Kempelenovo koleso

Miroslav Cipár – Wolfgang von Kempelen, foto archív Kempelenopolis, o.z.

Počas celého svojho života sa osvietenec Wolfgang von Kempelen zaoberal vývojom alebo zlepšovaním technických riešení. Čím prispel (a konkuroval iným) v oblasti parných strojov?

Wolfganga von Kempelena najviac preslávil jeho šachový pseudoautomat zvaný Turek, ktorý vytvoril na pobavenie Márie Terézie a hostí na svadbe jej dcéry. Žiaľ, Turek zatieňuje všetky jeho ostatné vynálezy, a hoci sa Kempelen netajil tým, že ide o ilúziu, získal mu v kolektívnej pamäti aj povesť šarlatána.

Bratislavský da Vinci

Johann Andreas Segner teoreticky popísal tzv. Segnerovo koleso, vodnú reaktívnu turbínu. Na rovnakom princípe reaktívneho pohonu navrhol Kempelen svoju parnú turbínu, foto Universitätsbibliothek Leipzig.

Polyhistor, vynálezca, výtvarník a dramatik, súčasník a obľúbenec Márie Terézie Wolfgang von Kempelen (1734 – 1804) sa narodil v Prešporku (súčasná Bratislava), kde prežil takmer celý život. Je jednou z najvýznamnejších osobností osvietenstva u nás. Má na konte niekoľko svetových prvenstiev v rôznych oblastiach poznania, napríklad prvý stroj imitujúci ľudskú reč, prvý patent na parnú turbínu v histórii a prvé použiteľné zariadenie na tlač textu pre nevidomých. Samotný Turek bol ilúziou natoľko originálnou, že predbehol postupy v javiskovej mágii o storočie.
Najväčší prínos Kempelena je rozhodne v oblasti fonetiky. Vďaka jeho monumentálnemu dielu Mechanizmus ľudskej reči a hovoriacemu stroju sa považuje za zakladateľa experimentálnej fonetiky a priekopníka v oblasti logopédie.
Všetky jeho vynálezy sú však ešte pôsobivejšie vo svetle toho, že ide o dielo amatéra. Veda a technika boli len Kempelenovým koníčkom popri povinnostiach vysokopostaveného štátneho úradníka v službách Uhorskej dvorskej komory. Už ako 32-ročný sa stal riaditeľom soľných baní pre celé Uhorsko a svoju úspešnú kariéru zavŕšil ako člen Uhorsko-sedmohradskej dvorskej kancelárie vo Viedni.

Pre kaskády Neptúnovej fontány v Schönbrunne navrhol Kempelen dômyselný systém čerpadiel, ktoré poháňala jeho parná turbína, foto wikipédia/Simon Matzinger.

Úsvit pary

Nie je až také známe, že Kempelen sa zaoberal aj parnými strojmi, hoci v tejto oblasti dosiahol tiež pozoruhodné úspechy. Je to logický dôsledok spojenia vynálezcovho podnikavého ducha s historickými okolnosťami.
Územie súčasného Slovenska bolo vďaka rozvinutému banskému priemyslu jediným mimo Britských ostrovov, kde sa ešte pred priemyselnou revolúciou vo väčšej miere rozšírili parné stroje. Prvý priemyselne využiteľný parný stroj zostrojil Angličan Thomas Newcomen v roku 1712 a už v roku 1721 anglický mechanik Isaac Potter postavil prvý parný stroj mimo Británie v Novej Bani na Slovensku a nasledovali ďalšie v Banskej Štiavnici. Išlo o veľmi primitívny typ, tzv. atmosférické parné stroje (tiež zvané ohňové stroje). Boli veľmi tažkopádne a neefektívne a mali málo spoločné s parnými strojmi, ktoré poznáme z parných lokomotív a lodí 19. storočia. Ohňové stroje však našli využitie v banskom priemysle na odčerpávanie vody zo šácht.

Kempelenova parná turbína. Para vyviera z dýz na koncoch otočného ramena (D) a jej reaktívny účinok núti rameno k pohybu okolo vlastnej osi. Foto Archív Kempelenopolis o.z.

Kempelen ako vysoký štátny úradník mal zrejme kontakty, aby sa dostal k dokumentácii týchto strojov a mohol ich študovať. Uvedomoval si, aký potenciál parná energia v sebe skrýva a zhruba od 70. rokov 18. storočia pracoval na ich zefektívnení. Pravdepodobne nezávisle od škótskeho vynálezcu Jamesa Watta prišiel s konceptom oddeleného kondenzátora pary, čo zvýšilo úsporu paliva až o dve tretiny. Zároveň sa musel vysporiadať aj so skutočnosťou, že v našich zemepisných šírkach boli technológie na spracovanie kovov v porovnaní s Anglickom pomerne oneskorené a nebolo možné vyrobiť kovové piesty a valce s dostatočnou presnosťou. V ohňových strojoch sa používali mosadzné piesty s koženým tesnením. Kempelen vo svojom modeli nahradil kožené tesnenie plsťou, čo niekoľkonásobne zvýšilo životnosť piestu.

