Wiadomość na temat ojca silnika parowego. Schemat silnika parowego autorstwa Jamesa Watta (1775). Steam podbija świat

– Potrzebuję lepszego źródła zasilania – złościł się Matthew Bolton. - Takiego, żeby się nie męczył jak konie i żeby działał sprawnie. » Jego marzenie spełniło się po spotkaniu Jamesa Watta. Narodził się silnik parowy.
Para wprawiła w ruch maszyny, które dokonały rewolucji przemysłowej. Pojawiły się pierwsze pociągi i parowce. Od tego czasu życie ludzi bardzo się zmieniło.

Pewnego razu w 1764 roku w szkockim mieście Glasgow przywieziono do warsztatu do naprawy model silnika parowego. Był to miniaturowy model silnika Newcomena z kolekcji naukowej miejscowego uniwersytetu. Warsztaty należały do ​​28-letniego wówczas doradcy naukowego uniwersytetu Jamesa Watta.

Cud jednego uderzenia

James Watt (1736-1819) zrewolucjonizował inżynierię, projektując pierwszy silnik parowy z wymiennikiem ciepła.

Silnik Newcomena został wynaleziony około pięćdziesiąt lat wcześniej i służył do pompowania wody w kopalniach górniczych. W porównaniu z wczesną pompą parową ten silnik był bardziej zaawansowany, ale działał nieefektywnie. Zużywał dużo paliwa i wstrząsał wszystkim.
Te mankamenty nie mają większego znaczenia, jeśli używasz silnika w kopalni węgla: taniego węgla jest tyle, ile chcesz, a drżenie nikomu nie przeszkadza. Ale dla innych potencjalnych konsumentów, którzy nie mieli taniego paliwa i potrzebowali płynnej pracy silnika, ten projekt nie wzbudził zainteresowania.

Zadawać pytania

James Watt naprawił silnik modelu uniwersyteckiego. Po raz pierwszy zobaczył silnik Newcomena i studiował go z wielkim zainteresowaniem. Dlaczego jest taki nieefektywny? Dlaczego ruchowi towarzyszy takie drżenie? Dlaczego zużywa tyle węgla?

Silnik Newcomena był jednocylindrowy. Wewnątrz cylindra poruszał się tłok połączony z drążkiem równoważącym, który wprawiał pompę w ruch. Para z kotła wchodziła do cylindra od dołu i wymuszała podniesienie się tłoka, a to z kolei stanowiło drążek równoważący. Następnie cylinder został zasilony zimna woda- para skondensowała się, ciśnienie spadło, tłok opadł. Za każdym razem, gdy wchodzi zimna woda, para skrapla się, a paliwo używane do wytwarzania tej pary jest marnowane. Do kolejnego podniesienia tłoka potrzebna jest nowa para, co oznacza, że ​​kocioł musi zostać ponownie rozgrzany, zużywając dodatkowe paliwo.

Obniżenie kosztów paliwa

Rozwiązaniem Watta było dodanie drugiego cylindra, zwanego wymiennikiem ciepła, i podłączenie go do pierwszego. Para spalinowa będzie się skraplać w wymienniku ciepła, a pierwszy cylinder będzie cały czas gorący - pozwoli to zaoszczędzić ilość zużytego paliwa. W rzeczywistości okazało się, że silnik Watta zużywa tylko jedną czwartą wymaganej wcześniej ilości paliwa.

James Watt był naukowcem i wynalazcą, a nie biznesmenem. Gdyby nie Matthew Bolton, plany Watta pozostałyby na rysunkach. Wymiennik ciepła, który powstał dzięki wsparciu finansowemu Boltona, był tylko pierwszym wkładem Watta w konstrukcję silnika parowego, za którym podążali inni. Rewolucja przemysłowa połączyła wynalazców, którzy: ciekawe pomysły oraz ludzi biznesu, którzy mieli kapitał, aby przekształcić te pomysły w konkretne, dochodowe biznesy.

Jego pomysły nie przyniosły mu od razu sławy i fortuny. Podobnie jak wielu innych wynalazców, Watt nie mógł znaleźć pieniędzy na urzeczywistnienie swoich pomysłów. Minęło dwanaście lat, zanim sprzedano pierwszy z jego silników. W 1776 roku Watt został partnerem przemysłowca z Birmingham, Matthew Boltona (1728-1809), a Bolton pomógł mu zbudować silniki parowe.

A to był dopiero początek. Watt kontynuował ulepszanie i ulepszanie mechanizmu iw końcu wynalazł sposób na przekształcenie ruchu tłoka do przodu w ruch obrotowy.

FAKTY I WYDARZENIA

• Pierwszą maszyną parową wykorzystywaną w przemyśle był Przyjaciel Górnika. Został opatentowany w 1698 roku przez Thomasa Savery'ego, inżyniera górnictwa z Kornwalii.
• Kiedy James Watt budował model swojego pierwszego silnika, bardzo się śpieszył. Nie znajdując niezbędnego szczegółu, wziął od żony naparstek, aby zamknąć nim koniec fajki.
• Przed spotkaniem z Boltonem Watt tak bardzo stracił wiarę w sukces, że porzucił pomysł budowy silnika parowego i przez cztery lata pracował przy budowie kanałów w Szkocji.
• Zasługa Watta nie ogranicza się do tego, że ulepszył silnik parowy. Wynalazł metodę kopiowania dokumentów opartą na procesach chemicznych, która była powszechnie stosowana przez następne sto lat.
• W 1784 roku Watt wprowadził rury z kotłowni do swojego biura i przepuścił przez nie gorącą parę. W ten sposób para została po raz pierwszy użyta do centralnego ogrzewania.
• W 1789 Watt wynalazł regulator - urządzenie, które pozwala kontrolować prędkość silnika parowego. Umożliwiło to utrzymanie stałej prędkości, niezależnej od temperatury kotła i ułatwiło pracę.
• W XIX wieku jednostka mocy, wat, została nazwana na cześć Jamesa Watta.

