www.timberships.fora.pl

kgerlach

Temat powstał z inspiracji kolegi AndrzejaNS.

Nie da się zaprzeczyć, że pompy stanowiły na okrętach drewnianych jeden z najważniejszych elementów wyposażenia. Pomijając okres pierwszych dłubanek bez podwyższonych nadburć, konstrukcja jednostek z drewna z góry zakładała konieczność przedostawania się wody do wnętrza – zawsze występowały przecież jakieś szwy na łączeniach poszczególnych części, więc niezależnie od metod i jakości ich uszczelniania pytanie nie brzmiało CZY łódź, statek lub okręt będzie przeciekać, tylko NA ILE INTENSYWNIE i w jaki sposób będzie się to ZMIENIAĆ W CZASIE. Im bardziej burzliwe były wody, po których pływano, tym większa istniała „gwarancja” szybkiego narastania problemu, ponieważ poszczególne elementy konstrukcyjne pracując na falach poruszały się względem siebie, przez co powodowały wypadanie wszelkich materiałów uszczelniających. Oczywiście nie oznaczało to automatycznie ani używania pomp, ani nawet ich zbyt wielkiej potrzeby. Póki jednostki pływające były niskie, bez pokładów lub tylko z lekkimi, ruchomymi deskami pełniącymi ich rolę, całkowicie wystarczało wylewanie przybywającej wody rozmaitymi czerpakami. Na dużych okrętach starożytnych używano już pomp do wylewania wody zęzowej – załogi małych zadowalały się na ogół nadal wiaderkami i gąbkami. Wiadomo z tych czasów o pompach pokładowych działających na zasadzie śruby Archimedesa, przy czym niektóre z nich napędzano kieratami.

I to od razu potrzebne jest pewne wyjaśnienie terminologiczne. Otóż w literaturze historycznej dotyczącej dawnych okrętów przyjęto nazywać POMPĄ każdy przenośnik cieczy, bez względu na zasadę działania i konstrukcję. Z uwagi na tradycję, ja również będę się posługiwał takimi określeniami. Jednak jako inżynier nie mogę nie zauważyć, że współczesne polskie słownictwo techniczne wyróżnia zupełnie inne kategorie: jeśli urządzenie nie wytwarza różnicy ciśnień między stroną ssawną a stroną tłoczna, to W OGÓLE nie jest pompą, tylko np. czerpadłem. Otóż jeśli posługujemy się śrubą Archimedesa do podnoszenia wody, mamy do czynienia właśnie z CZERPADŁEM śrubowym, a nie pompą śrubową (która jest całkiem inna). Jeśli wykorzystujemy do podnoszenia cieczy rozmaite kubełki, tarczki itp. osadzone np. na wspólnym cięgnie (jak w tzw. łańcuchowych pompach okrętowych), to znaczy, że korzystamy z CZERPADŁA POJEMNIKOWEGO, a nie pompy! Teraz – wiedząc już jak jest naprawdę – będziemy mogli tę niewygodną prawdę w większości wypadków spokojnie ignorować Smile

.

Rys.1. Czerpadło śrubowe (śruba Archimedesa), na okrętach starożytnych traktowane jako pompa.

Oczywiście takie czerpadła śrubowe, chociaż całkiem wydajne (przez tysiąclecia używano ich w nawadnianiu terenów rolnych), praktycznie nie wytwarzały żadnego ciśnienia, więc nie nadawały się na przykład do gaszenia pożarów, wybuchających w świecie starożytnym nawet bez Nerona. Jednak ówcześni ludzie znali także ciśnieniowe pompy tłokowe – używano np. cylindrów ołowianych w drewnianej obudowie, tłoków wygładzanych na kole tokarskim i smarowanych oliwą, zaworów klapowych obciążanych sprężynami. Proszę zauważyć, że świadomie nie napisałem o pompach „ssąco-tłoczących”, gdyż podciśnienie wytwarzane przez te urządzenia było znikome – to nacisk cieczy znajdującej się wokoło zapewniał ich zasilanie, a nie siła ssąca. Dla „niewolniko-pomp” strażackich (prototypów późniejszych motopomp Wink

) nie miało to znaczenia, ponieważ i tak musiały być zasilane z dużego zbiornika. Natomiast niskie zęzy okrętowe nie zapewniały podobnych warunków, więc ani śrubowe czerpadła Archimedesa, ani tłokowe pompy ciśnieniowe nie mogły działać tutaj bardzo sprawnie, ale najwidoczniej zadowalały żeglarzy starożytnych. Możliwe zresztą, że pomp tłokowych na ich jednostkach nie używano jako zęzowych, tylko służyły np. do przetłaczania ołowianymi rurami wody pitnej (znany jest taki przykład z wykopalisk).

Rys.2. Schemat działania dwucylindrowej pompy tłokowej. Jeśli – uwagi na poziom technologii i używane materiały – nie była zbyt szczelna, wytwarzała tylko znikome podciśnienie (kanały tłoków napełniały się grawitacyjnie), ale i tak mogła dawać całkiem spore ciśnienie tłoczenia, nadając się np. do gaszenia pożarów.

Rys.3. Pompa tłokowa w wydaniu szczelnym była pompą ssąco-tłoczącą. Za tłokiem poruszającym się w górę wytwarzała się strefa podciśnienia, zasysająca wodę doprowadzoną poniżej.

Tym niemniej już w starożytności wymyślono także pompę okrętową znaną w epoce nowożytnej pod nazwą „łańcuchowej” – tyle że nie miała jeszcze żadnych łańcuchów (w ich roli występowały liny). Można zresztą odnieść określenie do szeregu (łańcucha) wielu powtarzających się elementów pobierających wodę, przewijanych w kółko na jednym cięgnie. Działała najprawdopodobniej, jak późniejsze, na zasadzie podnośnika czerpakowego (czerpadła pojemnikowego) i była już nawet napędzana korbą (jeden z pierwszych na świecie przypadków użycia tego genialnego wynalazku). Nie wiadomo o niej nic bliższego, ponieważ nie zachował się żaden, choćby najprymitywniejszy wizerunek, a ze znalezionych kilku fragmentów można tworzyć dość dowolne układanki (i potem się kłócić o wiarygodność tych rekonstrukcji). W świecie rzymskim zęza nosiła nazwę sentina, więc pompę zęzową zwano sentinator. Źródła pisane wspominają tylko o jednoosobowej ich obsłudze.

Rys.4. Schemat cięgnowego czerpadła pojemnikowego.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Nasza wiedza o wyposażeniu średniowiecznych jednostek pływających nie jest co prawda imponująca, ale wydaje się, że z pomp używano głównie lub wyłącznie tych o charakterze podnośnika kubełkowego. Są one opisywane s XIII- i XIV-wiecznych angielskich sprawozdaniach rachunkowych – mowa tam o ciągu czerpaków poruszanych kołowrotem o poziomej osi, jak w wiejskich studniach, przy czym niektóre kogi miały specjalne zbiorniki (zazwyczaj w partii rufowej), do których podnoszono tę wodę, skąd potem wylewała się kanałami odpływowymi za burtę. Dominującym materiałem konstrukcyjnym w owych pompach było drewno. Zniknęły czerpadła oparte na śrubie Archimedesa - raczej nie dlatego, że zapomniano jak działają, lecz z powodu ich mniejszej przydatności w charakterze pomp zęzowych. Wiele wskazuje za to na utratę umiejętności wykonywania idealnie dopasowanych rur ołowianych czy drążonych z jednego kawałka drewna – niezbędny warunek stosowania ciśnieniowych pomp tłokowych. Być może z tego samego powodu zapomnieniu uległy pompy typu „łańcuchowego”. Co prawda we wrakach żaglowców z około 1500 i 1542 r., znalezionych w południowej Szwecji, znajdowały się rury, które – jak się przypuszcza – stanowiły element pomp tłoczących, podobnych do używanych w Starożytności, więc albo wynaleziono je ponownie, albo wiedza o nich jednak przetrwała w pewnych regionach. Tym niemniej rekonstrukcja owych skandynawskich pomp jest teoretyczna, a odkryte fragmenty siak czy owak nie pochodzą ze Średniowiecza. Nie rozpowszechniły się też na innych terenach Europy.

Najpóźniej od początku XVI w. (a najprawdopodobniej już w drugiej połowie XV) używano na żaglowcach pomp o określeniu typu bardzo trudnym do przetłumaczenia z angielskiego. Urządzenie znane w literaturze anglosaskiej jako „burr pump”, którego głównym elementem był długi pręt drewniany zakończony na dole małym, również drewnianym stożkiem, mogło zawdzięczać swą nazwę skojarzeniom z tyloma różnymi znaczeniami słowa „burr” (a mój angielski słownik frazeologiczny nie zdradza etymologii właściwej dla tego przypadku), że trudno dobrać właściwe. W niewiele późniejszych pompach łańcuchowych termin ten oznaczał tarczki ciągnięte jedna za drugą wzdłuż kanałów pompy, zatem tu mogło chodzić o owo stożkowe zgrubienie na końcu drąga, a ono z kolei kojarzy się ze zgrubieniem rogów zwierzęcych przy nasadzie, które właśnie nazywano „burr” na wieki przed pompami. Jednak w polskiej nomenklaturze myśliwskiej owo zgrubienie rogów to „róża”, zaś „pompa różana” (czy „różowa”!) brzmiałoby komicznie. Poza tym dla Anglików „burr” to również np. „burrczenie” ( Very Happy

