Newcomen были больше и намного дороже. Больший размер был обусловлен тем, что поршневые паровые двигатели стали очень неэффективными в небольших размерах, по крайней мере, до 1900 года, когда стали доступны поршневые двигатели мощностью 2 лошадиных силы. [19] Насосы типа Savery продолжали производиться вплоть до конца 18 века.
Несколько более поздних насосных систем могут быть основаны на насосе Савери. Например, двухкамерный пульсометрический паровой насос был его удачным развитием. [20]