Steam podbija świat

Lokomotywa parowa Newcomena, po raz pierwszy zainstalowana w 1712 roku.

To był prawdziwy przełom. Ruch obrotowy mógłby znaleźć znacznie szerszy zakres zastosowań. Z wału korbowego możliwe jest przeniesienie ruchu na maszyny tkackie i inne za pomocą pasów napędowych. Teraz para mogła obracać koła samobieżnych powozów.

Pierwsze próby wykorzystania pary do tworzenia nowych pojazdów podjęto w latach 70. XVIII wieku. Maszyny te poruszały się po drogach, ale już niedługo ludzie znajdą inne zastosowanie dla parowozu - koleje. Watt żył do 1819 roku i mógł widzieć początek rewolucji przemysłowej, do której przyczynił się jego wynalazek, ale nie żył sześć lat przed początkiem tej ery. szyny kolejowe.

Para wieku

W połowie XIX wieku cały przemysł był „poruszany parą”. Teraz wszystko, od tkanin po armaty, było produkowane za pomocą silników parowych. Lokomotywy parowe ciągnęły pociągi; nawet sprzęt do budowy kolei był wyposażony w silniki parowe. A na morzu żagiel stopniowo tracił grunt na rzecz silnika parowego.

Jednak rewolucja przemysłowa to nie tylko zmiana technologii produkcji, choć to było ważne. Budowa nowych maszyn i fabryk wymagała pieniędzy, które trzeba było zapłacić na długo zanim fabryki zaczęły przynosić zyski. W ten sam sposób, w jaki Watt potrzebował Boltona do finansowego wsparcia swoich pomysłów, sukces rewolucji przemysłowej wymagał bogatych ludzi, którzy byli gotowi zainwestować swoje pieniądze w sprawę.
Rewolucja przemysłowa stała się także rewolucją kapitalistyczną. Zaczęły powstawać firmy, banki pospiesznie inwestowały w przemysł, pojawiali się ludzie biznesu, którzy zarabiali na życie łącząc idee naukowe i kapitał.

Francuski inżynier wojskowy Joseph Cugnot około 1771 roku zbudował wagon napędzany parą. Mogła podróżować z prędkością 3,6 km/h i jednocześnie przewozić cztery osoby.

Zwycięzcy i przegrani

A co się stało? zwykli ludzie którzy nie byli ani wynalazcami, ani bankierami, ani kapitalistami? Lokomotywa parowa zmieniła życie wielu z nich. Na przykład w XVIII wieku w małych warsztatach na maszynach ręcznych produkowano tekstylia. Bardzo często w warsztacie pracowała jedna rodzina. W nowych fabrykach tkaniny wykonywano na maszynach napędzanych silnikiem parowym. Praca była prosta i nie wymagała dużych umiejętności, więc robotników płci męskiej zastąpiły kobiety, a nawet dzieci.

Było wiele nowych miejsc pracy, ale praca w fabrykach była wyczerpująca i monotonna. Ludzie zaczęli napływać do wielkich miast przemysłowych, gdzie musieli żyć w strasznych tłumach i oddychać trującym powietrzem, ponieważ fabryczne kominy buchały kłębami dymu i sadzy. W tym samym czasie przemysł potrzebował coraz więcej węgla, górnicy musieli schodzić głębiej pod ziemię, a ich praca stawała się coraz bardziej niebezpieczna.

Zastąpić parę

Era parowozów zakończyła się w latach 50. XX wieku. Trwało to ponad 150 lat. Dziś przemysł korzysta z energii elektrycznej. Nie ma już parowców, a olej jest używany jako paliwo do samochodów i pociągów. Ale wielkie zmiany, jakie zaszły w ciągu ostatnich dwóch stuleci, zapoczątkował James Watt i jego maszyna parowa.

Nie wszystkie te zmiany były na lepsze. Rywalizacja między potęgami przemysłowymi doprowadziła w XX wieku do dwóch wojen światowych. Nadal istnieje ogromna przepaść między krajami uprzemysłowionymi a resztą świata. Miliony ludzi pracujących w fabrykach chciałyby móc zarobić na życie w inny sposób. Kiedy James Watt udoskonalił silnik Newcomena, zapoczątkował zmiany, które zmieniły oblicze świata nie do poznania.

Szkocki wynalazca, twórca pierwszego przemysłowego silnika parowego.

James Watt stał się kluczową postacią rewolucji przemysłowej.

„Właściwie James Watt nie był pierwszą osobą, która wynalazła silnik parowy. Takie urządzenie zostało opisane Bohater Aleksandrii w pierwszym wieku. W 1698 Thomas Savery opatentował silnik parowy, który był używany do pompowania wody, aw 1712 Anglik Thomas Newcomen opatentował jego ulepszoną wersję. Maszyna Newcomena miała jednak tak niską wydajność, że była używana tylko do pompowania wody z kopalń węgla.

