Τ.62, Σεπτέμβριος 2010

Νορία: Ατμομηχανές ανέλκυσης στην πορεία προς τον 20ο αιώνα  
                              
Από την αρχή του αφιερώματός μας στην ανέλκυση, πριν από αρκετά τεύχη, είχαμε χωρίσει την ύλη σε δυο ξέχωρες ενότητες ανάπτυξης. Η πρώτη –κύρια ενότητα– περιλάμβανε τις εξελίξεις στους μηχανισμούς και τα συστήματα ανέλκυσης και η δεύτερη υποενότητα της νορίας, περιλάμβανε οτιδήποτε σχετικό με την ανέλκυση νερού, έτσι όπως αυτή αποτυπώνεται –και σε βάθος χιλιάδων χρόνων– στη διάταξη της νορίας. Οι διάσπαρτες νύξεις μας στην πορεία των τευχών συναπαρτίζουν τους λόγους που μας κάνουν να θεωρούμε τον υδρόμυλο, μια από τις γοητευτικότερες, σημαντικότερες και πιο ανθεκτικές στο χρόνο, ανθρώπινες επινοήσεις. (Επιφυλασσόμαστε παρά ταύτα για μια μελλοντική σύνοψη πάνω στο θέμα αυτό). Διατηρήσαμε και σε αυτό το τεύχος την υποενότητα της νορίας, παρόλο που δεν εξυπηρετείται πια με αυτό ο κύριος λειτουργικός στόχος των προηγούμενων τευχών. Ο ύστατος απόγονος της νορίας στάθηκε ο ατμοστρόβιλος, για τον οποίο μιλήσαμε στα προηγούμενα τεύχη. Δεν θα πούμε όμως, από εδώ και πέρα, πολλά παραπάνω γι’ αυτό το θέμα. Κατά συνέπεια δεν θα ανιχνεύεται σε αυτά που θα ακολουθήσουν, η μορφή της νορίας. Ωστόσο, θα διατηρήσουμε για λόγους απλής χρηστικότητας τη μορφή του κειμένου έτσι όπως μέχρι σήμερα την έχουμε παρουσιάσει. Και σε αδρές γραμμές η στοιχειώδης λειτουργία θα παραμένει η ίδια. Στην κύρια ενότητα θα παρουσιάζονται οι εξελίξεις στην ανέλκυση και στη δεύτερη ενότητα ό,τι αφορά τα παρελκόμενα ή αλλιώς τις δευτερεύουσες (για εμάς εννοείται) τεχνολογίες.

Στο προηγούμενο τεύχος λοιπόν και στην υποενότητα της νορίας, είδαμε τις μονοκύλινδρες κατακόρυφες ατμομηχανές αλλά και τις μονοκύλινδρες οριζόντιες. Αναφερθήκαμε επίσης στις δίδυμες ατμομηχανές που παρουσιάστηκαν μετά το 1850 και πρόσφεραν περισσότερη δύναμη αλλά και ομοιομορφία και ομαλότητα στη λειτουργία τους. Η εμφάνιση μετά το 1850 των σύνθετων δίδυμων μηχανών αλλά και των ατμομηχανών υπερκείμενων κυλίνδρων συμπίπτει με την υιοθέτηση των νέων τρόπων ανέλκυσης, δηλ. της κινούσας τροχαλίας και των πύργων ανέλκυσης (δες προηγούμενη ενότητα). Αυτοί ακριβώς οι δυο τύποι που θα δούμε στο παρόν τεύχος, σημαδεύουν και το απώτατο όριο εξέλιξης των ατμομηχανών ανελκυστικών χρήσεων (η σιδηροδρομική ατμοκίνηση αποτελεί μια διαφοροποιημένη ιστορία, στην οποία ίσως τροχάδην αναφερθούμε, με μια παραπομπή, στο επόμενο τεύχος) .

Σε αυτό το τεύχος επίσης, θα κάνουμε και μια στάση σε κάποιους χαρακτηριστικούς σταθμούς της πορείας για τον ηλεκτρισμό (και τον ηλεκτροκινητήρα).

