James Watt, Šiuolaikinio garo variklio išradėjo, biografija

Jamesas Wattas (1736 m. Sausio 19 d. –1819 m. Rugpjūčio 25 d.) Buvo škotų išradėjas, inžinierius ir chemikas. Jis sukūrė darbingą garų variklis kuriame buvo naudojamas atskiras kondensatorius; ši naujovė garų variklį pavertė naudingu įrankiu įvairiems tikslams. Watt išradimas, tiksliau sakant, jo patobulinimas ankstesniame išradime, „Newcomen“ garų variklyje, daugeliu atvejų buvo technologinis postūmis Pramonės revoliucija.

Greiti faktai: Jamesas Wattas

Jamesas Wattas gimė 1736 m. Sausio 19 d. Greenoke, Škotijoje, kaip vienintelis išgyvenęs keturių James Watt (1699–1737) ir Agnės Muirhead (1901–1754) vaikas. Greenockas buvo žvejų kaimelis, Watt'o gyvavimo metu tapęs užimtu miestu su garlaivių parku. Džeimso Jr senelis Thomasas Wattas (1642–1734) buvo žinomas matematikas ir vietos mokyklų meistras. Jamesas Sr. Buvo žymus Greenocko pilietis ir sėkmingas dailidės bei laivų pardavėjas, dirbęs komplektuodamas laivus ir dirbdamas prie jų instrumentų, kompasų ir kvadrantų. Įvairiais laikais Jamesas Sr taip pat buvo vyriausiasis miesto magistratas ir iždininkas.

Jamesas Wattas buvo protingas, tačiau dėl silpnos sveikatos negalėjo reguliariai lankyti mokyklos. Vietoj to, jis įgijo įgūdžių, kurių vėliau prireiks inžinerija ir įrankiai dirbant su tėvu dailidės projektuose. Iki 6 metų Jamesas Wattas sprendė geometrines problemas ir ankstyviausiai tyrė garo pobūdį, kurio metu buvo eksperimentuojama su motinos arbatos virduliu. Vaikystėje Watt buvo pašėlęs skaitytojas ir kiekvienoje jo rankose patekusioje knygoje rado tai, kas jį sudomino.

Kai Wattas buvo galutinai išsiųstas į kaimo mokyklą, dėl blogos sveikatos jis negalėjo greitai progresuoti; tik tada, kai jam buvo 13 ar 14 metų, jis pradėjo demonstruoti savo sugebėjimus, ypač matematikos srityje. Laisvalaikį jis praleido piešdamas pieštuku, droždamas ir dirbdamas prie įrankio stendo su medžiu ir metalu. Jis padarė daug išradingų mechaninių darbų ir keletą gražių modelių, jam patiko taisyti jūrinius instrumentus.

Po motinos mirties 1754 m. Aštuoniolikmetis Wattas buvo išsiųstas į Glazgą treniruotis prekybininku pas dėdę Johną Muirheadą. Vienas iš jo motinos giminaičių buvo Rytų kalbų ir humanitarinių mokslų skyriaus pirmininkas Glazgo koledže, o Wattas tapo ten esančios literatūros draugijos nariu. Jis taip pat susitiko su kitais Glazge dirbusiais mokslininkais, kurie įrodė įtakingą ir palaikantį jo karjerą: Robertas Dikas, gamtos filosofijos profesorius, matematikos Robertas Simpsonas ir medicinoje bei chemijoje Williamas Cullenas.