) rozmaitych urządzeń przy pracy. Nie siląc się więc na słowotwórstwo, będę pisał dalej o pompie ze skórzanym czerpakiem, zgodnie z budową.
Charakterystycznym elementem tego urządzenia był skórzany kubełek o stożkowym kształcie, przyczepiany do małego, drewnianego stożka usytuowanego na końcu długiego (na ogół 2-3 m) drewnianego drąga. Skórzany stożek miał w górze średnicę równą wewnętrznej średnicy rury, w której całość się poruszała. Górną krawędź kubełka podwieszano jeszcze w górze (do drąga) kilkoma skórzanymi paskami. Rurę wykonywano z jednego kawałka prostego, wolnego od sęków i bocznych gałęzi pnia wiązu, rzadziej modrzewia, buku lub olchy (trafiały się nawet nietrwałe, ale łatwe do obróbki sosny), bardzo starannie wierconego wzdłużnie na potrzebną średnicę przy pomocy kompletu ręcznych wierteł o wzrastającej średnicy. Całość uzupełniał klapowy, drewniany zawór dolny ze skórzaną klapą oraz wieńcząca cięgno rączka. Ta ostatnia była najczęściej zwykłą poprzeczką z dwoma uchwytami. Tak ten typ pompy zrekonstruował dla żaglowców Kolumba z 1492 r. świetnie zorientowany w źródłach hiszpański badacz Xavier Pastor, m.in. opierając się na wzmiankach w oryginalnych tekstach dotyczących wyprawy wielkiego odkrywcy. Przypuszcza się, że niewiele później mogły być ponadto używane dźwignie z podparciem w widełkach usytuowanych z boku rury, charakterystyczne dla pomp ssąco-tłoczących następnych stuleci, ale rekonstrukcja takiego rozwiązania już na trójmasztowej kodze z około 1470 r., dokonana przez Heinricha Wintera, wydaje się anachronizmem. W każdym razie publikacje Botelera z 1634 i Manwayringa z 1644 jeszcze dla tamtych czasów podają opisy zwykłej poprzeczki, za pomocą której dwóch stojących naprzeciwko siebie marynarzy pchało drąg pompy z pustym czerpakiem w dół rury, zaś następnie 6 do 10 ludzi wyciągało w górę wodę przy pomocy liny uwiązanej do środka poprzeczki.
Pompa ze skórzanym czerpakiem miała już pewne cechy pompy ssącej (w czasie ruchu w górę z nabraną wodą czerpak dopasowywał się ciasno do rury, więc być może pojawiało się wtedy pod nim niewielkie podciśnienie), ale w zasadzie nadal było to czerpadło pojemnikowe. W czasie ruchu w dół skórzany kubełek częściowo się składał (jak parasol), co ułatwiało zanurzenie w wodzie i przepuszczenie jej ponad pojemnik. Zamontowany na samym dole drewnianej rury (w pozycji bardzo niedogodnej dla przeprowadzania napraw) zawór dolny zamykał się wtedy, nie pozwalając na cofanie słupa cieczy. Przy ruchu w górę czerpak rozpościerał się niczym odwrócony do góry nogami spadochron. Podobno pompy tego typu miały dużą wydajność i dawały się łatwo obsługiwać, więc jeszcze w pierwszej połowie XVII w. wróżono im pomyślną przyszłość. Jednak kłopoty z dostępem do psujących się części oraz konkurencja ze strony coraz doskonalszych pomp ssących wyeliminowała w tamtym stuleciu pompy ze skórzanym czerpakiem z głównego nurtu okrętownictwa. Tym niemniej Thomas J. Oertling, który okrętowym pompom zęzowym z lat 1500-1900 poświęcił całą książkę, podaje rysunki i zdjęcia takich urządzeń wydobytych z wraków jednostek utraconych na jeziorze Champlain w latach 1870.! Były bowiem proste, tanie i łatwe do szybkiego wykonania, więc na pływanie po jeziorach często wystarczały, chociaż w drugiej połowie XVII w. nie chciano ich już widzieć na żaglowcach pełnomorskich.

Rys.5. Idea pompy ze skórzanym czerpakiem.

POMPY SSĄCE wynaleziono bardzo wcześnie, ale wydaje się, że upłynęło minimum kilkadziesiąt lat, zanim trafiły na okręty, z których potem właściwie nigdy już nie zniknęły. Najstarszy znany nam ich wizerunek pochodzi już z 1431 czy 1433 r., bardziej dokładne z lat 1475-80. Nie jest wprawdzie poświadczone w źródłach pisanych wcześniejsze użycie praktyczne niż w niemieckich kopalniach jakiś czas przed 1527 r., jednak nadawały się tak świetnie na okrętowe pompy zęzowe, że wysunięto przypuszczenie o ich wykorzystywaniu w tym charakterze już pod koniec XV w. lub najpóźniej na samym początku XVI – ta ostatnią datę wspierają także znaleziska archeologiczne.
Pierwsze pompy ssące nie różniły się zewnętrznie zbytnio od pomp ze skórzanym czerpakiem. Ich korpus był utworzony niemal z identycznego pnia wiązu (rzadko kiedy z innego gatunku drewna) z możliwie precyzyjnie wydrążonym kanałem centralnym. Drążek pompy (z sosny, jodły lub żelaza) zazwyczaj opuszczano w dół i podnoszono za pomocą drewnianej dźwigni podpartej na widełkach mocowanych z boku do rury lub w jej pobliżu. Lecz w środku wyglądało to całkiem inaczej. Drewniany tłok, z jesionu lub wiązu, pokryty dla uszczelniania skórą, dopasowany był ciasno do rury przy obu kierunkach swojego ruchu; w centrum miał zawór klapowy, o skórzanej klapie obciążonej kawałkiem drewna lub ołowiu. Podobnej budowy zawór dolny, wytaczany z kawałka wiązu na tokarce, usytuowany był znacznie wyżej niż w pompie ze skórzanym czerpadłem. Osadzano go od góry w przygotowanym dla niego gnieździe, uszczelniano za pomocą włókien lnianych, wełnianych lub podobnych, wciśniętych w poprzeczny rowek wytoczony naokoło podstawy. Miał ponadto specjalną rączkę żelazną, za pomocą której można go było łatwo wyciągnąć (rodzajem bosaka) wzdłuż rury na zewnątrz – dla naprawy. Aby zabezpieczyć się przed uszkodzeniami zaworów przez rozmaite śmieci pływające w zęzach (np. pakuły uszczelniania dna, wyciągane przez siłę ssącą pompy!) , najpóźniej od samego początku XVII w. dolny otwór wlotowy do rury zabezpieczano rodzajem sita sporządzanego przede wszystkim z blachy ołowianej, rzadko kiedy z blachy miedzianej.
Istota pracy takiej pompy ssącej polegała na tym, że zawory – dolny, stały, oraz górny w przesuwanym tłoku, otwierały się i zamykały przy przeciwnych ruchach tłoka, a przestrzeń między zaworami była dobrze uszczelniona. Kiedy tłok wędrował w dół, ciśnienie wody podnosiło w nim klapę zaworu, umożliwiając przelewanie się cieczy ponad tłok, a równocześnie to samo ciśnienie dociskało klapę dolnego zaworu, uniemożliwiając ucieczkę wody w dół. Gdy tłok przesuwał się w górę, słup cieczy nad nim zamykał klapę zaworu w tłoku, dzięki czemu ta część wody była podnoszona do wylotu. Chodziło jednak zarazem o to, że przy najniższym położeniu tłoka ciecz z przestrzeni między zaworami była już prawie całkowicie wyciśnięta ponad górny zawór, więc przy ruchu tłoka w górę w miejscu tym powstawała strefa dość silnego podciśnienia, wystarczająca nie tylko dla otwarcia dolnego zaworu, ale również dla zassania kolejnej porcji wody. Ponieważ woda z zęz ohydnie śmierdziała i uważana była za niezdrową, starano się wyprowadzić ją za burtę jak najszybciej. Służyły do tego składane kanały spływnikowe z płótna żaglowego czy desek albo stałe rury z ołowiu. Ciśnienie tłoczenia tych pomp było niewielkie. Genialność rozwiązania polegała na tym, że tłok wcale nie musiał przemierzać długiej drogi wzdłuż rury, ani być opuszczany bardzo nisko; podciśnienie wystarczało na zassanie wody do dolnego odcinka, a małe suwy stale podnosiły nie opadający słup wody w górnym odcinku. W miarę upływu lat pompy ssące – które od XVII w. stały się podstawowym typem pompy okrętowej na większości żaglowców – ciągle doskonalono, na co pozwalał przede wszystkim postęp w dziedzinie materiałów konstrukcyjnych. Ale o tym później.

Rys.6. Idea działania pompy ssącej. Tłok przesuwając się w dół przetłacza w górę przez swój zawór całą ciecz znajdującą się wcześniej pod nim. Kiedy tłok zaczyna poruszać się do góry, w powstającej za nim przestrzeni nie ma cieczy lub gazów, więc wytwarza się podciśnienie, które zasysa wodę znajdującą się w dole rury. Równocześnie tłok pcha do góry porcję cieczy usytuowaną powyżej niego. Ciśnienie tłoczenia jest jednak małe.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Ta sama praca włoskiego inżyniera, która wspominała w 1431 r. o pompach ssących, omawiała też „najnowsze” POMPY ŁAŃCUCHOWE. Niektórzy historycy próbują teraz często utrzymywać – dla zanegowania dawnych poglądów i wydania się oryginalnymi - że Średniowiecze było niemal złotym wiekiem ludzkości. Ale wspomniane dzieło jest pośrednim świadectwem zaniku w tym okresie wielu idei, umiejętności, wynalazków znanych Starożytności, które trzeba odkrywać na nowo. Dotyczy to m.in. pomp „łańcuchowych”. Wiemy dziś na pewno, że używali ich Rzymianie najpóźniej w okresie wczesnego cesarstwa. Tymczasem w XV w. brano je za konstrukcje całkiem nowatorskie, w ogóle nie znane wcześniej w Europie, tylko zapożyczone od Chińczyków, a nawet od… Tatarów! Ten typ pompy występował więc czasem pod nazwą „pompy tatarskiej”. Pierwsi Portugalczycy, którzy dotarli do Chin, opisywali pompy łańcuchowe zainstalowane na wielkich dżonkach jako zdecydowanie przewyższające ówczesne konstrukcje używane na ich własnych żaglowcach. Tymczasem Europejczycy mieli już wtedy własne, nawet lepsze pompy łańcuchowe, tyle że w XV w. wykorzystywali je w kopalniach, a dopiero w następnym stuleciu – i to najwcześniej pod sam koniec - wpadli na pomysł montowania ich na okrętach w charakterze pomp zęzowych. Cytowany w pracach zebranych w 1829 r. Walter Raleigh (ścięty 1618) twierdził, że to bardzo nowoczesne wtedy urządzenie znalazło się na pokładach angielskich żaglowców już pod koniec XVI w., inni widzą je tam raczej dopiero na początku wieku XVII. W każdym razie do 1680 r. stało się na angielskich liniowcach standardem. Oczywiście inne narody też znały i stosowały okrętowe pompy łańcuchowe, ale opinie na temat ich przewagi nad pompami ssącymi były mocno podzielone, więc i zakres stosowania przedstawiał się bardzo niejednolicie.
Ogólna idea pompy łańcuchowej polegała na zastosowaniu bardzo wielu czerpaków (najczęściej w formie drewnianych, od schyłku XVII w. metalowych, okrągłych płytek, ściskających skórzane krążki o większej średnicy, zapewniające szczelność), połączonych wspólnym cięgnem – teraz z reguły ogniwami łańcucha, kształtowanymi standardowo lub w kształcie litery „S” – w pętlę. Czerpaki te ciasno dopasowywano do kanałów przez które przechodziły, a całość wprawiano w nieustannych ruch po obwodzie, w jednym kierunku. Dzięki temu nie było suwu martwego, ponieważ kiedy jedne krążki schodziły w dół do zęzy, drugim kanałem inne krążki wynosiły w górę pełno porcji wody.