Watt zainteresował się maszyną parową w 1764 roku, kiedy naprawiał model maszyny wynalezionej przez Newcomena. Chociaż Watt kształcił się jako ślusarz tylko przez rok, miał wielkie zdolności wynalazcze. Dokonał tak znaczących ulepszeń w wynalazku Newcomena, że ​​bardziej słuszne byłoby uznanie Watta za wynalazcę pierwszego silnika parowego o praktycznym zastosowaniu.

Pierwszym tak znaczącym ulepszeniem, opatentowanym przez firmę Watt w 1769 roku, była izolowana komora kondensacyjna. Zaizolował także cylinder parowy, aw 1782 wynalazł maszynę dwustronnego działania. Wraz z innymi, mniejszymi ulepszeniami, wynalazek ten umożliwił zwiększenie wydajności silnika parowego w cztery lub więcej razy. W praktyce wzrost wydajności stanowił różnicę pomiędzy istniejącą już inteligentną, ale mało użyteczną maszyną, a urządzeniem technicznym o ogromnym potencjale przemysłowym.

Watt stworzył również w 1781 roku szereg urządzeń, które przekształcają ruch posuwisto-zwrotny w ruch obrotowy. Urządzenie to znacznie zwiększyło liczbę użytkowników maszyny parowej. Oprócz różnych innych ulepszeń Watt wynalazł również (1788) regulator odśrodkowy, za pomocą którego przeprowadzono automatyczną kontrolę prędkości maszyny, manometr (1790), licznik, wskaźnik poziomu, zawór dławiący.

Sam Watt nie miał zmysłu biznesowego. Jednak w 1775 nawiązał współpracę biznesową z Matthew Boultonem, inżynierem i bardzo dobrym biznesmenem. Przez dwadzieścia pięć lat firma Watt and Boulton produkowała duża liczba parowozy, a obaj partnerzy stali się bardzo zamożnymi ludźmi.

Michael Hart, 100 wspaniałych ludzi, M., Veche, 1998, s. 130-131.

Druga żona James Watt„... nienawidziła skórzanych fartuchów i brudnych rąk męża, więc Watt musiała przenieść warsztat na strych, gdzie mógł czuć się bezpieczny od jej miotły i wiadra z wodą. Nawet jej psy, które nie odważyły ​​się przekroczyć progu, cierpiały na jej „manię czystości”, zanim otarły łapy. Kiedy szła spać, a mąż nie szedł za nią w umówionym czasie, kazała służącemu zgasić świece, nawet gdy przyjmował gości. Surowe środowisko domowe zmusiło Watta do przebywania całymi dniami na strychu, gdzie sam przygotowywał dla siebie skromne posiłki. Nie ma zła bez dobra. Trudno powiedzieć, czy Watt dokonałby wielkiego odkrycia, gdyby jego żona była bardziej czuła i przychylna, bardziej porywająca niż warsztat.

Dubinsky N., Kobieta z życia wielkich i sławni ludzie, M., "Republika", 1994, s. 261.

max Weber w „Historii Ekonomii” za jeden z momentów rozpoczęcia rewolucji przemysłowej uznano pojawienie się uniwersalnego źródła energii (nieograniczona moc, niezależność od czynników naturalnych), obok węgla (niezależność od drewna opałowego) i stali (niezależność od z naturalne materiały). Efektem przedsiębiorczych wysiłków było pojawienie się przędzarki, silnika parowego i wysokowydajnych krosien, które od razu ruszyły na wyniki produkcji przemysłowej w Anglii.

„Ojciec silnika parowego” właściwie nie wynalazł go, ale silnik

Wbrew powszechnemu przekonaniu James Watt, „ojciec maszyny parowej”, nie miał wykształcenia inżynierskiego, nie wynalazł żadnej maszyny parowej, w młodości słyszał tylko o istnieniu jakichś „ognistych silników”, nie był poważnie interesował się promem, a do 28 roku życia to wszystko nie miało absolutnie nic wspólnego ze sprawą. A dzisiaj, w jednej z pierwszych książek dla dzieci, angielscy chłopcy znajdują wzruszająco różową historię o małym Jamesie, który w zamyśleniu śledził strumień pary wydobywający się z dziobka czajnika. Takie legendy obowiązują wielkich ludzi.

Trzyletni Kartezjusz, który zobaczył popiersie Euklidesa, powiedział: „Ach!”, a Seryozha Korolev szczególnie uwielbiał bajkę o „latającym dywanie”. Kto wie, może James naprawdę spojrzał na czajnik, ale para wydobywająca się z jego dziobka nie mogła podsunąć młodemu mózgowi pomysłu wykorzystania tej pary w pewnej maszynie, choćby dlatego, że od dawna była oswojona w różnych tego typu maszynach .

Już w 120 rpne aleksandryjski naukowiec Heron opisał swoją „kulę Aeolus”, obracającą się pod wpływem dwóch wychodzących z niej strumieni pary. W 1663 markiz Worcester stworzył zabawkę z „cudownym silnikiem wodnym”, który pozwala Brytyjczykom spierać się o pierwszeństwo w tym odkryciu. Spór jest bardzo komiczny, ponieważ sami Brytyjczycy wydali patent na silnik parowy dopiero 35 lat później i wcale nie markizowi, ale kapitanowi Thomasowi Savery, który zrobił samochód prawie jednocześnie ze swoim rodakiem i imiennikiem, kowalem Newcomen . Maszyna kowala, bez względu na to, jak bardzo była zła, była nadal uważana za doskonalszą od maszyny kapitana i pracowała w kopalniach i kopalniach.