Tai buvo Dikas, kuris pasiūlė Wattui vykti į Londoną mokytis matematikos prietaisų gamintojo. Su įvadiniu laišku Watt 1755 m. Išvyko į Londoną ir pradėjo dirbti su instrumentų gamintoju Johnu Morganu. Watt oficialiai nebuvo mokinys, tačiau dirbo mechaninių prietaisų srityje: Morganas manė, kad yra talentingas, tačiau per ilgai užtruko, kol baigė savo darbą. Darbas su Morganu pasibaigė 1756 m. Birželio mėn. Dikas leido jam dirbti trumpalaikę astronomijos laikrodį, atspindintį teleskopus ir tranzito instrumentus. Metų pabaigoje Watt grįžo į Greenocką, tačiau netrukus grįžo į Glazgą, kur pradėjo nedidelį kvadrantų kūrimo verslą. Jis buvo paskirtas matematikos prietaisų gamintoju Glazgo koledže. Jam talkino Dicko pakaitinis Johnas Andersonas ir Culleno pakaitinis bei chemikas. Džozefas Juodasis (1728–1799). Juodasis yra geriausiai žinomas dėl savo darbo su latentiniu ir specifiniu šildymu bei atradimais, susijusiais su anglies dioksidu, ir jis turėjo tapti tvirtu „Watt“ rėmėju.

1759 m. Džonas Robisonas, Glazgo studentas, parodė Watt modelį „Newcomen“ garo variklis ir pasiūlė, kad tai galėtų būti naudojama vagonams varyti. „Newcomen“ buvo išrastas ir užpatentuotas 1703 m. Thomas Newcomenas (1664–1729), o Watt pradėjo kurti miniatiūriniai modeliai, kuriuose naudojami alavo garo cilindrai ir stūmokliai, pritvirtinti prie varančiųjų ratų pavarų sistema. Savo eksperimentuose jis iš pradžių naudojo apoterapijos bandymus ir tuščiavidurius skardinius garų rezervuarų ir vamzdžių vamzdelius, vėliau - Papino viryklę ir bendrą švirkštą. Pastarasis derinys sukūrė nekondensacinį variklį, kuriame jis naudojo garus, esant 15 svarų už kvadratinį colį slėgiui. Vožtuvas buvo apdirbtas rankomis, ir Jamesas Wattas pamatė, kad darbinei mašinai gaminti reikalinga automatinė vožtuvo pavara. Tačiau šis eksperimentas nedavė jokio praktinio rezultato ir kitus kelerius metus jis atsisakė šio tyrimo.

Vatas liko kolegijoje iki 1760-ųjų, kai užmezgė partnerystę su prekybininku, vardu John Craig, iš dalies finansuojamu iš Black. Viena jų įmonė gamino šarmus iš druskos - XVIII amžiuje šarmus buvo galima gaminti tik iš augalų. Craigas ir Wattas buvo vienas iš kelių žmonių, ieškančių būdo, kaip jį sukurti chemiškai, pastangų, kurių nepavyko pasiekti iki 1820 m. Wattas ir Craigas taip pat dirbo prie keramikos krosnių ir glazūrų gamindami alavu glazūruotus delfino gaminius.

1764 m. Wattas vedė Margaret Millar, žinomą kaip Peggy, pusbrolį, kurį jis pažinojo nuo to laiko, kai buvo vaikai. Jie turėjo turėti penkis vaikus, iš kurių tik du išgyveno iki pilnametystės: Margaret, gimusi 1767 m., Ir James III, gimusi 1769 m., Kurie suaugusiais taps pagrindiniu tėvo palaikymo ir verslo partneriu.

1763–1764 m. Žiemą Johnas Andersonas Glazge paprašė „Watt“ pataisyti „Newcomen“ variklio modelį. Jis sugebėjo jį paleisti, bet jam buvo įdomu, kodėl mašina sunaudojo tiek daug garų ir kondensacinio vandens. Vatas pradėjo tyrinėti garo variklio istoriją ir atliko eksperimentinius garo savybių tyrimus.

„Newcomen“ garo variklio modelyje buvo tokio dydžio katilas, kuris negalėjo tiekti pakankamai garų varikliui tiekti. Tai buvo maždaug devynių colių skersmens; garo cilindras buvo dviejų colių skersmens ir turėjo šešių colių stūmoklio eigą. Vatas pagamino naują katilą, kuris galėjo išmatuoti išgarinto vandens kiekį ir garų kondensaciją kiekvienu variklio judesiu.

