Newcomens dampmaskin

Newcomens dampmaskin. Legg merke til vannet som sprøytes inn i sylinderens nedre kammer, under stempelet. Fra Wikimedia Commons

Dampmaskinen ble funnet opp for å pumpe vann ut av gruver. Etter hvert som gruvene ble gravd dypere og dypere ned, fikk man problemer med vann som seg inn i gruveganger og sjakter. Pumper som ble drevet av hester ble tatt i bruk ved mange gruver.

På begynnelsen av 1700-tallet konstruerte Thomas Newcomen den første dampmaskinen med sylinder og stempel. Newcomens dampmaskin er en balansedampmaskin, eller beam engine på engelsk. Den består av en vertikal sylinder med stempelstanga pekende oppover. Ved hjelp av en kjetting er stempelstanga koblet til en balanse som er opplagret. I balansens andre ende er pumpestempelet til vannpumpa koblet på tilsvarende måte. Vekten av pumpestempelet vil holde balansen slik at stempelet i dampsylinderen står i den øverste ytterstillingen.

Dampsylinderens nedre kammer, det vil si på undersiden av stempelet, fylles med damp fra dampkjelen gjennom en ventil. Deretter ble ventilen stengt, og vann sprøytet inn i sylinderens nedre kammer gjennom en dyse. Dette får dampen i sylinderen kondenserte, og dermed oppstår et undertrykk under stempelet. Fullt atmosfæretrykk virker fremdeles på sylinderens overside, og stempelet beveger seg nedover. Gjennom vektstanga trekkes pumpestempelet oppover, og vann pumpes ut av gruva. Når stempelet i dampsylinderen er i den nedre stillingen, kan trykket utliknes ved å slippe luft inn i det nedre kammeret. Stempelet i dampsylinderen trekkes oppover av vekten av pumpestempelet.

Sylinderen var laget av messing den første tiden, da messing var lettere å bearbeide. Men det var begrenset hvor stor sylinder det var mulig å lage i messing. De største hadde en diameter på 36 tommer (914 mm). Stempelet hadde en pakning av vadmel eller lær. Sylinderen var ikke boret eller dreiet. Stempelet var heller ikke dreiet, da det ikke fantes verktøy til slikt på den tiden. Stempelpakningene var heller ikke så gode. Derfor var det alltid noe vann på stempelets overside for at pakningen skulle bli tett. Det hendte at vannet rant forbi pakningen og ned i sylinderens nedre kammer.

Newcomens maskiner ble installert og tatt i bruk ved kobber- og tinngruver i Cornwall sørvest i England, men også i kullgruver i de nordlige delene av England ble slike maskiner tatt i bruk. Den første ble tatt i bruk i 1712 i en kullgruve utenfor Wolverhampton. En slik dampmaskin ble tatt i bruk ved Dannemora gruver i Sverige omkring 1730.

Til å begynne med måtte maskinoperatøren betjene ventilene manuelt og til rett tid. Det var gjerne unge gutter som ble satt til slikt arbeid. En maskinoperatør ved navn Humphrey Potter fant ut at ventilene kunne betjenes ved hjelp av tau og motvekter som var festet til maskinens balanse. Etter hvert ble tauene byttet ut med ventilstenger og mekanismer som åpnet og lukket ventilene til rett tid. Dermed kunne maskinens hastighet økes til 15 slag i minuttet.

Newcomens maskiner hadde en ulempe: Dampsylinderen ble varmet opp når den ble fylt med damp og avkjølt når vann ble sprøytet inn i det nedre kammeret gjennom dysa. Dermed brukte maskinene uforholdsmessig mye energi. Dette var et problem for gruveeierne i Cornwall, hvor det ikke fantes forekomster av kull. Kull måtte sendes fra Wales og kullgruver lenger nord i England. Dette var tidkrevende og dyrt.