Ziemowit Sokołowski: O różnych sposobach wykorzystania pary wodnej do napędu statków i okrętów cz.1

Dodano: 06 sty 2023, 10:03

Przyjmując za punkt wyjścia zbudowanie przez człowieka łodzi techniką wypalania i wydłubywania pnia drzewa można założyć, że wodny transport śródlądowy istnieje już od około 6-8 tysięcy lat. Współcześni pracownicy żeglugi, zwłaszcza śródlądowej, są zatem kontynuatorami niebagatelnej tradycji. W miarę upływu czasu doskonalono konstrukcję jednostek pływających oraz ich napęd. O ile poruszanie się z biegiem rzeki nie nastręczało na ogół większych problemów – gdyż żeglowano samospławem, to pokonywanie prądu rzeki wymagało znacznie większej przemyślności i wysiłku. Zastosowanie najpierw drągów do odpychania się od dna i brzegów rzeki, później wioseł, wreszcie żagli – tam gdzie to było możliwe, czy też kombinacji tych sposobów, pozwalało na poruszanie się w górę rzeki jedynie przy słabym jej nurcie. Większe możliwości dawało holowanie barek z brzegu na długich linach, przy wykorzystaniu siły pociągowej zwierząt lub ludzi.
Przesłanki do wydatnego zwiększenia tonażu jednostek pływających oraz większych prędkości transportu powstały dopiero po wynalezieniu silników o odpowiedniej mocy oraz urządzeń technicznych, zdolnych do przetworzenia tej mocy na ruch względem wody – czyli pędników.

Łatwiej było rozwiązać drugą część zagadnienia. Już w I wieku p.n.e. rzymianin Marcus Vitruvius Pollo zaprojektował statek napędzany kołami łopatkowymi, a te z kolei poruszane były przez kierat (kabestan), do którego zaprzęgnięto… woły. Nie trzeba było zresztą sięgać do wzorca aż tak odległego w czasie. Działanie kół łopatkowych to przecież nic innego jak odwrócenie zasady działania kół młyńskich, które również pracowały od niepamiętnych czasów. Jeżeli do konstrukcji podobnej do koła młyńskiego, zamocowanego na statku, przyłożymy odpowiedni moment obrotowy – to w zamian uzyskamy siłę zdolną do poruszenia tego statku w pożądanym kierunku.
Możliwość zastosowania podstawowego elementu napędu statków rzecznych, tj. silnika, pojawiła się dopiero na początku XVIII wieku, wraz z wynalezieniem maszyny parowej. Dalsze udoskonalenie pędnika, czyli zastosowanie śruby napędowej w jej “dojrzałej” postaci, miało miejsce na brytyjskim statku morskim “Archimedes” dopiero w 1838 r. Konstruktorem tego wynalazku był Anglik Francis Smith. Cofając się nieco w czasie należy stwierdzić, że postęp techniczny w żegludze śródlądowej był wspólnym dziełem wielu wynalazców, często nieznanych szerszemu ogółowi. Wynalazcy ci w różnym zakresie i z różnym skutkiem przyczynili się do postępu technicznego w tej dziedzinie. Byli to ludzie wielu profesji, a ich osiągnięcia techniczne często nie szły w parze z sukcesem materialnym. Wypada w tym miejscu wymienić nazwiska przynajmniej kilku z nich, mających szczególne zasługi w rozwoju parowej żeglugi na świecie.

Wbrew pozorom, jednoznaczne ustalenie daty początków żeglugi parowej nie jest bynajmniej sprawą prostą. Na początku XVIII stulecia, w 1707 roku, francuski uczony lekarz, matematyk, fizyk, wynalazca “atmosferycznej maszyny parowej” Denis Papin, żyjący w latach 1647-1714 zainstalował na kadłubie drewnianej łodzi maszynę parową własnego pomysłu z 1698 r., połączoną z kołami łopatkowymi i dokonał pierwszej podróży po rzece Fuldzie (Niemcy). Według ówczesnych źródeł pisanych, łódź została zniszczona przez tamtejszych przewoźników rzecznych (obawiano się skutecznej konkurencji), a sam wynalazca – dotkliwie pobity. Początki nie były zatem zachęcające. Być może ten incydent sprawił, że uczony zraził się do dalszych eksperymentów i powrócił do znacznie spokojniejszej pracy naukowej. Można żałować, że nie zachowały się do naszych czasów bliższe szczegóły, dotyczące tego epokowego eksperymentu.