Ξαναγυρνώντας λοιπόν στις δίδυμες ατμομηχανές, βρισκόμαστε στα 1870 περίπου, μέσα σε ένα φρεάτιο που έχει φθάσει ήδη στο βάθος των 500 μέτρων. Στα επόμενα χρόνια, μέχρι το 1885, κατασκευάστηκε η εξέλιξη της δίδυμης μηχανής, η δίδυμη σύνθετη ατμομηχανή η οποία εκτόνωνε τον ατμό με διβάθμια λειτουργία (σε δυο χρόνους), σε αντίθεση με την απλή δίδυμη μέσω της οποίας ο ατμός εκτονωνόταν μονοβάθμια. «Η διάταξή της δεν διέφερε εξωτερικά από αυτήν της απλής δίδυμης μηχανής.

Λειτουργικά όμως χρησιμοποιούνταν ο ένας κύλινδρος ως κύλινδρος υψηλής πίεσης· ο ατμός μετά την εκτόνωσή του σε αυτόν οδηγούνταν στο δεύτερο κύλινδρο, που λειτουργούσε ως κύλινδρος χαμηλής πίεσης, και εκεί ο ατμός εκτονωνόταν για δεύτερη φορά (σε χαμηλότερη βέβαια πίεση). Το πλεονέκτημα της διβάθμιας εκτόνωσης του ατμού και η συνεπακόλουθη καλύτερη αξιοποίησή του, αντισταθμιζόταν από τη μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, το υψηλότερο κόστος και τη δυσκολία χειρισμού της εγκατάστασης. Επιπρόσθετα, για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο κύλινδρος χαμηλής πίεσης κατά την εκκίνηση, έπρεπε να τροφοδοτείται, μέσω μιας ειδικής βαλβίδας, με ατμό υψηλής πίεσης. Τα μειονεκτήματα κατά τη λειτουργία έτειναν, τελικά, να αντισταθμίσουν τα, έτσι κι αλλιώς μικρά, ενεργειακά οφέλη. Λογικό επακόλουθο όλων αυτών ήταν η αντικατάσταση αυτού του τύπου, μετά από 15 μόλις χρόνια, από τη δίδυμη μηχανή υπερκείμενων κυλίνδρων.

Η δίδυμη μηχανή υπερκείμενων κυλίνδρων αποτελεί την εφαρμογή της εν σειρά ζεύξης δυο δίδυμων μηχανών, που η μια λειτουργεί ως βαθμίδα υψηλής πίεσης ενώ η άλλη ως χαμηλής.

Τα έμβολα της βαθμίδας υψηλής και χαμηλής πίεσης συνδέονται στον ίδιο διωστήρα και κινούν την ίδια άτρακτο. Παρακάμπτονται έτσι οι δυσκολίες εκκίνησης της δίδυμης σύνθετης μηχανής. Το πλεονέκτημα της καλύτερης ευελιξίας κατά τη χρήση, και της καλύτερης αξιοποίησης του ατμού, έπρεπε να... εξαγοραστεί με αυξημένο αριθμό κυλίνδρων, και επομένως οργάνων ελέγχου και ρύθμισης, καθώς και με μεγαλύτερες απαιτήσεις σε συντήρηση και ανταλλακτικά. Υψηλότερο ήταν και το κόστος αγοράς, και απαιτούνταν ακριβότερες θεμελιώσεις και περισσότερος χώρος, που οδηγούσαν σε επιπρόσθετο οικοδομικό κόστος.

Η μεγαλύτερη δίδυμη μηχανή υπερκείμενων κυλίνδρων κατασκευάστηκε και χρησιμοποιήθηκε στον Καναδά, λίγο πριν το τέλος του 19ου αιώνα, από την εταιρεία Tamarack Minig Co. Είχε ισχύ 5.000 RS, που επαρκούσε για την ανέλκυση ενός ωφέλιμου φορτίου 6 τόννων από ένα βάθος 1.800 μέτρων, με ταχύτητα 20 μέτρων ανά δευτερόλεπτο! Το φορτίο ανελκυόταν μέσω ενός διπλού κωνικού τυμπάνου, εδρασμένου σε μια άτρακτο, στο μέσο του οποίου τυλίγονταν τα σχοινιά. [Μια αντίστοιχη κατασκευή, για άντληση όμως νερού, δούλευε ως το 1977(!) στο αντλιοστάσιο Muelheim–Styrum, στη Γερμανία]». 

