James Watts ångmaskin 200 år men än dras vi med hästkrafter

Taggar: Personer: James Watt Teman: hästkraft

James Watts ångmaskin 200 år men än dras vi med hästkrafte År 1774 presenterade den skotska instrumentmakaren James Watt ett uppseendeväckande ångredskap som — i motsats till tidigare experiment i genren — äntligen gjorde skäl för benämningen maskin. En geniallskt enkelt förbättrad version av den tidens otympliga ångdrivna gruvpumpsmaskiner. I själva verket dessutom en överraskande hoppingivande prototyp för en framtida mekanisk universalkraftkälla. Den snabba funktionstakten lockade nämligen snart såväl industri som kommunikationsmedel till lands och sjöss att pröva den slamrande och stenkolsrökspyende metallrobotens till synes outsinliga krafter. Ångmaskinen var född och jordens industrialisering inledd för jämt två sekler sedan.

Därmed blev termen effekt — per tidsenhet presterad energi (arbete) — högaktuell också för många av det praktiska livets män. Watts fundamentala insatser i maskinteknikens begynnelseskede hedrades slutligen, hundra år senare, med en internationell effektenhet bärande hans namn.

Själv hade ångmaskinens upphovsman emellertid redan 1783 lanserat enheten Horse Power (HP). Ett mått som dessvärre inte helt överensstämde med den hästkraft som — dumt nog — sedermera godtogs också i metersystemsländerna.

Det nya mångomtalade SI-systemets snart förestående införande i alla industriländer låter en dock nu hoppas på en definitiv pensionering av den sedan länge uttjänta industrihästen.

Av Watts två nästan jämnåriga skapelser — ångmaskin och hästkraft — lyckades den sistnämnda tyvärr överleva sin kumpan alltför länge genom att oförmärkt .smyga sig in i förbrännings- och alla andra motorers utom de elektrotekniska maskinernas terminologi. Elmaskinerna har nämligen från början beräknats och klassificerats i watt och kilowatt.

Senast den 31 december 1977 ska hästkrafternas långa hegemoni likväl brytas. Då bör nämligen SI-måttsystemet vara genomfört i alla industriländer. Efter 1974-12-31 levereras alla nytillverkade mät- och provningsdon med skalor enligt SI-systemet (Systéme International d’Unités). Då måste också maskineffekterna anges i watt.

20

Knappast ens för rena lekmän behöver man framhålla fördelen av att alltid kunna ange maskin- och apparateffekter i en och samma internationella måttenhet watt (W). Eller enheter av denna såsom kilowatt (kW), megawatt (MW) respektive milliwatt (mW), mikrowatt (uW) etc. Helt oberoende av om det gäller elkraft, mekanisk energi eller grunden till all energi — värme. I sanning en efterlängtad reform ägnad inte bara att förenkla fackmannens arbete utan också klarlägga energi- och effektbegreppen för den tekniskt mindre bevandrade allmänheten.

Gruvhästen förebild

Den genanta historien om ”gruvhästen” med kraft att dominera tekniken under två sekler började med att Watt sökte efter en strikt definierad måttenhet för att med konkreta siffror kunna påvisa sina ångmaskiners överlägsna prestationsförmåga.

År 1783 mätte Watt upp att en ordinär gruvhäst presterade en 180 pounds dragkraft (1 Ib = 543,6 gram) när den varv efter varv, med 12 foots radie ( 1 ft = 0,305 m), drog runt ett vindspel som lyfte en gruvpumpskolv.

Eftersom varje rundvandring tog 1/2 minut blev effekten drygt 32 400 ft Ib/ min, vilket Watt avrundade till 33 000 ft Ib/min eller 550 ft Ib/sekund, som fick bli den eftersökta effektenhetens definition. I foot-pound länderna förblev denna Horse Power faktiskt oförändrad fram till den dag som är.

