Некогда для откачки воды в шахтах и на судоремонтных предприятиях успешно использовалась паровая машина Ньюкомена, что продолжалось более 50 лет. В то же время вся эта конструкция имела внушительные габариты и требовала постоянного пополнения запасов угля. Временами для снабжения паровой машины топливом приходилось задействовать до 50 лошадей. В общем, все указывало на то, что данный агрегат требует усовершенствования, весь вопрос состоял лишь в том, кому эта идея придет в голову первому.

Начало новой эры в механике

В середине 60-х годов 18 века талантливый механик Джеймс Уатт работал в университете Глазго. Однажды ему поступил заказ на ремонт паровой машины Ньюкомена, и, разобравшись в конструкции агрегата, Уатт решил попробовать ее немного усовершенствовать. Он предположил, что можно будет сократить расход недешевого топлива, если цилиндр паровой машины будет постоянно оставаться в нагретом состоянии. Ведь до этого поршень двигался вниз и совершал полезную работу благодаря тому, что емкость с паром охлаждалась при помощи впрыска воды. Но чтобы воплотить в жизнь данную идею, следовало разобраться с проблемой конденсации пара, которую Уатт решил достаточно элегантно.

Если верить историческим источникам, мысль о том, как можно сконденсировать пар, пришла Уатту в голову совершенно случайно, когда он увидел, как под давлением вырываются его струи из котлов прачечных. Джеймс сообразил, что пар - это обыкновенный газ, который из цилиндра можно легко направить в другую емкость, создав в ней меньшее давление. Для этих целей Уатт решил использовать откачивающий насос и систему металлических отводящих трубок, которые забирали из цилиндра пар.

Паровая машина Джеймса Уатта

Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Основная сложность состояла в том, чтобы сделать всю конструкцию герметичной, ведь добиться этого в то время было непросто. Но Уатт и здесь продемонстрировал отличную работу мысли - в своей машине он использовал в качестве уплотнителя пеньковую веревку, пропитанную маслом. Она по специальным углублениям наматывалась вокруг поршня, что позволило в большей части решить эту проблему.

Значение новой паровой машины для паровозостроения

Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Вероятно, талантливый механик тогда и сам не знал, насколько значимым его усовершенствование станет в будущем для паровозов. Благодаря тому, что поршень в новом двигателе перемещался под воздействием пара, можно было многократно увеличить его мощность, просто создав большее давление. Таким образом, не нужно было вновь наращивать габариты - последнее слово оставалось за компактными паровыми машинами, которые совсем скоро стали использоваться во всех отраслях промышленности.

Уатт Джеймс (1736-1819), английский физик и изобретатель.

Стремление к знаниям Джеймс унаследовал от отца - кораблестроителя и деда - преподавателя математики. Никаких учебных заведений Уатт не посещал, но к 20 годам сумел получить всестороннее образование, а также приобрести специальности гравировщика, изготовителя оптических и навигационных приборов.

Вскоре он устроился механиком в Университет Глазго, где стал проводить опыты с паровыми машинами. «Все мои помыслы, - писал Уатт другу, - направлены на паровую машину: я не могу ни о чём думать».

Между 1764 и 1784 гг. Уатт работал над созданием теплового двигателя. Конструкция его была более совершенной по сравнению с изобретениями других европейских учёных. Машина действовала за счёт того, что пар из котла поступал в цилиндр и, расширяясь, заставлял двигаться поршень. Одновременно Уатт сумел повысить её мощность, предусмотрев для выхода пара специальное охлаждающее устройство - конденсатор.

Разработанный Уаттом шарнирный механизм превратил паровую машину в универсальный двигатель для прядильных и ткацких станков, позволил применять её на фабриках и заводах, в горном деле. Она заменяла труд десятков людей, которым раньше приходилось приводить станки в движение вручную. Это ускорило развитие английской промышленности.

Другие изобретения Уатта (в частности, копировальный пресс, приспособление для прокладки каналов) также принесли большую пользу.

Заслуги изобретателя оценили не только в Англии. В 1773 г. императрица Екатерина II пригласила его в Россию. Но он остался на родине до самой смерти.

Уатт занимался исследованием свойств воды и водяного пара, определением единицы мощности - лошадиной силы.

Умер 19 августа 1819 г. в Хитфилде. В честь учёного названа современная единица мощности - ватт.