Vatas netrukus sužinojo, kad varikliui reikia labai nedidelio kiekio garų, kad būtų galima pašildyti labai didelį kiekį vandens. Jis nedelsdamas pradėjo tiksliai nustatyti santykinį garų ir vandens svorį garų cilindre, kai kondensatas vyko varikliui einant žemyn. Jamesas Wattas savarankiškai įrodė „latentinis karštis“, kurį atrado jo mentorius ir rėmėjas Josephas Blackas. Vatas nuvyko į Juodąją su savo tyrimais, kurie savo žiniomis pasidalino su Watt. Watt nustatė, kad virimo taškas, jo kondensacinis garas šešis kartus viršijo savo gamybai naudojamo vandens svorį kondensatas.

Suprasdami, kad garų svoris yra žymiai didesnis nei šilumos, o sugeriantis šilumą vandens, Watt'as matė, kad svarbu rūpintis juo labiau nei buvo anksčiau bandė. Iš pradžių jis taupė katilą ir gamino katilus su mediniais "apvalkalais", kad išvengtų nuostolių laidumas ir radiacija. Jis taip pat naudojo didesnį kiekį dūmų, nei „Newcomen“ turėjo užtikrinti išsamesnį šilumos iš krosnies dujų absorbavimą. Jis taip pat padengė savo garų vamzdžius nelaidžiomis medžiagomis ir ėmėsi visų atsargumo priemonių, kad užtikrintų visišką šilumos panaudojimą degimas.

Jis netrukus sužinojo, kad „Newcomen“ variklio šilumos nuostoliai buvo šie:

• Pats šilumnešis, išsiskiriantis iš žalvario, išsklaidė šilumą ir buvo geras laidininkas ir geras radiatorius.
• Šilumos nuostoliai dėl būtinybės aušinti balioną kiekvienu smūgiu gaminant vakuumas.
• Galios praradimas dėl garų slėgio po stūmokliu, kuris buvo netobulo kondensacijos metodo pasekmė.

Pirmasis jo bandymas panaudoti nelaidžios medžiagos cilindrą buvo pagamintas iš aliejuje mirkytos ir iškeptos medienos, kuri padidino garų ekonomiją. Tada jis atliko labai tikslių eksperimentų su garų temperatūra ir slėgiu eksperimentą, išmatuodamas kiekviename variklio eigoje naudojamo garo kiekį. Jis sugebėjo patvirtinti savo ankstesnę išvadą, kad trys ketvirtadaliai varikliui tiekiamos šilumos buvo iššvaistoma.

Po savo mokslinių tyrimų Jamesas Wattas tobulino garų variklį, supratingai suprato esamus jo trūkumus ir žinojo jų priežastis. Vatas netrukus pamatė, kad siekiant sumažinti garų cilindro darbo nuostolius, Reikėtų rasti būdą, kaip nuolat laikyti cilindrą taip karštą, kaip įeinantį garą tai.

Anot James Watt: „Į galvą man kilo mintis, kad, kadangi garas yra elastingas kūnas, jis nubėgs į vakuumą ir, jei buvo užmegztas ryšys tarp baliono ir išnaudoto indo, jis įlįs į jį ir gali būti ten kondensuotas be aušinimo cilindras. Tada pamačiau, kad turiu atsikratyti kondensuoto garo ir įpurškiamo vandens, jei naudoju purkštuką, kaip „Newcomen“ variklyje. Man tai buvo du būdai: pirma, vanduo gali nutekėti nusileidžiančiu vamzdžiu, jei nusileidimo srovė galėtų patekti į 35 ar 36 pėdų gylį, o oras būtų pašalinamas mažu siurbliu. Antrasis buvo toks, kad siurblys būtų pakankamai didelis, kad būtų galima išgauti tiek vandenį, tiek orą “.

Jis tęsė: „Išanalizavus išradimas neatrodys toks puikus, kaip atrodė. Esant tokiai būsenai, kurioje radau garo variklį, nereikėjo proto stengtis pastebėti, kad degalų kiekis, reikalingas tam, kad jis veiktų, amžinai užkirs kelią jo plačiam naudingumui. Kitas žingsnis mano progrese buvo ne mažiau lengvas - paklausti, kas lėmė dideles degalų sąnaudas. Tai taip pat buvo lengvai siūloma, būtent kuro švaistymas, reikalingas visam cilindrui, stūmokliui, ir gretimos dalys nuo vandens šaltumo iki garo kaitros, ne mažiau kaip 15–20 kartų per minutę “.

Jamesas Wattas išrado savo svarbų atskirą kondensatorių. Jis pradėjo eksperimentuoti su savo naujuoju išradimu. Jo mažasis modelis veikė labai gerai, o vakuumas buvo tobulas, kad mašina pakėlė 18 svarų svorį, pakabintą iš stūmoklio strypo. Tada jis sukonstravo didesnį modelį, o jo bandymo rezultatas patvirtino jo pirmųjų eksperimentų rezultatus.

Watt prireikė metų, kol išsiaiškino naujojo garo variklio detales. Norėdami pradėti, Watt turėjo rasti būdą, kaip išvengti kondensatoriaus pripildymo vandeniu. Jis išbandė keletą metodų, įskaitant oro siurblį, kuris palengvino vandens ir oro kondensatorių, kuris kaupėsi kondensatoriuje ir sumažino vakuumą. Tada jis pakeitė aliejų ir taukus vandeniui, kuris naudojamas sutepti stūmoklį, išlaikant sandarų garą ir neleidžiant cilindrui atvėsti. Kita baliono atšalimo ir dėl to eikvojančios jėgas atliekant darbą priežastis buvo: oro patekimas, kuris kiekvienu žingsniu nustūmė stūmoklį žemyn į cilindrą, savo vidų aušindamas kontaktas. Išradėjas to išvengė, uždengdamas cilindro viršutinę dalį ir apjuosdamas visą cilindrą išorine apvalkalą arba „garo apvalkalą“, kuris leido garams iš katilo praeiti aplink garų cilindrą ir paspausti ant viršutinio katilo paviršiaus stūmoklis.

Pastatęs didesnį eksperimentinį variklį, Watt išsinuomojo kambarį sename apleistame name. Ten jis dirbo su mechaniku Folmu Gardineriu. Vatas ką tik buvo susitikęs su pasiturinčiu gydytoju Johnu Roebucku, kuris kartu su kitais Škotijos kapitalistais neseniai įkūrė garsiąsias Carrono geležies dirbtuves. Roebuckas pradėjo finansiškai remti Watt'o pastangas ir Watt'as dažnai rašė Roebuck'ui aprašydamas savo pažangą.

1765 m. Rugpjūčio mėn. Jis išbandė mažą variklį ir parašė „Roebuck“, kad jam „gerai sekasi“, nors mašina buvo labai netobula, ir informavo „Roebuck“, kad jis pradeda gaminti didesnį modelį. 1765 m. Spalio mėn. Jis baigė stambų garo variklį. Variklis, kol buvo paruoštas bandymams, vis dar nebuvo idealus. Nepaisant to, toks neapdorotas aparatas padarė gerą darbą.

Deja, iki 1765 m. Jamesas Wattas tapo skurdu ir, pasiskolinęs nemažas sumas iš draugų, pagaliau turėjo ieškoti darbo, kad galėtų aprūpinti savo šeimą. Maždaug per dvejus metus jis palaikė save inžinieriumi inžinieriumi, apžiūrėjo ir tvarkė keli kanalai Škotijoje ir tyrinėję anglių laukus Glazgo kaimynystėje miestas. Tačiau jis visiškai neatsisakė savo išradimo.