W 1736 roku Anglik Jonathan Hulls zastosował maszynę parową do napędu małego statku – z kołem napędowym umieszczonym na rufie. Do przeniesienia napędu pomiędzy silnikiem a kołem napędowym posłużyła przekładnia wykonana z rzemienia.
W owych czasach maszyny parowe znajdowały coraz szersze zastosowanie przy pompowaniu wody z kopalń oraz do napędu maszyn włókienniczych, a w 1765 r Nicolas Joseph Cugnot zademonstrował pierwszy działający trójkołowy ciągnik o napędzie parowym, przeznaczony do holowania armat .
W dniu 15 czerwca 1783 roku francuski arystokrata, markiz Claude de Juffroy, dokonał częściowo udanego eksperymentu na rzece Saonie (Saône) koło Lyonu. Nie wiedząc lub nie chcąc przyjąć do wiadomości wyników eksperymentu wykonanego 76 lat wcześniej przez swego rodaka, nieżyjącego już Denisa Papina i późniejszego doświadczenia Jonathana Hullsa, nazwał swój statek nieskromnie imieniem: “Pyroscaphe” – co w języku francuskim oznacza dosłownie: “pierwszy statek parowy”. Jego statek dzielnie płynął pod prąd przez około 15 minut pośród wiwatującego tłumu, zgromadzonego na brzegach rzeki. Po kwadransie udanej żeglugi, kadłub statku nagle rozpadł się wskutek gwałtownych wstrząsów, wywołanych pracą tłoka maszyny parowej. Tym sposobem wynalazca zmuszony został do zażycia kąpieli rzecznej wraz z maszyną parową, w której pokładał takie nadzieje. Prawdopodobnie zimna jeszcze, bo czerwcowa woda, skutecznie ostudziła zapał markiza, gdyż nic nie wiadomo na temat jego dalszych eksperymentów. Jak wynika z tego krótkiego przeglądu, prekursorami w zastosowaniu maszyny parowej do transportu byli głównie Francuzi. Wkrótce ten stan miał się jednak zmienić.

Amerykanin John Fitch (żyjący w latach 1743-1798) wykonywał wiele zawodów: zajmował się zegarmistrzostwem, jubilerstwem, giserstwem, rytownictwem, pracował również jako naczelny geometra stanu Kentucky. Około roku 1786, na rzece Delaware w Filadelfii, eksperymentował z przedziwnym statkiem, który wprawdzie również był napędzany maszyną parową, ale pędnikami w tym przypadku były… wiosła. Jak głosiła anegdota, ten zdolny konstruktor znalazł się w swoim czasie w niewoli u Indian. Ci zaś zmuszali go m. in. do wyczerpującego wiosłowania w canoe. Skutkiem tego, John Fitch nabrał nieodpartego wstrętu do wiosłowania i postanowił użyć swoich zdolności, dla ulżenia ciężkiej doli wioślarzy. Maszyna parowa, zastosowana przez wynalazcę, miała ręcznie sterowany rozrząd pary. Jej koło zamachowe, poprzez przemyślny system dźwigni, napędzało 6 wioseł (2×3), umocowanych do burt. Był to zatem pierwszy na świecie “parowiosłowiec”. Ten niewątpliwie oryginalny napęd powodował jednak silne wstrząsy i wibracje, nie wspominając już o niepokojącym hałasie. Istniała obawa, że statek podzieli los “Pyroscaphe”. Mimo reklamy, że na pokładzie można tanio nabyć rum, piwo i inne atrakcyjne trunki, potencjalni pasażerowie woleli się raczej przyglądać temu statkowi z bezpiecznej odległości, najlepiej z brzegu. Ten sam wynalazca eksperymentował również z inną wersją parowo -wiosłowego napędu, w którym trzy łopatowate wiosła umieszczone były na rufie. W 1796 roku dla odmiany zastosował śrubę napędzaną przez dwucylindrowy silnik parowy, którego cylindry wykonane były z drewna, z zewnątrz wzmocnionego żelaznymi obręczami. Przedsiębiorstwo wynalazcy, działające na rzece Delaware, na trasie między Filadelfią a Burlington, zbankrutowało, a on sam niestety popełnił samobójstwo.

Powodem niepowodzeń powyżej opisanych eksperymentów były głównie prymitywne, ciężkie i mało wydajne maszyny parowe, które na dodatek zajmowały większą część przestrzeni statków, pozostawiając niewiele już miejsca dla ewentualnych pasażerów lub ładunku. Dopiero zastosowanie unowocześnionej maszyny, skonstruowanej przez Jamesa Watta (1784 r.), wyposażonej w mechaniczny rozrząd pary i odśrodkowy regulator obrotów, zmieniło (choć nie od razu) tę niekorzystną sytuację.

Tekst: Ziemowit Sokołowski
Fot: Wikipedia

Cdn.