19 января 1736 года родился Джеймс Ватт - английский изобретатель, именем которого названа единица мощности ватт. Усовершенствование паровой машины, сделанное Ваттом, является одним из самых выдающихся событий в истории техники. Это было одно из тех изобретений, которые положили начало промышленной революции в Англии во второй половине XVII века.

Биография Джеймса Ватта чрезвычайно интересна и поучительна. Она может быть образцом биографии великого инженера, который не только что-то изобретает, но и доводит дело до производства и широкого применения своего изобретения.

К паровой машине

Джеймс Ватт родился в небольшом шотландском городке Гриноке. Его отец строил дома и корабли, а также имел мастерскую, где изготовлялись различные инструменты. Маленький Джеймс Ватт был слабым ребенком. Хотя его рано отдали в бесплатную начальную школу, из-за болезней он часто оставался дома. Самостоятельно приобрел неплохие знания физических и математических наук. Особое впечатление на него произвела книга голландского ученого Гравезанда "Основные начала физики", написанная под влиянием идей Ньютона. В родительской мастерской освоил различные инструменты.

Когда Ватту исполнилось 18 лет, решили выучить его на механика - так тогда называли мастера, который изготавливал точные математические, геофизические и вообще физические приборы. Летом 1754 г. Джеймс Ватт отправился учиться ремеслу в Глазго, поселился у своего дяди Мюрхеда, профессора древних языков Глазговського университета. Пробыл год учеником в одной мастерской, но стало понятно, что получить там основательную подготовку невозможно. Благодаря дяде познакомился с несколькими профессорами университета, что потом очень пригодилось.

С согласия отца Ватт поехал в Лондон. Оказалось, что здесь, чтобы стать мастером, согласно цеховыми законам, необходимо было быть учеником семь лет и заплатить значительную сумму за обучение. Джеймсу удалось найти бесплатное место у одного часовщика, который учил его еще и гравировке. Через некоторое время Ватт поступил учеником в мастерскую к Джону Моргану на один год с оплатой за обучение 20 фунтов стерлингов. Дела у отца ухудшились, молодой Ватт жил очень экономно, искал дополнительный заработок. Но несмотря на это, Ватт продемонстрировал большое стремление к овладению ремеслом. Начав с выполнения простых работ, через год производил такие сложные инструменты, как отражающий секстант.

В конце 1756 г. Дж. Ватт поехал в Глазго, где хотел открыть собственную мастерскую по изготовлению математических инструментов, но не получил разрешение цеха. К счастью, с помощью знакомых профессоров ему удалось стать механиком университета Глазго. Работа в университете, безусловно, имела решающее значение для будущего и Ватта и истории техники. В частности, Ватт познакомился с известным физиком и химиком Дж.Блеком, который открыл так называемую скрытую теплоту парообразования. Ватт также подружился со многими студентами. Известный профессор Робизон вспоминал о том, как будучи студентом, познакомился с Ваттом и был поражен его знаниями. Студенты, встречаясь с трудностями, часто обращались к молодому механику за советом. А тот, если не знал ответа на вопрос, начинал его изучать. Чтобы прочитать одну из первых работ, посвященных машинам, Ватт изучил немецкий язык, впоследствии по аналогичному поводу - итальянский.

Изобретение

Серьезно паровой машиной Ватт стал заниматься после того, как зимой 1763-1764 гг. отремонтировал модель паровой машины Ньюкомена, принадлежавшую факультету натуральной философии Глазговского университета.

Паровая машина Ньюкомена была изобретена в 1711 г. и со временем нашла широкое применение для откачки воды из угольных шахт. Усовершенствованная машина Ньюкомена действовала следующим образом. В котле кипела вода. Над котлом размещался цилиндр машины, прикрепленный к балке дома. Когда поршень поднимался, в цилиндр впускали пар. После достижения поршнем верхнего положения, подачу пара перекрывали, а в цилиндр впрыскивали холодную воду. Пара конденсировалась, создавалось разрежение, и за счет атмосферного давления поршень двигался вниз - это было рабочее движение машины.