Först 100 år senare lanserades i meter 5 Z 2 |

UP g-sekund systemet den fysikaliska efektenheten 1 watt, definierad som arbetet 1 Joule/sekund. År 1889 gick man på brittiskt håll faktiskt så långt att en heten watt (W) föreslogs som ersättar ör den i praktiken använda HP-enheten. Men för att tala med britternas egna ord ännu helt nyligen: ”But little notice has so far been taken of this request”. — eller fritt på ren svenska: ”Föga notis ar än så länge tagits om det förslaget.”

Olika hästar

När hästkraftsenheten sedermera, omkring 1900, vann insteg i metersystemets tekniska språkbruk “överensstämde dimensioneringen tyvärr inte med HP-enhetens storlek. Förmodligen ville man, liksom Watt på sin tid avrunda en smula och beslöt — populärt sagt — att 1 HK = den effekt som krävs för att på en sekund lyfta 75 kg lodrätt upp 1 meter. Översatt till watt blev detta cirka 735,5 W medan britternas HP = 745,7 W. Frånsett olika mätningssätt — DIN, SÅE etc — är skiljaktigheten mellan å ena sidan Horse Power (HP) samt å andra sidan hästkraft (HK), Cheval Vapeur (CV), Cavallo Vapore (CV), Caballos de Fuerza (CE), Pferdestärke (PS), Hestafl (HA) etc orsak mer än nog att försöka få till stånd en internationellt standardiserad praktisk effektenhet — dvs helt enkelt SI-systemets watt (W).

Tänk så bekvämt och överskådligt att exempelvis i ett dieselelektriskt fartygsmaskineri kunna använda samma effektenhet för både dieselmotor, elgenerator och propellermotor. I stället för kanske

Schematisk framställning av Watts dubbelverkande ångmaskinscylinder. Ångan verkar här turvis på bägge sidor om kolven varvid ånginsläppet styrs av den med S märkta slidan. I och med att kolven trycks åt höger (vänstra skissen) öppnas småningom ångtillförseln till höger (högra bilden), medan till vänster en avloppskanal öppnas för den ånga som redan utfört sitt arbete.

Forum 17/7 av tillverkningslandet beroende hästkrafter i dieseln, kilowatt i generatorn och den eldrivna propellermotorn, vars axialhästkrafter någon kanske till råga på allt vill ha uppgift om. Undra på att vanliga människor skyggar och småryser utanför de terminologimurar teknikerna alldeles i onödan omgärdar sig med.

Värmeslöseri

Vid 20 års ålder (1756) etablerade sig Watt som instrumentmakare vid universitetet i Glasgow. Någon nämnvärd skol Watts centrifugalregulator är stamfar till vår tids alla servomekanismer enligt feed-back principen. När den roterande lodräta bärstången börjar snurra för snabbt stiger de bägge kulvikterna uppåt samtidigt lyftande en på rotationsstången glidande ring som står i hävstångsförbindelse med en strypventil för ångtillförseln. Genom olika belastning av ringen kan sålunda olika konstanta omloppstal hos maskinen erhållas.

bildning fick han aldrig. Läsa och skriva måste han lära sig hemma emedan han i skolåldern led av en så ohygglig migrän att läkarna började undra om han överhuvudtaget skulle kunna bevara sitt förstånd.

Farhågorna var lyckligtvis överdrivna. I arbetet träffade Watt dessutom den några år äldre kemisten Joseph Black som invigde sin obelästa vän i sin egen stora upptäckt — materiens latenta värme — och dennas uppenbara verkningar och yttringar ute i det praktiska livet. Vid reparation av universitetets Newcomen-ångmaskinsmodell insåg Watt klart den fruktansvärt ineffektiva och oekonomiska funktionsprincipen hos de otaliga ångmaskiner Thomas Newco Forum 17/7 men i över 30 år hade levererat till den brittiska gruvindustrin.