Tak więc Watt nie wynalazł silnika parowego. A nazwa wynalazcy nie jest łatwa. Sama idea tego silnika unosiła się w powietrzu, dając początek różnym modelom w różnych krajach. Świat czekał na jej pojawienie się z godziny na godzinę. Rodzący się przemysł odmierzał czas, pozbawiony prostego, taniego i co najważniejsze potężnego silnika, którego pilnie i pilnie potrzebował. Wynalazek Watta był nie tylko wielkim wynalazkiem, ale prawdopodobnie najbardziej pożądanym wynalazkiem w historii ludzkości. Wielki geniusz Watta ujawnia się w tym, że patent, który wyciągnął w kwietniu 1784 r., opisujący maszynę parową, przedstawia go nie jako wynalazek tylko do celów specjalnych, ale jako uniwersalny silnik wielkiego przemysłu.

Pomnik Watta w Birmingham

James Watt urodził się w maleńkim szkockim miasteczku Greenock, które nie zasłynęło niczym innym ani przed tym wydarzeniem, ani po nim. Jego dziadek uczył matematyki i żeglarstwa i cieszył się szacunkiem rodaków, którzy nieustannie wybierali go albo na głównego sędziego okręgowego, albo na przewodniczącego rady kościelnej. Ojciec odziedziczył część wykształcenia swojego rodzica, ale miał też żyłkę przedsiębiorcy. Budował statki, a sam był armatorem, handlował, prowadził magazyn kotwic, lin i innego sprzętu okrętowego, budował dźwig, zbierał narzędzia żeglarskie, otwierał warsztat. W tym warsztacie mały James siedział godzinami. Po wędkowaniu, którym poświęcił się z pasją, praca w warsztacie była jego ulubioną rozrywką.

Jak wspomniano powyżej, Watt nie otrzymał wykształcenia inżynierskiego. Ściśle mówiąc, nie otrzymał żadnego wykształcenia. Jako słabe dziecko, stale cierpiące na bóle głowy, uczęszczał do szkoły podstawowej i średniej z dużymi przerwami i uchodził za nudnego wśród kolegów z klasy. Dopiero gdy miał już 13 lat, jego bezwarunkowe zdolności matematyczne przywiodły go wśród pierwszych uczniów, ku wielkiemu zakłopotaniu szyderców.

Odwiedzając swojego wuja, profesora języków starożytnych na Uniwersytecie w Glasgow, sam zaczął przeprowadzać różne eksperymenty z chemii i fizyki. Na ogół lubił pracować sam, cicho, bez pośpiechu, zastanawiać się nad tym, co zostało zrobione i ponownie sprawdzać swoje myśli w doświadczeniu, a nawet poświęcał swój wolny czas swojej dociekliwej zdolności obserwacji, co pozwalało mu, zgodnie ze świadectwem jego przyjaciel i biograf profesor Robinson, „aby wszystko ze wszystkiego było przedmiotem nowego poważnego badania”. James unikał głośnych gier i turniejów sportowych. „Rzadko wstawał wcześnie”, wspomina ciotka we wspomnieniach, „ale w ciągu kilku godzin zajęć udało mu się zrobić więcej niż zwykli ludzie w ciągu kilku dni”.

Oto wynalazek ...

Tak dorastał w maleńkim szkockim miasteczku i dorastał tak: cichy, chorowity, oczytany, dociekliwy, bardzo spostrzegawczy, schludny, który uwielbiał myśleć i majstrować. Umiał posługiwać się wieloma narzędziami, opanował nawet biznes odlewniczy, dużo czytał i wiedział, ale nie potrafił określić swojej przyszłości.

Pochodzenie i wykształcenie nie pozwalały mu stać się prostym mistrzem, brak umiejętności przedsiębiorczych uniemożliwiał mu prowadzenie handlu i organizowanie rzemiosła, bardzo ograniczone dochody – wejście do przemysłu, skromność i zachorowalność – szukanie szczęścia w zamorskich krajach. Był generalistą, który miał trudności ze znalezieniem pracy. Był wynalazcą. Wynalazca zarówno ze względu na temperament, jak i sposób myślenia oraz sposób życia; zaskakująco, był wynalazcą, który jeszcze niczego nie wynalazł.

Ale taki zawód nie istniał. A w naszych czasach, ile kopii łamie się w sporach, czy w ogóle istnieje taki zawód w przyrodzie, czy inwencji nie należy uważać za jakąś skłonność natury. (Zwróćmy uwagę nawiasem, że w odniesieniu do ludzi, którzy komponują muzykę, a nie na przykład maszyn, takie spory zostały porzucone jeszcze przed narodzinami Mozarta.)

I jedziemy...

James długo zastanawiał się nad swoim przyszłym życiem i postanowił poszukać siebie w zawodzie optyka lub ślusarza, gdzieś blisko „inteligentnej” i delikatnej technologii. Nie było nikogo, kto mógłby go nauczyć takiego rzemiosła nie tylko w Greenock, ale w całej Szkocji, a 19-letni James wyjechał do Londynu. Przez dwanaście dni jeździł konno do stolicy, a następnie wstąpił jako praktykant do warsztatu, który wytwarzał różne przyrządy nawigacyjne. Pracował bardzo ciężko i, według biografów, prawie nie chodził po ulicach Londynu więcej niż dwa razy w ciągu roku swojej praktyki.

