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.

В должности приборостроителя в Университете Глазго Уатт заинтересовался технологией паровых двигателей. Он понял, что текущее устройство двигателей приводит к пустым тратам энергии из-за постоянного охлаждения и повторного нагрева цилиндра. В своих изысканиях Джеймс использовал отдельный конденсатор, чтобы избежать потерь и радикально улучшил питание, эффективность и рентабельность паровых двигателей. Уатт адаптировал свой двигатель для получения вращательного движения, значительно расширив применение конструкции, изначально приспособленной для откачивания воды из шахт.

Уатт попытался своими силами заработать на изобретении, но терпел большие финансовые трудности, пока не вступил в партнерские отношения с Мэттью Болтоном (Matthew Boulton) в 1775-м. Новая фирма Болтона и Уатта постепенно сделала ее владельцев богатыми людьми. После ухода на пенсию Джеймс не прекратил создавать новые устройства, но ни одно из них не было оценено столь высоко, сколько его работы над паровым двигателем.

Джеймс Уатт родился 30 января 1736-го в Гриноке, в Ренфрюшире (Greenock, Renfrewshire). Его отец был кораблестроителем, судовладельцем и подрядчиком, а мать происходила из знатной семьи и была хорошо образована. Несмотря на пресвитерианское воспитание, Джеймс стал приверженцем деизма. В детстве Уатт много болел, из-за чего редко ходил в школу и получал знания от матери. Ему легко давались математика и инженерные науки, но мало интересовали латинский и греческий языки.

Когда Джеймсу было 18 лет, умерла его мать и постепенно начал угасать его отец. Уатт принял решение год изучать приборостроение в Лондоне (London). Не имея статуса официального студента, Уатт трудился не покладая рук, и уже вскоре от линеек и циркулей перешел к изготовлению квадранта, сектора и теодолита. Он вернулся в Шотландию (Scotland), где в Глазго (Glasgow) союз ремесленников запретил ему заниматься его работой.

Однако уровень квалификации Уатта оказался настолько высок, что, закрыв газа на все средневековые законы, ему со временем разрешили устроить небольшую мастерскую для ремонта сложных астрономических инструментов. Джеймс познакомился с химиком и физиком Джозефом Блэком (Joseph Black), и вместе они разработали приборы, которые помогли Блэку в его дальнейших исследованиях. В 1759-м он наладил партнерские отношения с бизнесменом и архитектором Джоном Крейгом, сумел вылезти из нищеты и шесть лет производил различные инструменты, пока Крейг не умер.

В 1763-м Джеймс взял в жены свою кузину, Маргарет Пегги Миллер, которая умерла при родах в 1772-м. У пары было пятеро детей, трое из которых не дожили до зрелых лет. От второго брака, с Энн МакГрегор, родилось еще двое детей. Энн умерла в 1832-м.

На закате своих дней Уатт был поглощен эйдографом – машиной для копирования скульптурных произведений. Устройство действительно копировало вещи самой сложной формы, причем с высокой точностью. Идея пришла к Уатту уже давно, но довести эйдограф до ума он смог только к концу жизни.

Джеймс Уатт умер на 84 году жизни, 25 августа 1819-го. Он был членом Лондонского королевского общества, Эдинбургского королевского общества и Парижской академии наук. В настоящее время в обращении находится банкнота в 50 £ с изображением Уатта и Болтона.

Процесс изобретения парового двигателя, как это часто бывает в технике, растянулся чуть ли не на столетие, поэтому выбор даты для этого события достаточно условен. Впрочем, никем не отрицается, что прорыв, приведший к технологической революции, был осуществлен шотландцем Джеймсом Уаттом.

Над использованием пара в качестве рабочего тела люди задумывались еще в глубокой древности. Однако лишь на рубеже XVII–XVIII вв. удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. Одна из первых попыток поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 г.: машина изобретателя Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Правда, изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку, кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей. Машина Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода - например со дна шахты - засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу.

Первая паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном в 1698 г. Вода нагревалась внутри вертикального цилиндра с поршнем, и образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда пар охлаждался и конденсировался, поршень опускался вниз под действием атмосферного давления. Посредством системы блоков паровая машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы.

Более совершенную машину в 1712 г. построил английский кузнец Томас Ньюкомен. Как и в машине Папена, поршень перемещался в вертикальном цилиндре. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался, в цилиндре образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, двигавшимся наподобие качелей, поднимал вверх шток насоса. Когда поршень находился в нижней точке своего хода, в цилиндр снова поступал пар, и с помощью противовеса, закрепленного на штоке насоса или на коромысле, поршень поднимался в исходное положение. После этого цикл повторялся.

Машина Ньюкомена широко использовалась в Европе более 50 лет. В 1740-х годах машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригада из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, выполняла за неделю. И все-таки ее КПД был чрезвычайно низок.

Наиболее ярко промышленная революция проявилась в Англии, прежде всего в текстильной промышленности. Несоответствие предложения тканей и стремительно возрастающего спроса привлекло лучшие конструкторские умы к разработке прядильных и ткацких машин. В историю английской техники навсегда вошли имена Картрайта, Кея, Кромптона, Харгривса. Но созданные ими прядильные и ткацкие станки нуждались в качественно новом, универсальном двигателе, который бы непрерывно и равномерно (именно этого не могло обеспечить водяное колесо) приводил станки в однонаправленное вращательное движение. Вот здесь-то во всем своем блеске предстал талант знаменитого инженера, «волшебника из Гринока» Джеймса Уатта.

Уатт родился в шотландском городке Гринок в семье кораблестроителя. Работая учеником в мастерских в Глазго, за первые два года Джеймс приобрел квалификацию гравировщика, мастера по изготовлению математических, геодезических, оптических приборов, различных навигационных инструментов. По совету дяди-профессора Джеймс поступил в местный университет на должность механика. Именно здесь Уатт начал работать над паровыми машинами.

Джеймс Уатт пытался усовершенствовать пароатмосферную машину Ньюкомена, которая, в общем-то, годилась только для перекачивания воды. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. В 1765 г. Уатт пришел к мысли, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Кроме того, Уатт сделал еще несколько усовершенствований, окончательно превративших паро-атмосферную машину в паровую. Например, он изобрел шарнирный механизм - «параллелограмм Уатта» (называется так потому, что часть звеньев - рычагов, входящих в его состав, образует параллелограмм), который преобразовывал возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение главного вала. Теперь ткацкие станки могли работать непрерывно.

В 1776 г. машина Уатта прошла испытания. Ее КПД оказался вдвое больше, чем у машины Ньюкомена. В 1782 г. Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий, и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать. Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Запатентованная Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась на прядильных и ткацких фабриках, а позже и на других промышленных предприятиях. Двигатель Уатта годился для любой машины, и этим не замедлили воспользоваться изобретатели самодвижущихся механизмов.

Паровая машина Уатта поистине стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. Но изобретатель на этом не ограничился. Соседи не раз с удивлением наблюдали за тем, как Уатт гоняет по лугу лошадей, тянущих специально подобранные тяжести. Так появилась единица мощности - лошадиная сила, получившая впоследствии всеобщее признание.

К сожалению, финансовые трудности вынудили Уатта уже в зрелом возрасте проводить геодезические изыскания, работать на строительстве каналов, сооружать порты и пристани, пойти, наконец, на экономически кабальный союз с предпринимателем Джоном Ребеком, потерпевшим вскоре полный финансовый крах.

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.

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.