Когда Ватт отремонтировал модель машины Ньюкомена, оказалось, что она нуждается во впрыске чрезмерного количества холодной воды. Заинтересовавшись этим явлением, Ватт начал всесторонние исследования. Он пришел к выводу, что плохая работа модели по сравнению с настоящей машиной Ньюкомена обусловлена конденсацией свежего пара при впуске в цилиндр. Он провел опыты, в которых изучал основные свойства пара: связь между давлением и температурой, определение удельного объема пара, скрытой теплоты парообразования. После этого он ищет средства для уменьшения начальной конденсации пара. Решил, что для лучшего использования пара необходимо, чтобы цилиндр имел температуру пара, входящего в него, и не охлаждался. Соответственно, Ватт придумал конденсировать пар в отдельном холодильнике. Следует отметить, что, проводя опыты, Ватт советовался с Дж.Блеком.

Кроме отдельного холодильника, Ватт сделал несколько других усовершенствований: предложил для уплотнения поршня использовать воск или жиры, закрыть цилиндр сверху крышкой, через которую проходит круглый шток. Кроме того, предложил оббивать цилиндр деревом или другим утеплителем.

Реализация изобретения

В 1765 г.. Ватт строит все большие и большие модели своей машины и убеждается в правильности принятых решений, но для продолжения исследований не хватало средств. Друзья, особенно Блэк, пытались помочь Ватту, организовав поддержку какого-то капиталиста. Сначала Ватту помог друг Блэка доктор Ребук - известный химик и железозаводчик.

Соглашение, которое заключили Ватт и Ребук, предусматривало, что последний получит две трети прибыли, полученной от использования паровой машины. Вместо этого он обязался финансировать опыты с машиной и оплатить получение патента. 5 января 1769 г. Ватт получил патент на "способ уменьшения расхода пара и вследствие этого - горючего в огненных машинах». Патент был выдан на 14 лет. Было начато изготовление больших машин, но впоследствии дела Ребука ухудшились и работы прекратились.

Надо отметить, что в 1768 г. Дж.Ватт познакомился с выдающимся инженером и предпринимателем М.Болтоном - владельцем металлообрабатывающего завода в Бирмингеме - и хотел привлечь его третьим в компании, но Болтон отказался. Когда же в 1773 г. Ребук обанкротился, машина Ватта и права на будущие доходы перешли в ведение конкурсного управления кредиторов, и Болтон выкупил их. При этом он заключил соглашение с Ваттом на тех же условиях, что и Ребук: брал на себя расходы, связанные с опытами и изготовлением паровой машины, а также коммерческую сторону предприятия. Ватт же обязался проводить дальнейшие исследования и конструирование машины.

В 1774 г.. Ватт переселился в Бирмингем и с этого времени начался наиболее плодотворный период его деятельности - осуществление первоначального проекта водоподъемной машины и создание нового типа машины - специально для заводских целей.

Сначала переделали некоторые детали, собрали и запустили машину, изготовленную на заводе Ребука с цилиндром диаметром 18 дюймов (457 мм) и ходом поршня 5 футов (1,5 м). Испытания показали, что эта машина в 3-4,5 раза экономичнее, чем машины Ньюкомена.

Но прежде чем организовывать производство машин, Ватт и Болтон позаботились о продлении срока действия патента. Этот вопрос рассматривался парламентом, который продлил действие патента на 25 лет, то есть до 1800 г.

Стали поступать заказы на машины. В 1780 г. Ватт построил 40 машин, половина из которых была установлена в медных рудниках в Корнуэльсе. Болтон вел дела на заводе, а Ватту приходилось много времени проводить в Корнуэльсе - заниматься установкой машин, их запуском, испытаниями, финансовыми расчетами с владельцами приисков. Сначала производство не давало прибыли: организация производства требовала постоянных расходов. К тому же владельцы рудников платили за патент не вовремя. Против неплательщиков нарушали судебные дела, которые, как это принято в Англии, шли очень медленно и требовали затрат. Только в 1786-1787 гг. дела улучшились, в частности, были выиграны процессы против владельцев шахт относительно вознаграждений.

Были и другие трудности. В частности, на заводе не было достаточного количества хороших рабочих. Из-за отсутствия квалифицированных помощников Ватт сам проводил опыты, составлял чертежи и устанавливал свои машины. Со временем на заводе сложился «нормальный» тип водоподъемных машин простого действия (см. Рисунок), которое применялось для откачки воды.

Совершенствование паровой машины

Первым и одним из важнейших усовершенствований паровой машины стало применение расширения пара, подача пара в цилиндр не на полном ходу поршня. Патент на это изобретение Ватт взял в 1782 г.. У описании изобретения Ватт указывал на четверть хода поршня как на выгодную продолжительность впуска пара.