Rok później wraca do Glasgow, gdzie prawie nie zakłada warsztatu mechanicznego, a następnie zostaje mianowany mistrzem narzędziowym na uniwersytecie. „Wszyscy młodzi ludzie na uniwersytecie”, pisze Robinson, „którzy w jakikolwiek sposób interesowali się nauką, znali Watta; jego pokój stał się wkrótce stałym miejscem spotkań, gdzie wszyscy chodzili z wszelkiego rodzaju pytaniami i rozterkami dalekimi od mechanicznego charakteru: językoznawstwo, antyki, wszelkie nauki przyrodnicze, nawet poezja, literatura i krytyka - wszystko było tu omawiane z takim samym zainteresowaniem i zapał. Wydawało się, że Watt został w tamtych latach obciążony rodzajem gigantycznego ładunku umysłowego, dla którego trzeba było znaleźć dla niego godny cel.

I cel został znaleziony. Wszystko zaczęło się od tego, że w 1764 roku jeden z profesorów Uniwersytetu Glasgow zlecił Wattowi naprawę modelu maszyny parowej Newcomena. James zabrał się do pracy bez większej inspiracji. Ale majstrując z modelem i napotykając szereg trudności, jak zwykle zastanowił się nad ich naturą i wkrótce zdał sobie sprawę, że to nie ten konkretny nieszczęsny model jest winien wszystkiego, ale same zasady, na których został zbudowany. To już ciekawe! Zaczął pracować. A potem pewnego dnia...

Sukces przychodzi do Watt

„Dzień szabatu (1765) był cudowny i poszedłem na spacer” – wspominał później Watt – „Wszystkie moje myśli były skupione na rozwiązaniu problemu, który mnie zajmował. Poszedłem do domu pasterza i w tym momencie przemknęła mi przez głowę myśl: ponieważ para jest elastycznym ciałem, wpadnie w próżnię. Jeśli istnieje połączenie między butlą a urządzeniem wydechowym, wówczas dostanie się tam para. To tam będzie można ją skondensować bez chłodzenia cylindra... Kiedy dotarłem do Golfhouse'a miałem w głowie kompletny pomysł co trzeba zrobić.

Watt zbudował model, który do dziś można oglądać w londyńskim Muzeum Nauki. 240 lat temu (tylko 240 lat!), 9 stycznia 1769 roku, otrzymał patent na „metody zmniejszenia zużycia pary, a w efekcie paliwa w wozach strażackich”.

A potem jego życie można przedstawić jako dwie nierówne połowy. Najczęściej były to okresy poszukiwania środków na ulepszenie maszyny parowej. Szukał towarzyszy; a gdy ich nie znalazł, zmuszony był zaprzęgnąć się - nie można powiedzieć dokładniej - do pracy, do której nie skłamał mu serce, co było dla niego obrzydliwe.

To również zaczęło się i kontynuowało według Watt

„Nic nie może być bardziej haniebne dla człowieka niż podjęcie pracy innej niż własna” – pisze z rozpaczą, pracując nad budową zaprojektowanego przez siebie kanału. „...Jestem niezwykle apatyczny, moi pracownicy nie spełniają ich obowiązki, urzędnicy i urzędnicy mnie oszukują, mam nieszczęście to widzieć i rozumieć… Wolałbym raczej spotkać się twarzą w twarz z załadowanym pistoletem niż zawierać umowy handlowe i rozliczać rachunki. Krótko mówiąc, jak tylko muszę coś zrobić z ludźmi, to jestem nie na miejscu, dla inżyniera sama natura wystarczy, aby z nią walczyć i zobaczyć, jak pokonuje go na każdym kroku.

Ale miał też szczęśliwe dni. Towarzysze przejmują całą znienawidzoną przez niego dokumentację, uwalniają go od wiecznego lęku przed brakiem pieniędzy, a on pracuje: szkicuje śmigło parowca, wynajduje mikrometr, wynajduje regulator odśrodkowy i mechanizm zwany „równoległobokiem Watta”, który był bardzo dumny. Ale najważniejsze jest to, że przez te wszystkie lata ulepszał swój samochód. W 1782 roku Watt otrzymuje patent na silnik parowy z rozprężeniem, a dwa lata później na uniwersalny silnik parowy.

Najpierw powoli, potem coraz szybciej rośnie rozpoznawalność jego potomstwa. Samochód kupują właściciele kopalń, właściciele kopalń, dyrektorzy fabryk. I tu znowu staje w obliczu złej strony swojej pracy - pomysł na maszynę zamienia się teraz w maszynę do czyszczenia: żadnych technicznych subtelności, oryginalne rozwiązania projektowe interesują jego klientów, tylko zyski. Wszędzie podejrzewają oszustwo. Jednemu przemysłowcowi wydawało się nawet, że samochód, który kupił, jest mniej głośny niż ten, który kupił jego kolega, i był podekscytowany. Przy tej okazji Watt zauważa: „Hałas inspiruje ignorantów ideą siły, a skromność w samochodzie jest przez nich tak samo mało rozumiana jak u ludzi…”

Matthew Bolton (z lewej) został wiernym towarzyszem Watta

Wattowi aktywnie pomaga Matthew Bolton, główny przemysłowiec, który jako pierwszy odkrył geniusz Watta, człowieka o wielkiej energii i wysokich ludzkich cechach. W fabrykach Bolton budowane są nowe „ogniste maszyny”, nowe pomysły wynalazcy testowane są w dobrze wyposażonych warsztatach, w których pracują najwyższej klasy rzemieślnicy i pracownicy o niemal najwyższych na świecie kwalifikacjach. Bolton był jednym z tych, którym Anglia zawdzięcza wieloletni tytuł „warsztatu świata”. Firma Bolton i Watt zostanie następnie odziedziczona przez ich synów ...