Rys.7. Idea działania pompy łańcuchowej.

Obok równoczesnego działania wielu czerpaków i ciągłości strumienia podnoszonej wody, najważniejszą zaletę stanowił charakter ruchu bębna napędzającego – obrotowy, jednokierunkowy. Dało się więc podłączyć korby o dowolnie długich uchwytach (pod warunkiem wielokrotnego łożyskowania w kilku punktach podparcia) i zaangażować do jednoczesnej pracy kilkudziesięciu czy nawet kilkuset ludzi!
W rezultacie pompa łańcuchowa mogła mieć wydajność zupełnie nieporównywalną do poruszanej dźwignią pompy ssącej o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka. Czterech ludzi ustawionych u korby potrzebowało zaledwie 81-83 sekundy (w udoskonalonych wersjach z drugiej połowy XVIII w. tylko 44 sekundy) na wypompowanie tony wody! W odmianie z końca XVIII w. nawet dwóm ludziom zajmowało to niecałą minutę. Bez bicia rekordów, podczas wielogodzinnej pracy czterech pomp łańcuchowych na Victory Nelsona, 150 ludzi stale kręcących ich korbami wydobywało około 120 ton wody na godzinę. Tymczasem typowa pompa ssąca potrzebowała ponad 514 sekund (prawie 9 minut) na wypompowanie tony wody (i to tylko hipotetycznie, bowiem marynarze – mieściło się ich przy rączce dwóch, góra trzech - machający dźwignią z maksymalną prędkością, po 7 minutach padali z wyczerpania), a jej wydajność godzinowa sięgała jedynie 7 ton.
Dlatego w przypadku poważnego przeciekania żaglowca, np. na skutek awarii, uszkodzeń bitewnych lub podczas sztormu, pompy łańcuchowe miały zdecydowaną przewagę nad ssącymi. Oceniano, że w sztormie, który rozpętał się po bitwie pod Trafalgarem, ocalały przede wszystkim te okręty – w obu flotach – które miały nowoczesne pompy łańcuchowe, a z pozostałych większość dałoby się uratować, gdyby wyposażono je w takie urządzenia zamiast preferowanych przez Francuzów pomp tłokowych.
Na dodatek obsługa pomp łańcuchowych była mniej męcząca. Przy dłuższym, intensywnym pompowaniu - z użyciem dowolnych urządzeń – zmieniano marynarzy dla zachowania wysokiej wydajności. W XVII w. zluzowanie przy pompach ssących miało miejsce po 6-7 minutach, pod koniec wieku XVIII ograniczono to nawet do 5 minut. W tym samym czasie jedna „szychta” przy pompach łańcuchowych trwała pół godziny.

A jednak pompy łańcuchowe zdominowały pokłady okrętów większości marynarek tylko w okresie od drugiej połowy XVII do pierwszej połowy XIX w., zaś przedtem i potem panowały pompy tłokowe, przy czym Francuzi w ogóle upierali się permanentnie przy tych ostatnich. Musiały ku temu istnieć też jakieś racjonalne przyczyny – i oczywiście istniały.
Po pierwsze, aby ustawić tych 150 ludzi przy korbach pomp łańcuchowych, trzeba ich było mieć! Jest bardzo wątpliwe, by mały statek handlowy z 12-osobową załogą czy kuter wojenny, którego załoga mogła liczyć 30 osób, zdołały uzupełnić na morzu – w razie potrzeby zintensyfikowania pracy pomp – brakujący stan osobowy. Po drugie, pompa łańcuchowa, ze swoimi dwoma oddzielnymi kanałami dla spuszczania i podnoszenia tarczowych czerpaków, cysternami (do łapania wody opuszczającej tarcze w strefie przechodzenia łańcuchów przez koło napędowe), bardzo długimi korbami (by mogło ją równocześnie obsługiwać tak wielu marynarzy) wspartymi w dodatkowych łożyskach wymagających oddzielnych stojaków, zajmowała masę miejsca. I znowu – trzeba było tym miejscem dysponować, więc o wciśnięciu takiego urządzenia na smukły szkuner nie mogło być mowy, chyba że w wersji tak zminiaturyzowanej, że tracącej wszystkie zalety. Po trzecie, pompy ssące wykazywały większą niezawodność. Oczywiście wszystkie konstrukcje mogły ulegać i ulegały awariom, lecz w pospolicie używanej w tamtej epoce jednotłokowej pompie ssącej występowały tylko dwa potencjalne miejsca uszkodzeń – tłok ze swoim zaworem klapowym oraz osadzony w indywidualnym gnieździe zawór dolny. Oba te elementy dawało się łatwo wyciągnąć na pokład, dla dokonania napraw czy wymiany. Tymczasem pompa łańcuchowa miała kilkanaście do kilkudziesięciu tarcz (zwanych tłokami, zaworami albo – najczęściej – „burrs”), z których każda mogła się źle ustawić w kanale i go zablokować, wokół każdej mogły się zgromadzić rozmaite śmieci uniemożliwiające ruch; w skład tej pompy wchodziło wiele ogniw łańcucha, co równało się setkom sworzni, stanowiących potencjalne miejsca zatarć, albo oznaczało zacięcia w wersjach bezsworzniowych; ogniwa pękały czasem pod wpływem silnych obciążeń; łańcuch spadał z kół napędowych. Po czwarte, bieżące utrzymanie sprawności pomp łańcuchowych wymagało dużo więcej pracy – w skład każdej z tarcz wchodziła warstwa uszczelniającej skóry, ulegającej wycieraniu, więc liczba miejsc do poprawek i uzupełnień ulegała zwielokrotnieniu (trzeba było wymieniać te skórzane uszczelki co około 20 dni); duża ilość elementów żelaznych oznaczała konieczność ich smołowania, werniksowania lub pokrywania łojem dla zapobieżenia korozji. Po piąte, chociaż żaden z obu typów nie imponował ciśnieniem tłoczenia, to w łańcuchowych wynosiło ono, praktycznie biorąc, zero, więc przy zaangażowaniu do gaszenia pożaru, tylko pompa ssąca (z tych dwóch) mogła coś zdziałać. Po szóste, na okrętach istniało też inne zapotrzebowanie na pompowanie, niż osuszanie zęz – np. pobierano czystą wodę zaburtową do mycia pokładów; napełniano zbiorniki specjalnych, przeciwpożarowych pomp tłoczących, jeśli takie znajdowały się pokładzie; wlewano słodką wodę do metalowych zasobników w ładowni, które z czasem zastąpiły beczki; pobierano słoną wodę do destylatorów. Do wszystkich zadań uzupełniających znacznie wygodniejsze, bo mniejsze i lżejsze, były pompy ssące.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Podsumowanie zalet i wad dwóch głównych rodzajów pomp okrętowych z okresu mniej więcej 1600-1840 pozwala łatwo zrozumieć, czemu na okrętach dużych i średnich – późnych galeonach, liniowcach, fregatach, korwetach – preferowano melanż pomp łańcuchowych, jako głównych pomp zęzowych, z pompami ssącymi do zadań pobocznych. Tak było przede wszystkim na jednostkach angielskich, ale przed końcem XVIII w. stało się to dominującą praktyką także w innych marynarkach europejskich, poza Francją. Natomiast małe okręty wojenne wszystkich nacji posługiwały się z konieczności wyłącznie pompami ssącymi. Także niemal tylko ten typ instalowano na statkach handlowych wszelkich wielkości, z uwagi na ich nieliczne załogi, oszczędzanie na robociźnie i zapotrzebowanie na przestrzeń ładunkową. Pompy łańcuchowe trafiały się na żaglowcach towarowych bardzo rzadko. Prawie nie sposób jedynie pojąć uporu Francuzów, unikających wysokowydajnych pomp łańcuchowych nawet na największych liniowcach, gdzie mieli do dyspozycji ogromne, nisko opłacane załogi. Amerykanie kilkakrotnie zmieniali upodobania – w początkowym okresie istnienia Stanów Zjednoczonych posługiwali się pompami łańcuchowymi, kontynuując praktykę z czasów przynależności do Korony brytyjskiej, pod koniec drugiej dekady XIX w. woleli pompy ssące, by ponownie „odkryć” zalety tych pierwszych w latach 1830. W Royal Navy, w miarę przekonywania się o przewadze pomp łańcuchowych i w miarę ich doskonalenia, pompy ssące ustępowały im miejsca (w charakterze głównych pomp zęzowych) na coraz mniejszych żaglowcach – pod koniec XVII w. dotyczyło to okrętów 5 rangi, w 1767 już duże slupy trójmasztowe miały po jednej pompie łańcuchowej obok dwóch ssących, z końcem XVIII stulecia zęzowe pompy ssące pozostały tylko na brygach, kutrach, branderach i moździerzowcach.

Analiza ta tłumaczy także, dlaczego oba typy pomp były używane równolegle przez ćwierć tysiąca lat, na skutek czego występowały w tym czasie w dziesiątkach różnych odmian konstrukcyjnych i ulegały procesom ciągłego doskonalenia. Owe odmiany miały swoje własne nazwy, najczęściej pochodzące od nazwisk wynalazców. Opisane są szczegółowo w specjalistycznej literaturze, a nie zawsze składające się na ich istotę udoskonalenia – jakkolwiek pożyteczne – miały zbyt ciekawy lub rewolucyjny charakter, stąd nie zamierzam dokonywać drobiazgowego i całościowego przeglądu. Podam tylko sygnalne informacje o ogólnym charakterze ewolucji pomp ssących i łańcuchowych od XVI do początków XIX w., zatrzymując się dłużej jedynie przy rozwiązaniach najbardziej rozpowszechnionych.

W tym okresie innowacje obejmowały zarówno wprowadzanie nowych materiałów, jak zmiany konstrukcyjne mające na celu wyeliminowanie lub przynajmniej minimalizację największych wad każdego z obu głównych typów pomp okrętowych.