Чтобы паровая машина могла применяться для приведения в движение станков, необходимо было превратить колебательное движение балансира в непрерывное вращение вала. Проще всего это можно было реализовать, применив шатун с кривошипом. Но в 1780 г. какой-то Пикар взял патент на применение кривошипа в «огненных машинах». Поэтому Ватт нашел другие пути для решения проблемы, в частности, изобрел механизм, так называемое «солнечное и планетарное колесо», который применялся в машинах Ватта до окончания срока действия патента Пикара.

Далее Ватт взял патент на машину двойного действия, в которой пар давил на поршень попеременно с обеих сторон. Но создание машины двойного действия потребовало изменения способа передачи усилия от поршня к балансиру: цепная передача, которая применялась ранее, не могла передавать сжимающих усилий. Тогда Ватт создал так называемый параллелограмм Ватта.

Машина, которая предназначена для приведения в действие станков должна иметь высокую равномерность хода. Чтобы обеспечить это, Ватт изобрел автоматический регулятор - отцентровой регулятор, соединенный с дроссельным клапаном.

Впоследствии он сделал много других нововведений - применил ртутный манометр для измерения давления в котле, водомерное стекло в котлах, ртутный вакууметр в конденсаторе. Сделал также многие другие изобретения.

Впоследствии заслуги Ватта стали общепризнанными. В 1784 году его избрали членом Эдинбургского Королевского общества, в 1785 г. - Лондонского, а в 1814 г. - Парижской Академии наук.

Джеймс Уатт - один из шотландских инженеров и изобретателей-механиков.

Биография Уатта кратко

Отца Джеймса звали также, он был разносторонним человеком. Он занимался кораблистроением и имел собственный склад с принадлежностями для кораблей.

В какой-то мере был изобретателем, а также занимался морской торговлей. Мать мальчика была из богатой семьи и имела хорошее образование.

Родился Джеймс Уатт 19.01.1736 года в городке Гринок. С детства имел проблемы со здоровьем. Изначально он обучался дома, а его учителями стали его родители.

Мама обучила чтению, а папа письму и математике. Из-за постоянных недомоганий, он был отстранен от игр со сверстниками, и его любимым занятием стала рыбалка.

В подростковом возрасте Джеймс не на шутку увлекся астрономией, химическими реакциями, а также он очень полюбил делать все своими руками. После того как отец подарил ему столярный набор, мальчик не переставал что-то мастерить, он изготовлял модели устройств отца.

Когда он достиг возраста поступления в старшую школу, его отдали в гимназию. В дальнейшем он едет в Лондон, чтобы пройти не официальное обучение у Моргана.

Затем он вернулся в Шотландию, и открывает собственное дело. Но так как у него нет доказательств о своем мастерстве ему не дозволяют работать. Но к его счастью в город привозят астрономическое оборудование требующее чистки и установки, так он стал мастером научных инструментов при университете.

Становление

Вскоре он с товарищем открыли производство различных приспособлен и инструментов. Это дело приносило хороший заработок. Джеймс Уатт весь поглощен в усовершенствовании своего последнего изобретения для копирования объемных вещей. Он скончался 19 августа 1819 года, вечное место его упокоения - приходская церковь в Хэндсворте.

Научные изобретения

Многие ученые считают, что благодаря изобретениям Уатта произошла промышленная революция. Одними из основных изобретений стали:

• Паровые машина и молот,
• копировальный пресс,
• предложил в качестве единицы измерения мощности использовать "лошадиные силы".

Паровая машина

На самом деле Джеймс Уатт не изобретал паровую машину, он лишь усовершенствовал ее. Когда он регистрировал патент на свое изобретение, в документе говорилось что он создал Паровой двигатель.

паровая машина фото

В 1782 году механик создал машину двойного действия, которая позволяла увеличить производительность паровой машины до четырех раз.

Паровой молот

Запатентовал свой паровой молот Джеймс в 1784 году. Это изобретение состояло из махового колеса и обычного, на тот момент, рычажного молота. Первый экземпляр весил 54,5 кг и бил с высоты 20,3 см.

паровой молот фото

Затем ему удалось усовершенствовать его до массы бьющий частей в 380 кг, а скорость работы такого молота составляла 300 ударов в минуту.

Копировальный пресс

Патент на копировальный пресс был подан в 1780 году. Это была коробка с отделениями для ручек и карандашей, а также с линейкой, бумагой и специальным отсеком под копировальную бумагу. Запаса материала хватало на 24 копии.

копировальный пресс фото

Для того, чтобы привести аппарат в действие нужно было вращать ручку. Она вращала валики таким образом что на бумаге появлялся зеркальный оттиск оригинала.

19 января родился Джеймс Уатт (1736-1819) — шотландский инженер, изобретатель-механик.

Писал, что «паровая машина была первым действительно интернациональным изобретением…». В создании ее принимали участие француз Папин, немец Лейбниц, англичане Северн, Ньюкомен и Уатт. В России паровую машину изобрел И. И. Ползунов.

Машины Севери и Ньюкомена, работавшие с самого начала XVIII в., имели два существенных недостатка: они могли только откачивать воду и были очень неэкономичны. Топлива они потребляли в сотни раз больше, чем современные двигатели. Существенные улучшения в паровую машину внес Джемс Уатт.

В 1763 г. Д. Уатт, работавший механиком университета в Глазго (Шотландия), получил задание отремонтировать действующую учебную модель паровой насосной установки Ньюкомена. Исправленная Уаттом модель работала очень плохо, и Уатт более пяти лет упорно бился над ней, пока наконец не нашел замечательное решение, которое позволило более чем вдвое снизить расход топлива больших машин.

Уатт первый применил конденсатор: установку, в которой происходит конденсации - превращение пара в воду посредством охлаждения. Подобно тому, как в гидравлических установках работа зависит от разности уровней воды, в паровых установках она зависит от разности температур. Чем выше температура пара в начале его работы и чем ниже в конце, тем экономичнее работает паровой двигатель. Во времена Уатта котлы не могли дать пар с давлением больше 1,1 атм. и температурой выше 100С, поэтому хорошее охлаждение пара в конце работы имело большое значение. Пар тогда, как и сейчас, охлаждали водой, но делали это, вбрызгивая воду в цилиндр машины. Попеременный нагрев и последующее охлаждение цилиндра вызывали большой расход топлива. «Цилиндр должен быть всегда горячим!» - правильно решил Уатт, а пар можно охлаждать в отдельном сосуде - конденсаторе. Введение конденсатора более чем вдвое снизило расход топлива в паровых машинах.

Примерно в те же годы остро встала новая задача: придать валу паровой машины вращательное движение. Над этой проблемой работали многие изобретатели, но наиболее удачным было изобретение Уатта.

В 1784 г. он получил патент на паровой двигатель с вращающимся валом и с конденсатором. Экономичность машины Уатта совершенно затмила успехи его современников, построивших машины с вращающимся валом, и даже вызвала неверное представление о том, что Уатт один изобрел паровую машину.

Все хлопоты по постройке и распространению паровых машин Уатта принял на себя его компаньон Болтон, а Уатт все свои силы отдавал усовершенствованию паровой машины. Он изобрел прибор - индикатор, позволяющий следить за работой пара внутри цилиндра, исследовал работу пара и нашел выгодным впускать пар в цилиндр только на 1\4 хода поршня, предоставляя пару затем расширяться. Расширение пара вызвало значительную экономию, но несколько снизило мощность машины. Для увеличения мощности машины при тех же ее размерах Уатт использовал вторую полость цилиндра и таким образом впервые применил машину двойного действия. Эта машина способствовала получению более равномерного вращательного движения. Она была отмечена как «универсальный двигатель крупной промышленности».

Совершенствуя свою машину, Уатт ввел еще ряд серьезных улучшений. Он впервые применил так называемую «паровую рубашку» - пространство, окружающее цилиндр, через которое пар поступал в машину, постоянно держа стенки цилиндра горячими. Он изобрел и ввел в практику центробежный регулятор - чувствительный прибор, позволяющий автоматически, без участия человека, поддерживать число оборотов вала машины постоянным при любых уменьшениях или увеличениях ее нагрузки.

Машины Уатта быстро распространились и в течение четверти столетия были единственным двигателем в промышленности.

Основные его изобретения: конденсатор, цилиндр двойного действия, паровая рубашка, индикатор и центробежный регулятор применяются и поныне, а имя Уатта навсегда вошло в историю как имя одного из творцов новой техники.