…Nadchodzą długo oczekiwane dni, kiedy wynalazek zaczyna nagradzać jego wynalazcę. Jego zasługi są dostrzegane, jest członkiem Royal Society i zagranicznych akademii, kupuje majątki i już nie musi myśleć o jutrzejszym kawałku chleba. Spogląda w lustro: siwe włosy. Jego młodość przeleciała w wirze. Teraz dzieci są już dorosłe...

... Jest mało prawdopodobne, żeby był szczęśliwy w życie rodzinne, choć jego przyjaciele pisali, że był najczulszym ojcem. Pochował swoją żonę, którą bardzo kochał, gdy miał 37 lat. Ożenił się po raz drugi i szybko znalazł się pod piętą nowej pani domu. Nauczyła nawet psa wycierać łapy w niezliczone dywaniki i mogła kazać służącemu zgasić świece, gdy jego przyjaciele siedzieli w salonie. Tylko w swoim warsztacie był mistrzem ...

Smutek i sukces towarzyszyły Wattowi aż do jego ostatnich dni.

Pod koniec życia dużo podróżuje, często odwiedza swoje rodzinne strony, do Szkocji, prowadzi obszerną korespondencję, pomaga młodym wynalazcom radą ...

…Jego starość była samotna. Z sześciorga dzieci tylko jeden przeżył ojca - najstarszy syn, przyjaciele umierali, jakby liście spadały z tak zielonego i hałaśliwego wcześniej drzewa jego życia. O dziwo, na starość jego zdrowie poprawiło się dramatycznie, zapomniał o bólach głowy, głowa była zawsze świeża i czysta, a ciało pełne wigoru. Dlatego gdy pewnego dnia poczuł lekkie złe samopoczucie, zdał sobie sprawę, że nadeszła jego godzina. Śmierć spotkał spokojnie, bo wiedział, że spełnił swój obowiązek wobec potomnych...

Opracował Konstantin Khitsenko na podstawie materiałów ze strony internetowej Ahmad Ti

Szybki rozwój głównych rodzajów przemysłu w Anglii w pierwszej połowie XVIII wieku. a masowe wprowadzanie do produkcji maszyn roboczych, które zapoczątkowało rewolucję przemysłową, spowodowało konieczność rewolucji w maszynie parowej. Rewolucja ta oznaczała przejście od silnika do celów prywatnych do silnika uniwersalnego - podstawy bazy energetycznej dużego przemysłu fabrycznego.

Zapotrzebowanie na silnik zdolne do napędzania wszelkich pracujących maszyn, szczególnie dotkliwe w latach 1760-1780, zostało żywo wyrażone w słowach angielskiego przedsiębiorcy Matthew Boltona: „W Londynie, Manchesterze, Birmingham ludzie szaleją na punkcie pary młyn." Potrzebny był taki „młyn”, który przenosiłby pracę nie tylko w sposób ciągły, ale w postaci jednokierunkowego ruchu obrotowego jednokierunkowego i był dość ekonomiczny.

Uniwersalny silnik parowy nadający się do praktycznego zastosowania został stworzony przez szkockiego wynalazcę Jamesa Watta. Watt, który jako dziecko robił modele samochodów, wybrał zawód mechanika. Po ukończeniu studiów w Glasgow i Londynie, od 1757 rozpoczął pracę jako mechanik na Uniwersytecie w Glasgow i jednocześnie otworzył warsztat produkcji i naprawy instrumentów matematyczno-fizycznych. Watt zaprzyjaźnił się z wieloma naukowcami, w tym fizykiem Josephem Vleckiem, który badał utajone ciepło parowania pary wodnej, oraz Johnem Robisonem, wówczas studentem, a później profesorem fizyki. Robison poradził Wattowi, aby przestudiował dostępną wówczas literaturę na temat mechaniki silników parowych: pisma Desaguliersa, Leupolda i Belidora. Watt przeprowadza eksperymenty dotyczące właściwości pary wodnej i określa zależność temperatury pary nasyconej od ciśnienia. Skonstruowane przez niego krzywe są ściśle zgodne ze współczesnymi danymi. Bezpośrednie prace nad silnikami parowymi Watt rozpoczął w 1763 r. od naprawy modelu obecnej instalacji pomp parowych Newcomen. Model był jednak prawie niesprawny, ponieważ będąc geometrycznie podobnym do swojego modelu przemysłowego, różnił się od niego zachodzącymi w nim procesami mechanicznymi i termicznymi. Instalacja wymagała bardziej nieproduktywnego zużycia pary, a co za tym idzie paliwa. Po pięciu latach ciężkiej pracy nad modelem, Watt zrobił ogromny krok w ulepszaniu silników parowych i zwiększaniu ich wydajności. Początkowo doszedł do wniosku, że dobre działanie maszyny parowo-atmosferycznej zależy od spełnienia dwóch warunków: po pierwsze uzyskanie silnego podciśnienia pod tłokiem w wyniku pełniejszej kondensacji pary (do tego konieczne było schłodzenie cylinder tak dużo, jak to możliwe); po drugie, utrzymywanie cylindra gorącego, aby uniknąć nieproduktywnych strat pary, gdy jest ona uwalniana z kotła parowego. Spełnienie tych warunków jednocześnie w jednym cylindrze jest technicznie niemożliwe, a Watt zaproponował nowe rozwiązanie: otoczyć cylinder płaszczem parowym utrzymując go w ciągłym nagrzaniu i przeprowadzić kondensację pary w oddzielnym skraplaczu wyposażonym w pompę do wypompowywania kondensatu i powietrze. W 1765 roku zbudowano model nowego silnika, ale dopiero w 1769 roku możliwe było osiągnięcie pełnego cyklu pracy.