Kempelenov vodný reaktívny čerpací stroj na princípe Segnerovho kolesa testovaný v šachte Michal v Hodruši, foto Ivan Ladziansky, Slovenské banské múzeum Banská Štiavnica

Tieto experimenty boli nesmierne nákladné a Kempelen ich financoval z vlastných zdrojov. Keď pri prvom pokuse pred rakúskou patentovou komisiou v roku 1779 jeho prototyp vinou chybného výpočtu objemu valca takmer explodoval, patent nezískal a Kempelen sa ocitol na pokraji bankrotu. Našťastie vďaka turné so šachovým Turkom, na ktoré ho vyslal v rokoch 1783 – 1784 Jozef II., sa mu podarilo skonsolidovať svoju finančnú situáciu. Nakoniec sa mu privilégium pre krajiny habsburskej monarchie na vylepšený ohňový stroj podarilo získať a bol použitý aj pri stavbe kanála Tisa – Dunaj bratmi Kissovcami v terajšom Srbsku v roku 1793.

Newcomenov atmosférický parný stroj

Prácu v ňom nekoná para, ale atmosférický tlak. Valec (B) je zhora otvorený, vahadlo (F – D) sa vplyvom tiaže prevažuje na ľavú stranu a ťahá piest (P1) nahor. Do valca prúdi para z kotla (A). V momente, keď je piest v najvyššej polohe, otvorí sa ventil (V1) a do valca sa vstrekne studená voda. Para skondenzuje a vznikne podtlak, atmosférický tlak zatlačí piest nadol. Slabinou konštrukcie sú straty tepla vo valci, ktorý sa vplyvom vody počas kondenzácie ochladzuje, foto wikipédia/Newton H. Black, Harvey N. Davis.

Kempelenov britský patent na reaktívnu parnú turbínu z roku 1784. Ide o prvý udelený patent na parnú turbínu v histórii. Foto Archív Kempelenopolis o.z.

Vynález, ktorý vydesil Jamesa Watta

Pri pokusoch s parnými strojmi prišiel Kempelen aj na celkom nový koncept ako parnú energiu využiť. V parných strojoch para tlačí na piest vo valci a piest  generuje lineárny pohyb, ktorý je v prípade potreby nutné transponovať na rotačný pomocou hriadeľa. Kempelen prišiel s konceptom parnej turbíny na reaktívny pohon, kde už rotačný pohyb priamo vzniká.
Nadviazal tým na prácu o generáciu staršieho bratislavského fyzika Johanna Andreasa Segnera, ktorý bol v 18. storočí najslávnejším vedcom pochádzajúcim z Bratislavy. Segner teoreticky popísal takzvané Segnerovo koleso, vodnú reaktívnu turbínu. Kempelen využil princíp Segnerovho kolesa, v ktorom nahradil vodu parou pod tlakom.

Kempelenov šachový Turek kombinoval dômyselné technické riešenia s tzv. kabinetnou ilúziou. Šachista ukrytý v Turkovom stole ovládal figurínu a porážal oponentov. Pred predstavením mohli diváci nazrieť do stola, no operátor bol pred ich zrakmi rafinovane ukrytý, foto SLUB/Deutsche Fotothek.

V roku 1784 Kempelen dorazil v rámci turné so šachovým automatom do Londýna, srdca parnej energie, a nechal si svoju turbínu patentovať britským patentovým úradom. Keď mal patent v rukách, pokúsil sa pozvať k sebe Jamesa Watta, najväčšiu autoritu v oblasti parných strojov, a dúfal, že bude mať príležitosť vymeniť si skúsenosti. No J. Watt bol opatrný, svoje know how si chránil nechcel diskusiou inšpirovať svojho potenciálneho konkurenta k vylepšeniam jeho vynálezu. Vyslal ku Kempelenovi dvoch svojich zvedov. Prvý sa u Kempelena zastavil významný anglický chemik Joseph Priestly a neskôr aj Wattov obchodný spoločník Angličan Matthew Boulton a podrobne informovali J. Watta o tom, čo videli. Watt s Boultonom posúdili potenciál Kempelenovej turbíny a zhodli sa, že nie je pre ich záujmy nebezpečná.
Kempelen turbínu použil ako pohon čerpadiel pre kaskády Neptúnovej fontány v Schönbrunne. A hoci nebola veľmi výkonná, ide o prvý udelený patent na parnú turbínu v histórii a priekopnícku myšlienku.
Praktickým využitím Segnerovho kolesa sa zaoberal aj naďalej, navrhol čerpací stroj s vodným reaktívnym pohonom pre bane s nedostatkom pohonnej vody, no s vysokým vodným spádom. Tento stroj sa testoval v šachte Michal v Hodruši, to však bolo až po Kempelenovej smrti.

Ešte jedno prvenstvo?

V súvislosti s Kempelenom a jeho prácou s parnými strojmi sa objavuje ešte jedno zaujímavé svedectvo. Bratislavský divadelník Christoph Ludwig Seipp vo svojich pamätiach spomína, že bol okolo roku 1775 v Bratislave svedkom pokusu na Dunaji o pohon lode pomocou pary proti prúdu. Tento pokus údajne riadil dvorský radca Kempelen. Zatiaľ nemáme žiaden spoľahlivejší dôkaz, no ak Ch. L. Seippa neklamala pamäť, prípadne nepremohla bujná fantázia, išlo by o jeden z prvých pokusov o parný pohon lode na svete.

Ing. Andrej Groll
Kempelenopolis, o.z.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2019.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre