Aurumasin

Heroni aurumasin Aeolipile

Aurumasin on kolbmootor, mis muundab auru soojusenergia mehaaniliseks tööks, laiemalt võttes aurujõuseade. Aurujõuseadmetes kasutatakse töökeha või soojakandjana veeauru. Auru toodetakse aurukateldes, kus vesi kuumutatakse keemistemperatuurini, aurustatakse ja antakse aurule vajalikud parameetrid (rõhk ja temperatuur).

Ajalugu

• Teadaolev aurujõuseadme esimene skeem pärineb esimeset sajandist. Seadme nimi oli Aeolipile (tuleb sõnadest aeoli ja pile – Kreeka tuulejumal), autoriks Heron Aleksandriast. See masin praktilist kasutust ei leidnud, kuid demonstreerib ilmekalt, et aurujõuseade on võimeline tegema tööd, paneb trumli pöörlema.

Denis Papini aurumasin

• Esimese töötava aurujõuseadme ehitas prantslane Denis Papin (1647 – ca 1712) 1690.aastal. Silindrit, mille sees on kolb, kuumutatakse alt, silindris olev vesi aurustub ja aur tõstab paisudes kolvi üles. Järgnevalt jahutatakse silindrit väljaspoolt külma veega, aur veeldub, tekib vaakuum, välisõhk surub kolvi alla, ning kolvi varda külge kinnitatud mingi seade (nt. pumba hoob) teeb tööd.

Fail:Savery.png

Thomas Savery aurumasin “kaevuri sõber”

• 1698. aastal konstrueeris Suurbritannias Thomas Savery (ca 1650 – 1715) kaevanduste tarbeks aurukäitusega, imeva,kolvita veepumba, nn. kaevuri sõbra. Savery masinat kasutati kaevandusest vee väljapumpamiseks. Masinal pole kolbi, silindrisse suunatakse aurukatlast kuum aur. Pärast klappide ümberlülitamist jahutatakse silindrit külma veega, aur silindris kondenseerub, tekib vaakuum, mis imeb vee üles.

Fail:Newcomen.gif

Thomas Newcomeni aurumasin

• Umbkaudu 1710. aastal arendas inglise leiutaja Thomas Newcomen (1663 – 1729) Thomas Savery ja Denis Papini ideid edasi ja konstrueeris kolbaurumasina, mis pumpas samuti vett ja liikuma pani selle samuti vaakuum ja välisrõhk, töösilinder ja pump olid aga eraldi.

Fail:Watt.png

James Watti esimesi aurumasinaid

• Esimese pidevalt töötava jõumasina lõi šoti insener James Watt (1736-1819). Alustanud 1764. aastal Londoni ülikooli laborandina oma eelkäija Thomas Newcomeni poolt söekaevandusest vee väljapumpamiseks leiutatud aurupumba mudeli taastamisega, oli ta aastaks 1784 välja töötanud täpse ja keerulise, teaduslikule baasile tugineva tehisjõuallika – universaalse kahepoolse toimega ülerõhu-kondensaator-aurumasina. Watti aurumasin on põhimõtteliselt erinev eelnevate leiutajate poolt loodust. Kasulikku tööd teeb mitte välisrõhk, vaid paisuv aur. Kasutatakse ära kolvi mõlemad liikumissuunad. Aurukatlst tulev aur suunatakse läbi siibri aurumasina silindrisse, kus ta paisudes paneb kolvi liikuma. Tagasikäigul surub kolb heitauru silindrist kondensaatorisse.
• James Watt oli ka suurepärane strateeg ja tootmisjuht, ta valmistas tehnoloogiliselt ette ka kõik vajaliku nende omaloodud aurujõuseadmete tootmiseks ning koos suhkruvabrikant Matthew Boultoniga (1728-1809) 1775. aastal asutatud firmas Boulton & Watt Birminghamis valmistati ja täiustati paarikümne aasta jooksul sadu (mõnedel andmetel tuhandeid) aurumasinaid, loodi ühesilindriline ühepoolse ja kahepoolse tegevusega aurumasin, parandati soojuslikku kasutegurit ja töökindlust. Aurumasinate kasutuselevõtt Inglismaal, mandri-Euroopas, Ameerikas ja mujal andis otsustava tõuke tööstusliku tootmise arenguks ja industriaalühiskonna tekkimiseks. Millegipärast oli J. Watt sügavalt veendunud, et tema leiutatud masin sobib kasutamiseks vaid statsionaarsena, kuid aurumasin elas juba oma iseseisvat elu ning oli vaid aja küsimus, millal see leiab kasutamist transpordis. Esimesena teostas selle Richard Trevithick (1771-1833), konstrueerides 1802. aastal aurujõul liikuva lokomotiivi. Järgmine oli meretranspordi valdkond.

Aurumasin laevadel

Katsetused

Juba 1736.aastal oli inglise leidur Jonathan Hulls patenteerinud pukseri, mille sõuratast pidi käitama Newcomeni aurumasin, aga sellest ei saanud asja. Väidetavalt jõudis 1776.aastal aurumasinat kasutava aluseni prantsuse markii Claude de Jouffroy d Abans (1751-1832). Seda masinat katsetati Doubs´i ja Saône´i jõel, kuid ka see laev (õigemini paat) ei jõudnud proovisõitudest kaugemale.

Tõsisemaltvõetav oli Šotimaal 1801. aastal ehitatud pukser CHARLOTTE DUNDAS, mille ühesilindriline aurumasin arendas võimsust 7,4 kW.

Aurulaevade aeg

Siiski loetakse aurikute ajastu alguseks ameeriklase Robert Fultoni (1765-1815) reisiaurikut CLERMONT, mille kahte kaheksalabalist sõuratast ajas ringi Inglismaalt toodud Boulton & Watt 15 kW-ne aurumasin.

Fail:Aurumasin1.gif

Ühesilindriline kahepoolse tegevusega aurumasin

Edasine aurumasinate areng toimus kiiresti, esialgu kasutati ühesilindrilisi ühe ja kahepoolse tegevusega aurumasinaid laeva sõuratta käitamiseks, järgnevalt sõukruvile töötavaid 3.astmelisi (3.silindrilisi, auru kolmekordse paisumisega) aurumasinaid.

Fail:Aurumasin3.gif

Kolmeastmeline aurumasin

Juba 1880.–1890. aastatel küündis aurulaevade peaaurumasinate koguvõimsus 15000 kW-ni. XX sajandi algaastatel Saksamaal ehitatud reisiaurikutele KAISER WILHELM II (1903) ja KRONPRINZESSIN CECILIE (1907), valmimise ajal maailma suurimatele ja kiireimatele, paigaldati kummalegi kaks 3-astmelist peaaurumasinat á 20 000 hj (14 700 kW). Enam kui 20 m pikkused, 14 m kõrgused ja 1500 t kaaluvad peamasinad on suurimad kunagi ehitatud kolbaurumasinatest. Madalsurvesilindri läbimõõt 2,85 m on tänaseni ületamata rekord mistahes kolbmasinatele. Ent nende masinate mõõtmed ja massi ning saavutatava võimsuse suhe näitasid, et kolbaurumasinate tehnoloogilise ja majandusliku otstarbekuse piir oli saavutatud ja ehkki nende kasutamine laevadel jätkus langeva trendiga veel u 50 aastat, pidi eelneva 100 aasta jooksul ainsa jõumasinana maal ja merel kasutuses olnud aurumasin loovutama koha uutele jõumasinatele. Nendeks said XIX sajandi lõpus leiutatud auruturbiin ja diiselmootor, millele pool sajandit hiljem järgnes gaasiturbiin.

• Kolm 3-astmelist aurumasinat koguvõimsusega u 4000 kW on paigaldatud ka 1914. aaastal ehitatud jäämurdjale SUUR TÕLL.

Aurujõuseadmete kunagine juhtpositsioon laevade jõuseadmetena on tänapäeval, kui laevastiku valdava osa moodustavad mootorlaevad, taandunud põhiliselt laeva soojusenergiaga varustamisele ja mõnedel laevatüüpidel lisaks ka mehaanilise energia tootmisele abiturbiinide abil elektrigeneraatorite või pumpade käitamiseks.