Podniesienie sprawności POMP SSĄCYCH wymagało zwiększenia szczelności na styku tłok-rura (ale bez wzrostu tarcia w tej parze), usprawnienia konstrukcji i trwałości zaworów, dostosowania do równoczesnej obsługi przez wielu ludzi.
Pierwsze dwa postulaty realizowano głównie dzięki postępowi w obróbce metali i łączącemu się z tym stopniowemu spadkowi cen wyrobów metalowych. Z uwagi na plastyczność, najwcześniej używano ołowiu na korpusy zaworów dolnych i na tłoki, lecz nie było to zastosowanie perspektywiczne. Ważniejszą zmianę stanowiło użycie ołowianych rur z blachy lutowanej na szwie – trwałych, nie korodujących i nie podatnych na rozszczepianie, jak drewniane. W trzeciej dekadzie XVIII w. współpracowały już z korpusami dolnych zaworów wykonywanymi z brązu i tłokami z miedzi. Ołowiane rury z końca XVIII stulecia miewały na żaglowcach nawet do 8,5 metra długości. Jako części pomp nie zniknęły właściwie do końca epoki drewnianych okrętów, chociaż potem już nie w nich przesuwały się tłoki, nie w nich mocowano dolne zawory. Ogólne ulepszenia w technologii odlewania i wyciągania rur ołowianych bez szwu oraz w technice obróbki miedzi i brązu, umożliwiły szersze wykorzystanie tych materiałów również w pompach okrętowych. Rozkaz admiralicji brytyjskiej z 1743 r. postanawiał, że pompy ssące mają mieć „komorę mosiężną [faktycznie chodziło o brąz] z dobrego twardego metalu, około jednej czwartej cala grubości, długą na 22 cale, o średnicy wewnętrznej 5 cali [12,7 cm]… bardzo gładkiej powierzchni wewnętrznej”. Na brytyjskiej jednostce 6 rangi, która zatonęła w 1791 r., tłoki pomp ssących poruszały się w brązowych cylindrach o średnicy wewnętrznej 17 cm. Od początku XVIII w. próbowano używać rur żelaznych, lecz na razie miały za małe średnice. Pod koniec tamtego stulecia pompy o elementach z brązu i miedzi coraz częściej trafiały się też na statkach handlowych. Należy jednak pamiętać, że jeszcze w epoce napoleońskiej dominowały korpusy pomp ssących wykonywane z drążonego pnia wiązu, wzmacnianego opaskami żelaznymi, ponieważ miały niską cenę a dużą trwałość. W 1807 gnębieni niedostatkiem drewna Brytyjczycy dopuścili nawet chwilowe wykorzystywanie sosny smołowej na rury pomp.
Niezwykle ważną konstrukcją – nie tyle z uwagi na jakąś rewolucyjność rozwiązań, co na rozprzestrzenienie – była francuska pompa KRÓLEWSKA. Nie wymyślił jej żaden król, ale wchodziła w skład standardowego wyposażenia okrętów marynarki królewskiej w XVIII w., używano jej nadal w okresie Rewolucji i Cesarstwa. U podstaw jej budowy legło spostrzeżenie, że w pompie ssącej tylko przestrzeń ograniczona gniazdem dolnego zaworu i górnym położeniem tłoka musi być wewnętrznie całkiem szczelna i mieć idealnie gładkie ścianki, a przestrzeń ta – z uwagi na możliwy zakres poruszania tłokiem przy pomocy ręcznego lewarka - jest na dodatek bardzo niewielka. Natomiast pełne wykorzystanie tej idei było możliwe dzięki pieniądzom z podatków – wyposażając państwowe okręty wojenne stoczniowcy mogli mieć znacznie szerszy gest niż przy pracy dla kutwiących prywatnych kupców i armatorów, chociaż zalety pomp wykonywanych z żelaza, miedzi i brązu zachwalano już w pierwszej połowie XVI w. Dlatego teraz (od c.1722 r.) tę najważniejszą, środkową część pompy królewskiej starannie odlewano z drogiego brązu, niczym najcenniejsze działo. Konstrukcyjnie zaś był to zwykły króciec rurowy zakończony z obu stron kołnierzami do mocowania. Wykonywano go w standaryzowanych długościach, zawierających się w zakresie 84-98 cm, przy średnicy wewnętrznej nominalnie wynoszącej 16,3 cm, praktycznie dochodzącej do 17,6 cm. W rurze tej poruszał się cylindryczny tłok z brązu lub drewna wiązowego, dokładnie obrobiony na średnicę o 5 mm mniejszą – różnicę uzupełniała skórzana opaska, tworząca pierścień uszczelniający, osadzony w specjalnym wgłębieniu. Zawór w tłoku mógł być tradycyjny, typu klapowego, bywały też zawory grzybkowe – zależało to głównie od materiału użytego na korpus. W odniesieniu do tej części pompy postęp konstrukcyjny nie powalał na kolana, zmiany obejmowały raczej tylko coraz bardziej precyzyjne wykonawstwo i dbałość o szczegóły. Drąg z drewna jodłowego lub z żelaza, poruszający tłokiem, mógł być tradycyjnie zakończony jesionową lub żelazną dźwignią podpartą w widełkach, lecz takie rozwiązanie wybierano głównie dla korwet i jeszcze mniejszych jednostek. Na liniowcach i fregatach pompy zęzowe musiały mieć znacznie liczniejszą obsługę, więc typowy schemat wprawiania ich w ruch był inny. Zajmę się nim później, tu zaś wystarczy stwierdzić, że wyróżniały go charakterystyczne, podwójne knagi mocowane u szczytu drążków pompowych. Do brązowego korpusu centralnego dokręcano dwie rury drewniane, z wiązu, o walcowych przewodach wewnętrznych, zaś z zewnątrz lekko zbiegające się ku krańcom – dolna rura miała najmniejszy wymiar na dole, górna – na górze. Zewnętrzną powierzchnię obu rur obrabiano najczęściej ośmiobocznie, ale bywały i stożkowe. Bez względu na kształt, otrzymywały liczne wzmocnienia z żelaznych pierścieni. Rura górna miała wewnętrzną średnicę taką jak w centralnym króćcu brązowym, dolna – o półtora cala mniejszą. Na górze rury dolnej wykonywano stożkowe gniazdo dla korpusu dolnego zaworu, dół zaopatrywano w rowki i sita podobne do stosowanych we wszystkich pompach ssących. Stożkowy korpus dolnego zaworu sporządzano nadal z kawałka wiązu nawet wtedy, gdy tłok był brązowy. Standardowa długość dolnej rury dla liniowców dwupokładowych wynosiła blisko 5 metrów, górna miała około 4,6 m, dla trójpokładowców obie mogły przekraczać 5 metrów, dla mniejszych okrętów były znacząco krótsze. Jednak brązowy króciec centralny pompy królewskiej miał na fregatach te same wymiary co na okrętach liniowych. Zapewne z uwagi na specyficzną technikę poruszania tłoczyskiem, głowicę pompy i wylot wody na liniowcach francuskich bardzo często sytuowano o pokład wyżej niż na jednostkach brytyjskich.
Konsekwencją stosowania do napędu typowych pomp ssących zwykłej dźwigni podpartej w widełkach (rozwiązanie znane co najmniej od początku XVI w.), było występowanie sił bocznych oddziaływujących na tłok i nie całkiem stabilny ruch drążka – nieśmiertelny problem współpracy ruchu po okręgu z ruchem prostoliniowym. Odzwierciedlało się to mniejszą niż możliwa szczelnością układu, słabszą efektywnością w wyniku dużego tarcia i przyspieszonym zużyciem uszczelek. Pod koniec XVIII w. na niektórych angielskich okrętach instalowano pompy (może Taylora lub Colesa), w których górne części drążków zaopatrzone były w długie listwy zębate; na podpórce zastępującej widełki montowano oś segmentu kołowego, który na części swego obwodu również miał nacięte zęby. Obracając częściowo (w lewo i prawo) tym segmentem koła za pomocą długiej dźwigni, uzyskiwano prostoliniowy, pionowy ruch drążka pompy w górę i w dół. Nie wydaje się jednak, aby taka komplikacja konstrukcji zdobyła szersze uznanie (rys.8).

Rys.8. Schemat działania angielskiej pompy ssącej z końca XVIII w., wyposażonej w układ zębaty do prostoliniowego prowadzenia drążka (tłoczyska).

Konieczność zwiększenia liczby marynarzy obsługujących pompy zęzowe typu ssącego stawała się coraz bardziej paląca w miarę wzrostu wielkości okrętów. Najprostszym i najbardziej oczywistym pomysłem było dodanie poprzeczki na końcu lewara, dzięki czemu zamiast jednego człowieka, mogło wygodnie stanąć obok siebie przynajmniej dwóch. Nie dało się robić tych poprzeczek bardzo długich, bowiem prymitywne, jednopunktowe łożyskowanie centralne na bardzo krótkim sworzniu widełek groziło klinowaniem się przy nadmiernym ukosowaniu. Zresztą na małych okrętach bywało tak ciasno, że czasem nawet rezygnowano z podstawowej dźwigni, zastępując ją prostą rączką tylko podnoszoną do góry i opuszczaną (po 1785 na kutrach Royal Navy), niczym na żaglowcach z epoki Kolumba. Na francuskich liniowcach, fregatach i dużych statkach handlowych (np. wschodnioindyjskich) stosowano rozwiązanie charakterystyczne przede wszystkim dla XVIII w., ale możliwe, że znane już w XVII. Do specjalnej pętli linowej wiązanej do masztu na wysokości około 3 m nad pokładem podczepiano za pomocą haka dźwignię dwuramienną długości 3,6 m. Krótsze ramię owej dźwigni (c. jedna czwarta długości całkowitej) łączono liną ze wspomnianymi wcześniej knagami na końcu tłoczyska (drążka) pompy. U ramienia dłuższego zwisał pęk lin, umożliwiający równoczesne działanie 14 ludzi. Ciągnąc, zmieniali położenie dźwigni, która podnosiła do góry drąg pompy. Szybki ruch powrotny uzyskiwano obciążając górny koniec tłoczyska kilkoma ciężkimi kulami. Taka czternastoosobowa, francuska pompa królewska, uzyskiwała wydajność około 36 ton na godzinę, co było już całkiem przyzwoitym wynikiem, chociaż w przypadkach poważnych awarii okrętu nadal niewystarczającym.

Rys.9. Schemat napędu pompy ssącej na małych żaglowcach.