Ένα ακόμη σκαλοπάτι στην κατασκευή ατμομηχανών ανέλκυσης αποτέλεσε και η κατασκευή της τρίδυμης ατμομηχανής, που κατασκευάστηκε μετά το 1930 στη Γερμανία. Δεν θα πούμε όμως τίποτε περισσότερο γι’ αυτήν την προσπάθεια όχι μόνο γιατί ξεφεύγει χρονικά από τα όρια του παρόντος τεύχος, όσο γιατί δεν σημείωσε καμμιά επιτυχία. Η κατασκευή της υλοποιήθηκε για να δοθεί (φρούδα ελπίδα) μιαν απάντηση από μέρους της παλιάς τεχνολογίας των ατμομηχανών, στα προβλήματα που είχε παρουσιάσει η νέα τεχνολογία των ηλεκτροκινητήρων, που όμως είχε ήδη –και εύλογα– κυριαρχήσει. Η αναφορά μας όμως στους ηλεκτροκινητήρες ανέλκυσης θα αρχίσει στο επόμενο τεύχος. Κλείνοντας το κεφάλαιο των ατμομηχανών ανέλκυσης, που είχαμε ανοίξει πριν 3 τεύχη, ας δούμε την ανώτατη απόδοσή τους λίγο πριν αρχίζουν να ξεπερνιούνται ως ενεργειακή τεχνολογία.

Ο πίνακας 7 (που δημοσιεύθηκε και στο προηγούμενο τεύχος) δείχνει την εξάπλωση των ατμομηχανών μέσα σε διάρκεια 50 χρόνων.

Πίν. 7 Αριθμός ατμομηχανών και συνολική ισχύς ενέργειας το διάστημα 1820- 1870

Ο παρακάτω πίνακας (8), δείχνει ένα άλλο σημαντικό μέγεθος· την εξέλιξη της κατανάλωσης άνθρακα (σε kg) από τις ατμομηχανές, ανά ώρα και ανά ίππο.

Πίν. 8  Η εξέλιξη της κατανάλωσης στις ατμομηχανές.

Όλα τα παραπάνω (που περικλείονται στους πίνακες), αφορούν στατιστικά στοιχεία της εξέλιξης των ατμομηχανών στη Γαλλία και δίνουν μια εικόνα της ενεργειακής απόδοσης των ατμομηχανών, την ώρα που αρχίζουν να αντικαθίστανται από τους ηλεκτροκινητήρες (αναφερόμαστε βέβαια στις ανελκυστικές χρήσεις των μηχανών αυτών).

Ήδη στο προηγούμενο τεύχος είχαμε προαναγγείλει τα σκαλοπάτια των τεχνικών επινοήσεων που αφορούσαν την ηλεκτροτεχνία (μπαταρία-μανιατό-δυναμό, κ.τ.λ.). Επίσης, στις προηγούμενες σελίδες γράψαμε ότι η παρούσα υποενότητα θα έκανε μια στάση σε κάποιους σταθμούς της πορείας για τον εξηλεκτρισμό.

Δυστυχώς όμως, η παρέκβαση (από το θέμα), κατανάλωσε περισσότερο χώρο απ’ όσο υπολογίζαμε.

Ενδεχόμενα, μεγαλύτερη έκταση στο παρόν κείμενο θα υπερέβαινε, εκτός των άλλων, και τις αντοχές του αναγνώστη. Έτσι η αναφορά μας στον ηλεκτρισμό θα πραγματοποιηθεί στο επόμενο τεύχος μαζί με τη συνέχεια της παρέκβασης αναφορικά με τις διάφορες όψεις της αστικής κοινωνικοποίησης των εργατών του 19ου, 20ου αιώνα.