Podczas eksperymentalnej pracy nad modelem Watt otrzymał wsparcie finansowe od właściciela fabryki Carron, Rebeki, i razem z nim wystąpił o patent na „metody zmniejszenia zużycia pary, a co za tym idzie paliwa w wozach strażackich”. Oprócz tych fundamentalnych innowacji „w silniku, Watt opatentował również zastosowanie nadmiernego ciśnienia pary z wydechem do atmosfery – w przypadku braku wody do kondensacji pary; zastosowanie maszyn „obrotowych” z jednokierunkowo obracającym się tłokiem; wreszcie , działanie J z niepełną kondensacją, czyli z obniżoną próżnią. Ostatnie zastrzeżenie patentu przewidywało również konstrukcję uszczelnienia tłoka.

Ulepszenia Watta zawierały realną szansę na zmniejszenie zużycia pary i paliwa o ponad połowę - był to ogromny sukces w stworzeniu ekonomicznego silnika cieplnego.

Jednak pierwsza próba zbudowania w 1769 r. pompowni pary z oddzielnym skraplaczem w zakładzie Carron nie powiodła się - nie udało się zapewnić wystarczającej dokładności obróbki i szczelnych połączeń. Produkcja tak dużych maszyn kosztowała dużo pieniędzy, których Watt nie miał, a John Rebeck zbankrutował do tego czasu.

W poszukiwaniu możliwości finansowych na budowę silników Watt zaczął myśleć o pracy poza Anglią. Na początku lat 70. rząd rosyjski zaproponował: angielski inżynier"zawód według własnego gustu i wiedzy" z roczną pensją 1000l. Sztuka. Jednak wyjazd do Rosji nie odbył się. W 1772 roku Watt zawarł kontrakt z M. Boltonem, właścicielem firmy inżynieryjnej w Soho pod Birmingham.

Porozumienie między Wattem a Boltonem stało się bardzo skuteczne. Bolton okazał się inteligentnym i dalekowzrocznym człowiekiem i nie żałował kosztów tworzenia nowych maszyn. Watt pozostał głównym mechanikiem zakładu do końca życia.

Pierwsza maszyna z oddzielnym skraplaczem powstała w 1774 roku. Ciekawym projektem jest 1777, zwany „Belzebubem”, w którym Watt zastosował odcięcie i rozprężenie pary w celu zwiększenia wydajności.

Do 1780 roku rozpowszechnił się typ maszyn Watt o prostym działaniu, które służyły do ​​wypompowywania wody. Kopalnie Kornwalii stały się najbardziej niezawodnym konsumentem silnika: w 1778 r. zbudowano w tym hrabstwie ponad 70 instalacji Newcomen, a w 1790 r. wszystkie oprócz jednej zostały zastąpione maszynami Bolton-Watt. Wiele z nich wykonano również dla kopalń miedzi w Kornwalii.

Sukces nowych silników wynikał z faktu, że ich zastosowanie znacznie obniżyło koszt pozyskania energii mechanicznej.

Jednak zanim rozpoczęła się masowa produkcja silników parowych do pomp, pojawiło się duże zapotrzebowanie na bardziej zaawansowane silniki w przemyśle tekstylnym, metalowym i innych. A silnik parowy Watta nadal nie nadawał się do napędzania pracujących maszyn z ruchem obrotowym.

W 1778 Watt, za sugestią swojego towarzysza Boltona, zaczął ulepszać maszynę parową. Studiował szczegółowo proces rozprężania pary w cylindrze, zaprojektował w tym celu specjalny wskaźnik - urządzenie mierzące ciśnienie pary w procesie rozprężania. Po ustaleniu praktycznie korzystnego stopnia rozprężania pary do zamiany ciepła na pracę. Watt zaproponował silnik parowy rozprężny w 1782 roku i otrzymał na niego angielski patent. Wpadł na pomysł wykorzystania drugiej połowy cylindra, stworzył tzw. silnik dwustronnego działania, w którym znacznie zmniejszono jednostkowe zużycie pary.

Oto jak sam Watt opisał swój wynalazek z 1782 roku: „Moje drugie ulepszenie w silnikach parowych lub ogniowych polega na wykorzystaniu siły sprężystości pary do poruszania tłoka w górę i naprzemiennego dociskania go w dół, tworząc podciśnienie nad lub pod tłokiem. a jednocześnie wykorzystując działanie pary na tłok na tym końcu lub części cylindra, z którego nie wydobywa się para; tak skonstruowana maszyna może dać dwa razy więcej pracy lub jednocześnie rozwinąć dwukrotnie większą moc (z cylindrem o równych wymiarach) w porównaniu z maszyną, w której czynna siła pary działa na tłok tylko w jednym kierunku - albo w górę lub w dół » .