Rys.10. Schemat napędu francuskiej pompy królewskiej na okręcie liniowym.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Zostawiając na razie na boku niezwykle ważne wynalazki z końca XVIII w., dotyczące pomp ssących (które zdecydowały o ich ostatecznym tryumfie do połowy następnego stulecia), zajmijmy się przez moment pompami łańcuchowymi.
Przy nich nie było problemów z równoczesnym angażowaniem do pracy wielu ludzi, odkąd wymyślono dodatkowo łożyskowane przedłużenia do zwykłych korb (c.1730), a poza tym ciągły ruch obrotowy w jedną stronę dawał nieprzerwany strumień podnoszonej wody (dla pomp ssących tylko co drugi suw wypychał porcję cieczy, wyprowadzaną impulsowo). Jednostajne obracanie korbą umożliwiało też uzyskanie dużo większej prędkości niż podczas naprzemiennego opuszczania i podnoszenia dźwigni lub poprzeczek. Wynika to między innymi z faktu, że po każdym zatrzymaniu słupa wody ponowne wprowadzenie go w ruch wymaga pokonania nie tylko jego ciężaru, lecz także sił bezwładności.
Wyzwaniem dla konstruktorów pomp łańcuchowych (nota bene chodziło często o tych samych ludzi, którzy budowali pompy ssące) było w tej sytuacji przede wszystkim podniesienie niezawodności, zwiększenie dostępności części do remontów, zmniejszenie zużycia. Oczywiście zdarzały się przy tym drobniejsze udoskonalenia, jak choćby próba uzyskania z takiej pompy jakiejś pomocy przy gaszeniu pożarów, lepsze odprowadzanie za burtę itp.
Zmiany obejmowały rury prowadzące dla tarcz z wodą, same tarcze, ale najważniejsze wiązały się z budową łańcucha oraz kół łańcuchowych. Próbowano wielu cięgien (początkowo były to łańcuchy z ogniwami w kształcie skręconej wzdłużnie o 90 stopni litery „S”, w latach 1717-1768 na okrętach brytyjskich stosowano ogniwa okrągłe lub owalne) i wielu kół napędowych (jeszcze w drugiej połowie XVIII w. używano kół z drewna wiązu z wbitymi promieniowo żelaznymi „zębami”- chwytakami, chociaż przynajmniej kilkadziesiąt lat wcześniej wykorzystywano też koła zrobione całkowicie z żelaza). Tutaj jednak to nie materiał odgrywał decydującą rolę, lecz budowa. Niewłaściwe prowadzenie łańcuchów na kołach powodowało szarpanie, spadanie cięgna, wycieranie ogniw, a nawet – na skutek znacznych sił dynamicznych – ich zrywanie. Źle skonstruowany łańcuch mógł się sczepiać wewnątrz kanałów prowadzących lub krzywo ustawiać tarcze, nie zapewniając szczelności tych czerpaków.
Wielu wynalazców próbowało swych sił z niezbyt zadowalającymi rezultatami. Dopiero w 1768 r. pojawiła się pompa łańcuchowa odpowiadająca oczekiwaniom. William Cole i John Bentinck przedstawili konstrukcję dość skomplikowaną i drogą, ale za to znacznie lepszą niż poprzednie (chociaż jej przewagi uznano dopiero dwa lata później). Bębny napędowe nie miały zębów łapiących czerpaki albo zaczepiających o ogniwa cięgna, tylko składały się z dwóch kół szprychowych, odlewanych z żeliwa, połączonych ze sobą na obwodzie wieloma poziomymi prętami. Za te pręty zahaczały występy lub haki umieszczone po wewnętrznej stronie każdego (lub co któregoś) ogniwa. Łańcuch wykonany był z płaskich płytek, łączonych sworzniami naprzemiennie po dwie i po jednej. Blisko zewnętrznych (biorąc pod uwagę położenie w pompie) powierzchni płytek wystawały wymyślne rozszerzenia blokujące inną możliwość składania się ogniw niż do środka koła napędowego (rys. 11).

Rys.11. Skomplikowany łańcuch „rowerowy” w pompie Cole’a-Bentincka. Ogniwa mogą się składać tylko w jedną stronę.

W 1771 r. admiralicja brytyjska zarządziła, że wszystkie okręty o minimum 64 działach muszą mieć po 4 pompy łańcuchowe nowego typu, liniowce 60-działowe – po 4 lub 2 takie pompy, zaś wszystkie mniejsze, do 200-tonowych slupów włącznie – po 2 sztuki. W późniejszych egzemplarzach, z końca XVIII i początku XIX w., zachowywano tę samą koncepcję podstawową, doskonaląc – a przede wszystkim upraszczając – detale, jak np. w pompie produkowanej od 1802 (rys. 12).

Rys.12. Uproszczony łańcuch w pompie z początku XIX w. Proszę zwrócić uwagę, że tutaj ogniwa – łączone na przemian po dwa i po jednym, jak w pompie Cole’a-Bentincka, i luźno nitowane ze sobą – są absolutnie identyczne, co umożliwiało pełną zamienność i upraszczało produkcję.

Postęp konstrukcyjny i materiałowy w zakresie samych tarcz-czerpaków był minimalny. Po zniknięciu XVII-wiecznych tarcz drewnianych praktycznie tylko sposób mocowania całego zespołu (krążek ze skóry ściśnięty jak w kanapce między metalowymi płytkami mniejszej średnicy) na łańcuchu ulegał zmianom, i to wcale nie w jednoznaczny sposób. Najpierw tarcze były dość luźne, co ułatwiało przewijanie przez dolny bęben pompy, ale nie gwarantowało prostopadłego ustawienia, a zatem szczelności, w rurze podającej. Potem odlewano je wraz z konkretnymi ogniwami łańcucha, co zapewniało idealnie prostopadłe położenie, lecz utrudniało przewijanie na dolnym, prostym bębnie i groziło uszkodzeniem całej pompy w razie jakiegoś zablokowania. W końcu przywrócono więc tarczom pewną elastyczność mocowania. Odległości między tarczami bywały różne – przykładowo na portugalskim żaglowcu z końca XVI w. wynosiły około 50 cm, na HMS Victory wyposażonym w 1803 r. mierzyły około 91 cm.
Zmianom materiałowym – i w mniejszym stopniu konstrukcyjnym – podlegały kanały czerpaków. Najważniejszy odcinek, tam gdzie tarcze utrzymywały szczelność działając de facto jak tłoki, drążono z jednego kawałka drewna, do końca XVII w. wiązowego. W 1717 w marynarce brytyjskiej rozkazano, aby ten fragment (położony na samym dole, odchodzący w górę tuż nad zęzą) robić z drewna dębowego, o średnicy wewnętrznej 12,7 cm, powyżej dając średnicę 14 cm. Później typowa górna część kanału podnoszenia miała budowę skrzynkową, o kwadratowym przekroju – siak czy owak tarcze tarły o wewnętrzne ścianki kanału tylko na znikomym odcinku swojej drogi. Na 44-działowym HMS Charon zatopionym w 1781 i na 100-działowym Victory w 1803 rura miała średnicę wewnętrzną około 17,8 cm. Zewnętrzny przekrój miał na całej długości kształt kwadratu, chociaż na początku XVIII w. pojawiły się kanały walcowe, stopniowo zyskujące na popularności. Od początku XIX w. popularne stało się stosowanie całych dolnych części pomp łańcuchowych (komory przewijania łańcucha i czerpania wody zęzowej oraz rury roboczej ze szczelnie prowadzonymi tarczami) z metalu. Wysoka precyzja obróbki i duża gładkość ścianek pozwoliły zmniejszyć tarcie i zwiększyć efektywność. Znacznie mniej zachodu wymagał kanał dla opadającej części łańcucha. Do końca XVII w. raczej w ogóle go nie używano. Kiedy około 1700 r. pojawiła się „cysterna”, czyli drewniana (wiąz) skrzynka otaczająca głowicę pompy łańcuchowej, przeznaczona do lepszego łapania wody spływającej z tarcz podczas wchodzenia na bęben napędowy i kierowania tej wody do rur odpływowych, górną krawędź otworu do sprowadzania łańcucha w dół zaopatrzono w zrębnicę. Inaczej woda z cysterny spływałaby tędy z powrotem do ładowni. Tę kwadratową w przekroju zrębnicę z drewna wiązu przedłużono w dół w postaci kanału, prawdopodobnie aż do lat 1770. urywającego się daleko przed dnem okrętu, co ułatwiało konserwację i remonty. W nowych pompach łańcuchowych końca XVIII w. oba kanały dochodziły do komory dolnego bębna, ale dzieliły się na wiele sekcji, które można było osobno wyjmować i naprawiać; jako łączniki służyły metalowe przejściówki, w starszych egzemplarzach sporządzane z ołowiu i miedzi, potem żelazne; wykonywano też prostokątne klapy kontrolne.
Dolne bębny przewijające robiono początkowo z mosiądzu, w drugiej połowie XVIII w. z żeliwa. Ogniwa łańcuchów, najczęściej żeliwne, bywały też z brązu, a na początku XIX w. zaczęto preferować mosiądz. Żelazne sworznie pokrywano miedzią. Zawleczki wykonywano z blachy miedzianej. Sworznie mogły być nitami, ale te łączące tarczki niemal zawsze robiono z zawleczkami, dla ułatwienia wymian.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Pod koniec XVIII w. praktyczny obraz użytkowania pomp okrętowych przedstawiał się dość klarownie. Anglicy wykorzystywali swoje ulepszone pompy łańcuchowe w charakterze głównych pomp zęzowych na prawie wszystkich jednostkach, poza całkiem małymi. Na tych ostatnich (oraz jako pomocnicze na większych - do wielu zastosowań dodatkowych) służyły tradycyjne pompy ssące. Podobnie postępowano w marynarkach wojennych większości innych państw morskich, np. Hiszpanii, Holandii, USA. Tylko Francuzi upierali się wyłącznie przy pompach ssących, instalując niemal wszędzie „pompy królewskie” (chociaż już w latach 1780. przeprowadzali próby angielskich pomp łańcuchowych).
Ponadto na niektóre żaglowce zabierano ssąco-tłoczące pompy strażackie, działające wg koncepcji niezmienionej od czasów starożytnych (ja na rys. 3), minimalnie doskonalone konstrukcyjnie (rys. 13).

Rys.13. Szkic pompy ssąco-tłoczącej z lat 1820., używanej na niektórych okrętach francuskich do gaszenia pożarów. Dźwignia dwuramienna połączona z tłoczyskami za pomocą dodatkowych łączników przegubowych, aby nie zakłócać prostoliniowego ruchu tłoków, narzucanego przez nieruchome prowadnice tłoczysk, mocowane do cylindrów. Huśtanie dźwignią powoduje, że w danym momencie zawsze jeden tłok jest ssący, drugi tłoczący, zapewniając zarówno ciągłość działania, jak znaczące ciśnienie tłoczenia.

Natomiast statki handlowe wyposażane były prawie wyłącznie w pompy ssące, nie potrzebujące tylu ludzi do obsługi, tańsze, bardziej niezawodne, mniej kłopotliwe i nie tak kosztowne w utrzymaniu. Na brytyjskim żaglowcu General Carleton, który zatonął u pruskiego (dziś polskiego) wybrzeża w 1785 r., archeolodzy z Centralnego Muzeum Morskiego w Gdańsku odnaleźli między innymi drewniane tłoki o średnicy 14,3 cm oraz 15,9 cm, z żelaznymi tłoczyskami i ze skórzanymi, obciążanymi drewnem zaworami, o całkowicie typowej dla ówczesnych pomp ssących budowie.
Względem jednego i drugiego z podstawowych wtedy typów pomp nie zaprzestawano wprowadzać drobnych udoskonaleń. W latach 1780. pompy łańcuchowe zaopatrzono w otwory (normalnie zasłaniane specjalnymi płytkami), do których w razie potrzeby można było dołączać węże przeciwpożarowe, aczkolwiek uzyskano dość marną skuteczność. Kiedy w latach 1830. Amerykanie powrócili do pomp tego typu, zastosowali łańcuchy z miedzi, żeliwne bębny napędowe łapiące ogniwa (w sposób zbliżony do współczesnych kół łańcuchowych), kanały w postaci długich rur miedzianych (wystających aż ponad górne pokłady) o średnicy około 17,8 cm, zrezygnowali z cystern. Na przełomie XVIII i XIX w. Anglicy próbowali zwiększyć liczbę ludzi mogących obsługiwać pompy ssące przez dodanie do lewarów przedłużeń biegnących poprzez małe luki na inny pokład, gdzie zawieszano na nich dodatkowe poprzeczki. W latach 1820. francuskie „pompy królewskie” wykonywano w całości z żelaza; na małych okrętach - jak korwety - do poruszania drągów tych pomp nadal wykorzystywano wielkie dźwignie podparte w widełkach – były to już jednak elementy całkowicie metalowe, osadzane w specjalnie ukształtowanych gniazdach tylko na czas pracy; wszystkie kanały robiono z okrągłych rur.

Jednak w cieniu w miarę stabilnej praktyki i powolnej ewolucji dokonywano wynalazków, które niedługo miały zupełnie zmienić obraz typowy dla ponad dwustu lat. W 1780 r. brytyjski konstruktor Taylor opracował pompę, w której dwa tłoki pracowały – poruszając się w przeciwnych kierunkach – w jednej rurze, dzięki zastosowaniu pomysłowego rozwiązania dwóch niezależnych drążków pompowych (tłoczysk). Aby zapewnić ich niezakłócony, prostoliniowy ruch (bez zacięć drąga dolnego tłoka, przechodzącego przez otwór w tłoku górnym), lewar napędowy w tej pompie podparty był w osi rury i obracał kołem zębatym, które przekazywało moment na dwie prostoliniowe zębatki usytuowane w górze drążków (rys. 14). Jak wspominałem wcześniej, prostoliniowe prowadzenie tłoków zwiększało efektywność dzięki redukcji tarcia, poza tym zmniejszało zużycie uszczelnień. Takie pompy wykorzystywano na żaglowcach schyłku XVIII i początków XIX w. Zamiast prostoliniowej dźwigni do ich napędu można było użyć połówek kół z nawijanymi na nie linami, które dwa zespoły ludzi – ustawionych po przeciwnych stronach pompy – ciągnęły na przemian w swoją stronę. Jeszcze mądrzejszy pomysł polegał na dołączeniu do koła zębatego (czy jakiegoś wałka poruszającego tłokami) długich, dwustronnych rączek poziomych, przy których mogło się równocześnie ustawiać wielu ludzi (rys. 15). Pompa dwutłokowa podnosiła dwa razy więcej wody niż zwykła i na dodatek dawała prawie ciągły strumień.

Rys.14. Idea działania pompy dwutłokowej z tłokami w superpozycji. Bez względu na to, który tłok opada, a który przesuwa się do góry, woda jest stale podnoszona. Po lewej tłok górny przesuwa się do góry, podnosząc znajdujący się nad nim słup wody. Tłok dolny z samoczynnie otwartym zaworem przesuwa się w dół wzdłuż słupa wody znajdującego się pod nim i powstrzymywanego przed ucieczką przez zamknięty zawór dolny w nieruchomym korpusie. Po prawej tłok górny przesuwa się w dół, a przez jego samoczynnie otwarty zawór przelewa się woda podnoszona przez przesuwający się teraz w górę tłok dolny. Równocześnie ruch w górę tłoka dolnego z samoczynnie zamkniętym zaworem wytwarza pod nim podciśnienie, które otwiera zawór dolny w nieruchomym korpusie i zasysa ciecz znajdującą się poniżej.

Pompy dwutłokowe były używane przez Royal Navy od lat 1790. do pierwszej połowy XIX w., a przez Francuzów i Holendrów eksperymentalnie od 1807 r., na szeroką skalę od lat 1830. Wg Thomasa Oertlinga na fregacie HMS Tribune, zdobytej na Francuzach w 1796, pompa dwutłokowa systemu Taylora miała tłoki, korpus dolnego zaworu i drążki z brązu; prawdopodobnie brązowa też była rura, w których one pracowały. Minimum w dwie dwutłokowe pompy z brązu i miedzi został wyposażony w 1797 kuter HMS De Braak; najniższe części rur były tu drewniane; długość brązowych rur wynosiła 1 m, a wewnętrzna średnica mierzyła 18,4 cm; brązowe korpusy zaworów dolnych zaopatrzono w gwint do wkręcania w gniazdo. Bardzo starannie skonstruowane i wykonane tłoki z mosiądzu lub brązu zapewniały dobre przytrzymanie uszczelniających pierścieni skórzanych, precyzyjne prowadzenie drążka dolnego tłoka przez otwory w górnym oraz łatwe otwieranie się i zamykanie unowocześnionych zaworów, a całe zespoły skręcano śrubami wykonanymi ręcznie.

Inny pomysł użycia dwóch tłoków w jednej pompie prezentuje opatentowana w 1799 pompa George’a Dodgsona. Londyński wynalazca użył dwóch krótkich, górnych rur, każda ze swoim tłokiem, zamkniętych u dołu wspólną komorą poziomą, od środka której biegła długa rura skierowana do zęzy. Konstrukcja zaworów klapowych w tłokach i w nieruchomych korpusach dolnych nie odbiegała wiele od powszechnie stosowanej. Do naprzemiennego podnoszenia i opuszczania tłoków służyła dwuramienna dźwignia, jak w pompie strażackiej, przy czym nieuniknione zadanie prostoliniowego prowadzenia tłoków za pomocą łukowego ruchu dźwigni rozwiązano tu trochę inaczej – wprawdzie łączniki między dźwignią a tłokiem miały identyczne jak w tamtej pompie przeguby na obu końcach, jednak prostoliniowe wodzenie miały zapewniać baryłkowe rolki toczące się po wewnętrznych powierzchniach rur nad tłokami. Pomimo zewnętrznego podobieństwa i wielu zapożyczeń, pompa Dodgsona nie działała tak jak ssąco-tłoczące pompy strażackie – nadal była typową pompą ssącą, tyle tylko, że teraz słup wody w rurze centralnej zawsze się podnosił, ponieważ stale jeden z tłoków przesuwał się w górę (rys. 15). Zwiększyło to dwukrotnie wydajność oraz zapewniło prawie ciągły strumień podnoszonej cieczy. Autor patentu przedstawił zresztą pomysł połączenia takich dwóch pomp od razu razem, przez co do wspólnego zbiornika doprowadzały wodę w sumie cztery tłoki poruszane jednym układem dźwigniowym, w którym wprowadzono porzeczki umożliwiające równoczesną pracę wielu ludzi. Z uwagi na napęd pompę dwutłokową z tłokami równoległymi (a raczej jej rozwinięte, późniejsze wersje) zwano pompą balansjerową. Poza tym obie odmiany pomp z dwoma tłokami dało się poruszać poziomymi układami drążkowymi z długimi rączkami, podobnymi do przedłużonych korb w pompie łańcuchowej, ale zdecydowanie nie identycznymi (rys. 16).

Rys.15. Idea działania pompy dwutłokowej z tłokami równoległymi.

Rys.16. Długie, poziome rączki przy dwutłokowej pompie ssącej (u góry) były podwójne, ponieważ nadal na przemian je podnoszono i opuszczano, a dzięki temu dało się ustawić więcej ludzi i ułatwić ich pracę (ruchy podnoszenia i pchania nie są jednakowo wydajne, a tu realizowały je na przemian obie strony obsługi pompy). Długie, poziome rączki w pompie łańcuchowej (u dołu) musiały być pojedyncze, ponieważ przy napędzie korbowym, z ciągłym ruchem obrotowym, dodanie drugiej części stanowiłoby idiotyzm konstrukcyjny.

Oczywiście dwutłokowość była bardzo ważną cechą tej konstrukcji, ale historykom zajmującym się wyposażeniem okrętowym brak wykształcenia technicznego nie pozwala zauważyć, że tymczasem, poprzez unowocześnione pompy strażackie czy poprzez pompę Dodgsona, przekradła się niepostrzeżenie koncepcja o co najmniej tak samo rewolucyjnym znaczeniu. Prostoliniowe ruchy tłoka dało się zapewnić innymi metodami niż równie prostoliniowym prowadzeniem cięgna napędowego. Skoro tak, to cięgna te można było dość swobodnie odchylać w przegubach, a stąd już tylko maleńki kroczek do wprowadzenia… ale o tym później.

Ciekawy przykład wczesnego zastosowania pomp dwutłokowych, z tłokami w superpozycji, wiąże się ze słynnym trójpokładowcem francuskim Commerce de Marseille, zabranym przez Anglików w 1793 r. z Tulonu i wcielonym do Royal Navy bez zmiany nazwy. Ciekawość polega na między innymi na tym, że patrząc dokładnie na ten sam plan okrętu, sporządzony we wrześniu 1796 r., dwaj wybitni i bardzo znani fachowcy – Robert Gardiner oraz Gérard Delacroix – wyrażają całkowicie przeciwstawne opinie na temat znajdujących się wówczas na liniowcu głównych pomp zęzowych, a na dodatek OBAJ GRUNTOWNIE SIĘ MYLĄ!
Gardiner, orientując się - po okrągłych rurach na całej długości, po braku bębna napędowego w charakterystycznej osłonie, po dwustronnych rączkach napędowych - że widzi pompy ssące, pisze o „pozostawieniu przez Anglików francuskich pomp ssących”. Tymczasem Delacroix, postrzegając zupełnie odmienną budowę od francuskich pomp królewskich, które – jego zdaniem – musiały się pierwotnie znajdować na tym okręcie – wnioskuje, że „Anglicy wymienili je na typowe angielskie pompy łańcuchowe, wylewające wodę na wysokości dolnego pokładu działowego” (w przeciwieństwie do Francuzów, ciągnących kanały swoich pomp na ogół o jeden pokład wyżej). Pominę tu fakt, że żaden z tych autorów nie zwraca uwagi na typową, francuską pompę ssącą do obsługi bez lewara (z tłoczyskiem podciąganym liną), usytuowaną przy bezanmaszcie. Natomiast główne pompy zęzowe, o której obaj piszą, NIE BYŁY ŁAŃCUCHOWE, jak chciałby je widzieć Gérard Delacroix tylko na podstawie faktu, że rzeczywiście nie chodziło tu o typowe francuskie pompy królewskie i że faktycznie miały wylot na dolnym pokładzie działowym, a nie środkowym, jak zrekonstruował je Delacroix we „francuskiej” wersji liniowca. Musiały to być w rzeczywistości pompy ssące dwutłokowe, obsługiwane za pomocą długich, poziomych rączek dwustronnych, świetnie widocznych na dobrych kopiach tego planu, z charakterystycznym zgrubieniem górnej części rury (komory roboczej tłoków) i wąską częścią dolną. Pozostaje pytanie, czy mogły to być rzeczywiście pompy francuskie (Thomas Oertling zakłada, że w 1796 r. Francuzi mogli już stosować pompy dwutłokowe), lecz w świetle opinii Jeana Boudriota o pojawieniu się takich pomp w marynarce francuskiej dopiero w 1807 oraz faktu zdobycia Commerce de Marseille już w 1793, jest to WYSOCE NIEPRAWDOPODOBNE. Anglicy znali pompy dwutłokowe od 1780 i stosowali je już pod koniec XVIII w., więc to niemal na pewno ich konstrukcja znajdowała się w 1796 na Commerce de Marseille. Prawdopodobnie dużo łatwiej było wykorzystać miejsce po francuskich pompach królewskich, wstawiając tam angielskie pompy ssące o znacznie większej wydajności, niż robić gruntowną przebudowę dla zainstalowania pomp łańcuchowych.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

Zdaniem Jeana Boudriota Francuzi zaczęli używać w marynarce wojennej pomp z dwoma tłokami w 1807 r., a w latach 1830. ten typ się upowszechnił. Pompa ta stanowiła ważny postęp w stosunku do pompy królewskiej. Teoretycznie jej wydajność była dwukrotnie większa (wynosząc około 1200 litrów na minutę, czyli 72 tony na godzinę), chociaż osiągano to przy obsłudze 22 ludzi, zamiast 14. Nowe francuskie pompy dwutłokowe wykonywano całkowicie z żelaza, miały dwa tłoki jeden nad drugim (nadal z zaworami klapowymi, lecz teraz dwuskrzydłowymi). Drążki pompowe (tłoczyska) zaczepiano na krańcach krótkiej dźwigni o centralnym punkcie podparcia lub zaopatrywano w zębatki przesuwane kołem centralnym (ściśle biorąc, chodziło o rodzaj przekładni łańcuchowej). Ruchy tłoków można było uzyskać w obu wariantach za pomocą układu prętów poziomych, ustawionych prostopadle do cylindra (rys. 17). Zastąpiło to na dużych okrętach (liniowcach i fregatach) dawną dźwignię przymasztową i jej rozgałęźnik linowy.

Rys.17. Rozwiązania napędu francuskich, dwutłokowych pomp metalowych z lat 1830.

Wg pracy Luke’a Herberta „The Engineers and mechanics Encyclopedia”, wydanej w Londynie w 1836 r., Jonathan Downton z Blackwall otrzymał dokładnie dziesięć lat wcześniej patent na pompę z trzema tłokami jeden nad drugim. Padające często uogólnienie – także w tekstach takich znawców jak Andrew Lambert czy Peter Goodwin - jakoby tę opatentowaną w 1826 r. (wg innych rok wcześniej) konstrukcję wprowadzono do Royal Navy już w 1825 r., jest zapewne skrótem myślowym lub może dotyczy pierwszych eksperymentów. Samo dodanie trzeciego tłoka do już stosowanych dwóch nie byłoby jakimś rewolucyjnym pomysłem, ale Downton opatentował ciekawy sposób zapewnienia wzajemnych, niezależnych przesunięć trzech tłoków w jednym cylindrze, a przede wszystkim metodę ich napędzania. Centralnie umieszczone tłoczyska przesuwały się jedno w drugim, na zasadzie rur teleskopu, tzn. tłoczysko najniżej położonego tłoka miało postać pręta, wokół którego nasadzona była długa tuleja będąca tłoczyskiem tłoka środkowego, a na zewnątrz niej ślizgała się następna, nieco krótsza tuleja – tłoczysko tłoka górnego. Co prawda akurat ten najciekawszy element pompy Downtona niezbyt się sprawdził (długie powierzchnie kontaktu powodowały silne tarcie i zacięcia) i został w późniejszych wariantach zarzucony, lecz pozostała jeszcze kwestia wprawiania tłoków w ruch.
Jak pisałem wcześniej, przez kilka wieków jedną z głównych przewag pompy łańcuchowej nad tłokową był naturalny ruch obrotowy tej pierwszej, umożliwiający ustawienie przy przedłużonych korbach wielkiej rzeszy ludzi i rozwijanie dużej prędkości ruchu, niemożliwej przy konieczności nieustannego podnoszenia i opuszczania lewara pompy ssącej, bez względu na technikę jaką tego dokonywano. Ruch zwrotny wymaga bowiem przyspieszania, hamowania, zatrzymywania i ponownego przyspieszania w drugą stronę. Od dawna działały natomiast pompy tłokowe o mocowanych przegubowo, odchylających się drążkach napędowych, gdzie prostoliniowe prowadzenie tłoków zapewniały inne elementy konstrukcyjne. Skoro tak, to wystarczyło potraktować owe drążki napędowe jako korbowody, doczepić do wału korbowego czy krzywkowego, by uzyskać możliwość połączenia ciągłego ruchu obrotowego wału z posuwisto-zwrotnym ruchem tłoków, bardzo podobnie jak w tłokowych silnikach parowych – tyle że tutaj napęd szedł od korby (lub krzywki) na tłok, a nie odwrotnie. Tak właśnie uczynił Downton (rys. 18). Wątpię, by był pierwszym, ale jako pierwszy odniósł na tym polu ogromny sukces. Przy udoskonalonych pompach Downtona liczna grupa marynarzy mogła szybko kręcić przedłużonymi korbami dokładnie w ten sam sposób, jak dawniej przy pompach łańcuchowych – np. na pancerniku Warrior jedną z pomp tego typu obsługiwało do 37 osób. Dla stabilizacji ruchu dodawano masywne koła zamachowe.

Rys.18. Szkic idei napędu wczesnego – dość jeszcze prymitywnego – wariantu pompy Downtona.

Na dodatek wydajność i sprawność wszystkich pomp ssących bardzo się poprawiła w ciągu pierwszej połowy XIX w. w wyniku kolosalnych zmian w technologii obróbki metali, do których impuls dało zresztą wprowadzenie silników parowych o coraz większych cylindrach i ciśnieniach pary, wymagających precyzyjnego wykonawstwa. O ile w brytyjskich pompach łańcuchowych z przełomu XVIII i XIX w. standardem wydaje się wewnętrzna średnica rury 17,8 cm, a dla pomp ssących 17 cm, to np. na amerykańskiej fregacie z wojny secesyjnej brązowy cylinder miał wewnętrzną średnicę już 22,1 cm. Inne amerykańskie okręty z tego czasu wyposażano w rury z miedzi, zawory z brązu, a drągi (tłoczyska) i dźwignie z żelaza.
Dzięki tym większym średnicom pomp brązowych i miedzianych wzrosła ich wydajność, a jeśli dodać do tego większą niż w pompach łańcuchowych niezawodność, mniej ruchomych części, a przez to względnie niskie nakłady pracy i pieniędzy na utrzymanie, oraz całkowity zanik dawnej przewagi pomp łańcuchowych w zakresie „monopolu” na ciągły ruch obrotowy długich, wieloosobowych korb, staje się zrozumiałe, dlaczego pierwsza połowa XIX w. była okresem szybkiego zdobywania przez nowe pompy ssące dominującej pozycji na okrętach wojennych i statkach handlowych wszystkich państw.
Ciekawe jest tylko, że Royal Navy do końca istnienia drewnianej floty parowo-żaglowej koncentrowała się na trójtłokowych pompach Downtona, chociaż kolejni wynalazcy „szli za ciosem” - Stone i Depthford zaproponowali użycie czterech tłoków – po dwa dołączone do jednego drążka – w jednym cylindrze. Ta pompa mogła pracować nawet gdy jeden z tłoków został zablokowany śmieciami lub wymagał naprawy. Zmodyfikowaną wersję pompy Stone-Depthforda, zapewniającą lepszy dostęp do zaworów, opatentowali Blundell i Holmes w tak późnym czasie, jak rok 1876.
W latach 1840. wyrażono opinię, że nawet pompa dwutłokowa jest zupełnie niepotrzebną komplikacją konstrukcyjną, ponieważ stanowi „w swojej istocie podwójną pompą w jednym cylindrze, więc wymaga dwukrotnie dłuższych cylindrów i dwa razy więcej pracy przy obsłudze [niż stare pompy jednotłokowe]”. Wg tej oceny dwie oddzielne pompy były lepsze od jednej dwutłokowej, ponieważ mniej skomplikowane, mniej podatne na uszkodzenia i z dłuższym skokiem. Poza tym, kiedy jedna zawiodła, druga mogła pracować bez przeszkód. Najwyraźniej autor tych konkluzji zupełnie nie rozumiał wagi utrzymania ciągłości strumienia podnoszonej cieczy, zarówno dla zwiększenia wydajności pompy i zmniejszenia zmęczenia obsługi (przez wyeliminowanie sił bezwładności), jak dla celów innego użytkowania wody niż wylewanie za burtę. Za to rozumieli je praktycy.
Nie znaczy to, że odtąd pompy instalowane na okrętach wojennych i statkach handlowych stały się identyczne.
Royal Navy przechodziła na pompy Downtona – służyły przede wszystkim jako główne pompy zęzowe, ale często pobierały też wodę morską do mycia pokładów oraz były pompami przeciwpożarowymi. Na dodatek typowe stało się podłączanie jednej pompy, za pomocą specjalnego kolektora zbiorczego o kilku końcówkach, wymiennie do wielu rozmaitych rur prowadzonych od różnych części okrętu, co zwiększyło uniwersalność tych instalacji. W 1841 na 80-działowym liniowcu Vanguard z 1835 r. znajdowały się cztery pompy Downtona. Pomp tego rodzaju używano szeroko jeszcze w latach 1860. Przykładowo firma Laird zainstalowała po 2 na każdym z dwóch taranowców zbudowanych dla Konfederatów, prawdopodobnie też na rajderze Alabama. Na pancernej fregacie Warrior z 1860 ustawiono aż 11 (!) takich pomp – 9 na dolnym pokładzie, 2 na głównym. Pompy Downtona w pobliżu wszystkich masztów znajdowały się najpóźniej w 1863 r. (a najprawdopodobniej od początku) na trójpokładowcu żaglowo-śrubowym Victoria z 1859 r.
Francuska marynarka wojenna kontentowała się w latach 1830. i 1840. udoskonalonymi pompami dwutłokowymi jako głównymi pompami zęzowymi liniowców i fregat. Jednak sumaryczna liczba pomp – teraz całkowicie metalowych - na pokładach okrętów bardzo wzrosła, podobnie jak ich różnorodność. Wiemy o instalowanych przy dziobnicach pompach ssących z małym zbiorniczkiem u głowicy, pompach ssąco-tłoczących do wody słodkiej przetłaczanej do kotłów w kuchni lub do magazynu mięsa, ssących pompach lewarowych ze zbiorniczkiem u głowicy zaopatrzonym w kran itd.
Tymczasem na średnich i dużych statkach handlowych preferowano pompy dwutłokowe bardziej nawiązujące do pomysłu Dodgsona, albo do pomp strażackich, czyli z każdym tłokiem pracującym w swoim cylindrze. Do około 1840 r. napędzano je zazwyczaj zwykłą dźwignią podwójną (pompa balansjerowa, rys. 19) z poprzeczkami na obu końcach (czyli do obsługi przez 4-6 marynarzy), ale stosowano też oryginalne rozwiązania pozwalające na mocowanie dodatkowych ramion poruszanych taliami (rys. 20).