1 Newcomen-maskinen måste nämligen cylindern, för varje kolvslag, avkylas med kallt rinnande vatten för att kondensera ångan så att det uppkomna vakuumet sög in kolven tillbaka till utgångsläget. Ofantligt mycket ånga och motsvarande mängd kol — plus tid — slösades bort vid varje kolvslag bara för att hetta upp den tjockmantlade cylindern på nytt.

Efter åratal av tankearbete kom Watt utligen på den genialt enkla idén att, ör varje kolvslag, leda in ångan i ett separat kondenseringskärl, som ständigt kunde hållas kallt, medan cylindern i sin tur fick bibehålla sin höga temperatur i det närmaste oförändrad.

Detta inte bara sparade bränsle utan gav också ett helt annat arbetstempo eftersom den långa ”onyttiga” pausen för cylinderns nyuppvärmning undveks. James Watts maskin var således märkbart snabbare och effektivare än Newcomens och alla den tidens övriga försök till ångdrivna mekaniska kraftkällor.

Kn

Slid och svänghjul

Watt var dock ännu inte nöjd med denna maskin av 1769-års modell. Det var ju fortfarande bara fråga om med ånga alstrad linjär dragkraft för gruvvattenspumpar. Innan full täckning fanns för benämningen maskin krävdes ännu den ör oss industrialiserade människor i dag så självklara rotationsrörelsen.

Det problemet gav Watt ständigt huvudbry ända till 1772 då tanken på en dubbelverkande kolv plötsligt dök upp i hans konstruktörshjärna. Ångan borde, med hjälp av en automatiskt styrd slidventil, få verka växelvis på bägge sidor om kolven. Detta skulle självfallet ge en enomenalt ökad arbetstakt, med ett minimum av värmeförluster. Kemistkamraten Black blev så imponerad av lösningen att han lånade Watt en större penningsumma för finansiering av ytterligare förbättringsexperiment. År 774 ingick Watt dessutom kompanjonskap med Soho Engineering Companys förmögna innehavare Matthew Boulton så att urmodellen för kommande tiders ångmaskin ännu samma år stod klar till beskådande. Komplett, inklusive en hävstångs- och kugghjulsmekanism som kopplad till ett svänghjul omvandlade

James Watt, självlärd skotsk fysiker och den egentliga ångmaskinens genlata uppfinnare. Bilden enl. samtida oljemålning tillhörande Svenska tekniska museets samlingar. Tack vare sina fundamentala insatser Industriallseringen till fromma har effektenheten watt (W) uppkallats efter honom.

kolvens rätlinjiga rörelse av och an till en mer mångsidigt användbar, och fram för allt jämn, rotationsrörelse.

Centrifugalregulator

Till Watts många pionjärprestationer hör dessutom den välkända parallellogramformade roterande kul- och hävstångsmekanismen kallad centrifugalregulator — alla moderna servomekanismers stamfar — som gav möjlighet att ställa in maskinens gång på ett konstant omloppstal, oberoende av belastningens storlek.

Nu två sekler senare kan man svårligen föreställa sig hur den av Watts konstruktioner utlösta tekniska revolutionen tedde sig för den tidens folk. Inom fem år degraderades Newcomens otaliga gruvpumpar till skrot och redan år 1800 var över 500 Watt-maskiner i bruk enbart i England.

Så tidigt som 1785 mekaniserades britternas första spannmålskran, 1789 en Cartwright vävstol och 1796 ett valsverk. Vid ingången till 1800-talet drevs till och med ett engelskt tröskverk med ånga. Men framför allt bortåt hundra stora bomullsspinnerier.

Visserligen hade Cugnot år 1769 i Frankrike och Murdoch i England 1785 konstruerat egna förslag till ångdrivna militärvagnar för kanontransport men först på 1910-talet kom ångmaskinen, tack vare Watts konstruktioner, på allvar in i kommunikationsmedlens utvecklingshistoria. Utan tvivel är James Watt mera än en häst förtjänt att få vårt energispäckade = tidevarvs effektenhet uppkallat efter sig.

21