Była to już maszyna pracująca nieprzerwanie, w której para była źródłem energii.

Watt musiał również rozwiązać problem zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego na ruch obrotowy; opatentował pięć urządzeń, które rozwiązały ten problem, w tym przekładnię planetarną, która znalazła zastosowanie.

Jednocześnie Watt zaproponował serię urządzeń mających na celu skompensowanie nierównomiernego powrotu pracy spowodowanego rozprężaniem pary.

Patent Watta z 1782 r. zabezpieczył wiele ulepszeń, które, jak się wydaje, ostatecznie przekształciły silnik parowy w silnik uniwersalny. A jednak to nie wszystko.

Co nowy silnik jest naprawdę uniwersalny, uświadomił sobie później Watt, o czym świadczy jego patent z 1784 r. To właśnie do tego patentu nawiązuje K. Marks, wprowadzając definicję „uniwersalnego silnika” do użytku naukowego.

Z technicznego punktu widzenia było to przede wszystkim zadowalające rozwiązanie problemu zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego na ruch obrotowy.

Kwestia zamiany kołysania balansera na ciągły ruch kołowy wału zajmowała wielu wynalazców jeszcze przed Wattem. Papin na przykład zaproponował transmisję przez zębatkę. D. Hull w 1736 opracował kombinację krążków z przekładnią linową w stosunku do statków, ale te (i wiele innych) próby nie powiodły się.

Wreszcie w 1779 r. M. Vasbro iw 1780 r. J. Picard opatentowali w Anglii mechanizmy korbowe w odniesieniu do silnika parowego. Wielu ówczesnych mechaników, w tym wspomniany już główny inżynier Smeaton, uważało takie połączenie za niedopuszczalne: długość skoku tłoka w cylindrach ówczesnych silników parowych była zmienna, a konstruktorom wydawało się, że bezpośrednie przeniesienie ruchu z drugiego końca wyważarki bezpośrednio na wał za pomocą korbowodu i korby było niemożliwe. Oczywiście do pewnego czasu Watt był także więźniem tych złudzeń. Po wydaniu patentu na Vasbro i Picarda musiał szukać innych sposobów na przekształcenie formy ruchu.

Jakie były trudności? Przy budowie silnika parowego pojawiły się problemy związane z kinematykami i dynamiką. Połączenia tłoka z wyważarką z jednej strony, a drugiego końca wyważarki z wałem z drugiej, mogły być tylko sztywne. Tymczasem niemożliwe było bezpośrednie połączenie końca drążka równoważącego z tłoczyskiem, ponieważ koniec drążka równoważącego zakreślał łuk, a tłoczysko poruszało się w linii prostej. Początkowo (w patencie z 1782 r.) Watt zamierzał wykonać przejście z tłoka na wyważarkę, zaopatrując drążek w listwę zębatą i umieścić sektor zębaty na wyważarce. Ale to połączenie na każdym końcu skoku tłoka doznało wstrząsów podczas zmiany kierunku, a zęby nie były w stanie wytrzymać obciążeń dynamicznych. Dlatego Watt zaczął szukać innego rozwiązania i je znalazł. Użył przekładni planetarnej, aby połączyć się z jednym końcem balansera, a drugi koniec balansera połączył z drążkiem silnika za pomocą wynalezionego przez siebie mechanizmu, zwanego równoległobokiem Watta - był to płaski mechanizm zawiasowy, część ogniw (dźwigni) z których tworzył równoległobok. Proste na pierwszy rzut oka rozwiązanie wymagało od wynalazcy dużego nakładu pracy. Słynny równoległobok stał się przedmiotem późniejszych badań francuskiego naukowca M. R. Prony'ego i rosyjskiego naukowca P. L. Czebyszewa i posłużył jako materiał do jego pracy „Teorie mechanizmów zwanych równoległobokami” (1854) ;. Sam Watt bardzo docenił ten swój wynalazek, a później napisał do swojego syna: „… chociaż nie zależy mi szczególnie na mojej sławie, jestem bardziej dumny z wynalezienia równoległoboku niż z któregokolwiek z wynalazków, które zrobiłem. " Genialny wynalazek, jak się go słusznie nazywa, świadczący o niezwykle jasnej geometrycznej intuicji Watta, okazał się jedynie zjawiskiem przejściowym, przejściowym. Następnie równoległobok Watta został zastąpiony konwencjonalnym mechanizmem korbowym.

Tworząc maszynę o ciągłym ruchu obrotowym, oprócz problemu kinematycznego, Watt zmierzył się również z problemami czysto dynamicznymi: wprowadzeniem pary z obu stron tłoka, zastosowaniem koła zamachowego i regulatora działającego na zawór wlotowy pary.

Aby dostarczyć parę do różnych wnęk cylindra, wynalazca zastosował automatycznie działające urządzenie - szpulę; w celu zmniejszenia wahań prędkości obrotowej - koło zamachowe i automatycznego utrzymywania stałej prędkości obrotowej silnika - regulator odśrodkowy.

Wszystkie zaproponowane ulepszenia, z których większość została zabezpieczona patentem z 1784 r., pozwoliły Wattowi w nadchodzących latach opracować rodzaj maszyny dwustronnego działania z ciągłym ruchem obrotowym, która przez długi czas pozostawała niezmieniona i była poddawana tylko częściowym ulepszeniom.