Rys.19. Górna część dwutłokowej pompy balansjerowej, ulubionej na pokładach średnich i dużych żaglowców cywilnych pierwszej połowy XIX w., do około 1840 r.

Rys.20. Łącznik centralny dwutłokowej pompy balansjerowej, umożliwiający wstawienie - oprócz zwykłych dźwigni z rączkami - dodatkowych drągów, wprawianych w ruch za pomocą talii.

W latach 1840. adaptowano wał korbowy z kołem (lub kołami) zamachowym i teraz do wykorbień wału można było doczepiać cięgna napędowe nie tylko dwóch, ale i trzech tłoków, chociaż nadal każdy pracował w oddzielnym cylindrze (rys. 21). Takie pompy, ustawiane za grotmasztem, dominowały na żaglowcach handlowych (poza całkiem małymi) jeszcze na początku XX w. Pod koniec XIX stulecia zaczęły konkurować z nimi udoskonalone tymczasem pompy ssąco-tłoczące oraz całkiem nowe pompy membranowe. Wreszcie stan praktycznej użyteczności osiągnęły także próbowane bez skutku co najmniej od XVII w. pompy wirowe, jednak to wszystko jest już poza zakresem czasowym epoki okrętów drewnianych.

Rys.21. Górna część pompy dwutłokowej z napędem korbowym, wyposażonej w dwa koła zamachowe - wg starej ilustracji. Stosowano też prawie identyczne rozwiązania z trzema wykorbieniami wału i trzema tłokami, z jednym albo dwoma kołami zamachowymi.

Krzysztof Gerlach
CDN

kgerlach

W historii pomp okrętowych wykorzystywanych do lat 1860. osobne miejsce trzeba poświęcić POMPOM NAPĘDZANYM SILNIKAMI PAROWYMI. Co prawda, jak pokazują choćby przytoczone wyżej przykłady drewnianego trójpokładowca Victoria czy całkowicie metalowego pancernika Warrior, pomp ręcznych używano do osuszania zęz jeszcze bardzo długo po wprowadzeniu na okręty maszyn parowych. Równocześnie jednak posługiwano się do tego silnikami niemal od zarania ich obecności na jednostkach pływających. Wykorzystanie nadwyżek mocy mechanicznej do zastąpienia ludzi przy jednej z najważniejszych, a zarazem jednej z najcięższych prac okrętowych było absolutnie naturalne. Z drugiej strony, wobec awaryjności i paliwożerności ówczesnych maszyn parowych, które przez lata pracowały tylko w wybranych okresach rejsu odbywanego w dużej mierze pod żaglami, pompy napędzane od silnika musiały pełnić rolę pomocniczą. Nawet kiedy postęp techniczny postawił je w roli pomp głównych, ręczne pompy wciąż były potrzebne, choćby do użytku podczas postoju w porcie.
W czasach bocznokołowców - z pionowymi cylindrami i pionowymi pompami skroplinowo-powietrznymi - typowym rozwiązaniem pompy zęzowej tej kategorii była pionowa pompa z tłokiem nurnikowym, napędzana od krzyżulca pompy skroplinowo-powietrznej, wykorzystująca dwa zawory klapowe w specjalnej rurze prowadzonej od zęzy do wylotu za burtę powyżej linii wodnej (rys. 22). Działała więc na zasadzie pompy ssąco-tłoczącej. Rury wykonywano początkowo z ołowiu (nie korodował w zetknięciu z bardzo agresywną korozyjnie wodą zęzową), potem uznano je za zbyt łatwe do zgięcia, podatne na zatykanie i uszkodzenia, więc preferowano rury miedziane z mosiężnymi kołnierzami i miedzianymi łącznikami. Po rozpowszechnieniu się jednostek żelaznych, miedziane rury stały się częścią ogniwa galwanicznego gwałtownie przyspieszającego korozję, więc wrócono do ołowianych.

Rys.22. Zasada działania nurnikowych pomp zęzowych napędzanych przez silnik parowy w okresie powszechnego stosowania maszyn okrętowych o pionowych cylindrach.

Na śrubowo-żaglowych, ale jeszcze drewnianych okrętach wojennych, maszyny parowe położono na boku. Do poziomych cylindrów pasowały poziome pompy skroplinowo-powietrzne. Wtedy także pompy zęzowe napędzane od silnika stały się poziome. Pozostano przy typie nurnikowym. Bardzo szeroko rozpowszechniony był układ, w którym jeden nurnik pełnił równocześnie rolę tłoka pompy zasilającej [zasilała kotły w wodę tłoczoną ze zbiornika skroplin] i tłoka pompy zęzowej (rys. 23). Dzięki temu przy każdym suwie tego zespołu w jednej z pomp następowała faza ssania, a w drugiej tłoczenia. Oczywiście wszystkich pomp zęzowych nie wykonywano na jedno kopyto – nawet przy poziomych silnikach stosowano czasem np. skośne pompy o zwykłych tłokach, napędzane od mimośrodów na wale korbowym.

Rys.23. Idea budowy poziomych pomp nurnikowych pracujących z zespole: pompa zasilająca + pompa zęzowa. Przy ruchu tłoka nurnikowego w prawo, woda jest wypychana w górę z pompy zasilającej (po prawej) i zasysana z dołu do pompy zęzowej. Podczas ruchu tłoka w lewo, woda będzie wypychana w górę z pompy zęzowej, a zasysana od dołu do pompy zasilającej. Tłoczysko nurnika łączyło się bezpośrednio z tłokiem poziomego cylindra parowego w maszynie.

Rozwiązania mogły być takie proste, jak przedstawione na powyższym schemacie, stopniowo jednak konstrukcje się komplikowały, w miarę doskonalenia. Używano potem zarówno pomp nurnikowych jednostronnego działania z powietrznikami (rys. 24), jak pomp dwustronnego działania, których istota – poza zastosowaniem tłoka nurnikowego – praktycznie niczym się nie różniła od idei pompy skroplinowo-powietrznej pokazanej w moim „artykule” o okrętowych maszynach parowych na rys. 74.

Rys.24. Zęzowa pompa nurnikowa z powietrznikiem. Podczas suwu tłoczenia ( u góry) nurnik „1” wytwarza przed sobą nadciśnienie, które zamyka zawór „2” i otwiera zawór „3”; woda jest przetłaczana do króćca wylotowego „4”, ale równocześnie ciśnienie spręża powietrze znajdujące się w powietrzniku „5”. W trakcie suwu ssania za nurnikiem wytwarza się podciśnienie, które otwiera zawór „2” i zamyka zawór „3”; woda jest zasysana króćcem dolnym z zęzy, lecz w króćcu wylotowym „4” nadal panuje nadciśnienie, popychające wodę do wylotu, ponieważ teraz rolę tłoka pełni rozprężające się powietrze z powietrznika „5”.

Bardzo wcześnie – jeszcze w czasach dominacji bocznokołowców – spostrzeżono, że można także doraźnie wykorzystywać nadwyżkę wydajności pomp skroplinowo-powietrznych, absolutnie najpotężniejszych pomp na okręcie, do wyciągania wody z zęz. W tym celu łączono po prostu rurę prowadzącą od zęzy z komorą skraplacza natryskowego. Czasem dodawano do systemu pompę recyrkulacyjną i otrzymywano razem układy o wydajności nigdy wcześniej nie spotykanej.
W latach 1840-tych zaczęto instalować na parowcach niewielkie silniki pomocnicze, zwane przez Anglików mało życzliwie „donkey engine” (chociaż akurat ja bardzo lubię i cenię osły czworonożne), podobno dlatego, że ich znikome osiągi „nie pasowały” do zwyczaju obliczania mocy w koniach parowych. Podstawowym celem stosowania tych malutkich maszyn, indywidualnie zaopatrywanych w parę, było napędzanie pomp zasilających kotły w sytuacjach, gdy główny silnik okrętowy jeszcze nie pracował. Jednak szybko zaczęto do nich podłączać urządzenia do napędu wielu innych mechanizmów, w tym pomp zęzowych. Na okręcie Warrior taki silniczek, rozwijający 30 koni indykowanych, poruszał pompami nurnikowymi, które – w zależności od chwilowej potrzeby - mogły zasilać system przeciwpożarowy w wodę morską, albo wypompowywać za burtę wodę zęzową. „Przy okazji” napędzał wentylatory oraz wprawiał w ruch dźwig do usuwania popiołu.
Silniki potrójnego rozprężania pary używane na statkach handlowych drugiej połowy XIX w. poruszały czasem dwiema nurnikowymi pompami zęzowymi, o nurnikach, zaworach i gniazdach zaworowych wykonywanych z mosiądzu.
Kiedy w latach 1870. zaczęły się pojawiać na jednostkach pływających gigantyczne pompy wirowe, także je łączono z rurami zęzowymi, ale to już zupełnie inna historia.

Krzysztof Gerlach
KONIEC