1767 m. Roebuck prisiėmė 1000 vatų Watt įsipareigojimus ir sutiko suteikti daugiau kapitalo mainais į du trečdalius Watt patento. Kitas variklis buvo pastatytas su septynių ar aštuonių colių skersmens garų cilindru, kuris buvo baigtas 1768 m. Tai veikė pakankamai gerai, kad paskatino partnerius prašyti patento, o specifikacijos ir brėžiniai buvo baigti ir pateikti 1769 m.

Watt taip pat sukonstravo ir sumontavo kelis „Newcomen“ variklius, iš dalies galbūt norėdamas išsamiau susipažinti su praktinėmis variklio statybos detalėmis. Tuo tarpu jis paruošė planus ir pagamino vidutiniškai didelį savo naujo tipo variklį. Jo garų cilindras buvo 18 colių skersmens, o stūmoklio eiga - 5 pėdos. Šis variklis buvo pastatytas Kinneil mieste ir buvo baigtas gaminti 1769 m. Rugsėjo mėn. Ne visi buvo patenkinti nei savo konstrukcija, nei veikimu. Kondensatorius buvo paviršinis kondensatorius, sudarytas iš vamzdžių, šiek tiek panašių į tuos, kurie buvo naudojami jo pirmajame mažame modelyje, ir pasirodė, kad jis nėra pakankamai sandarus. Garo stūmoklis rimtai nutekėjo, o pakartotiniai bandymai tik darė, kad jo trūkumai būtų akivaizdesni. Jam padėjo finansinė ir moralinė parama tiek Joseph Black, tiek John Roebuck, tačiau jis jautė labai rizikuodamas jis susidūrė su savo draugais dėl didelių nuostolių ir tapo labai beviltiškas.

Rašydamas juodaodžiui, Wattas sakė: „Iš visų dalykų gyvenime nėra nieko daugiau kvailo kaip išradimas; ir tikriausiai daugumai išradėjų buvo pritarta tai pačiai nuomonei iš savo pačių patirties “.

1768 m. Jamesas Wattas išvyko į Londoną, kad pateiktų savo patentą, o pakeliui sutiko Matthew Boulton. Boultonas buvo Birmingemo gamybos įmonės, žinomos kaip Soho manufaktūra, kuri gamino smulkius metalo dirbinius, savininkas. Jis buvo paveldėjęs savo tėvo verslą ir jį nemažai sukūręs. Jis ir jo verslas buvo labai gerai žinomi XVIII amžiaus viduryje vykusiame Anglijos apšvietimo judėjime.

Boultonas buvo geras mokslininkas, puikiai mokantis kalbų ir gamtos mokslų, ypač matematikos, nepaisant to, kad jis kaip berniukas paliko mokyklą dirbti į tėvo parduotuvę. Parduotuvėje jis netrukus pristatė nemažai vertingų patobulinimų ir visuomet ieškojo kitų idėjų, kurios galėtų būti įvestos į jo verslą.

Jis taip pat buvo garsiojo narys Birmingemo mėnulio draugija, grupė vyrų, kurie susitiko kartu aptarti gamtos filosofijos, inžinerijos ir pramonės plėtros: kiti nariai apėmė deguonies atradėją Josephas Priestley,Erasmas Darwinas (Charleso Darwino senelis), ir eksperimentinis puodžius Josiah Wedgewood. Wattas prisijungė prie grupės po to, kai tapo Boultono partneriu.

Žavusis ir energingas mokslininkas Boultonas užmezgė pažintį Benjaminas Franklinas 1758 m., kuris tada aplankė Soho. Iki 1766 m. Šie pasižymėję vyrai atitiko, be kita ko, aptardami garo energijos pritaikymą įvairiems naudingiems tikslams. Jie suprojektavo naują garų variklį, o Boultonas sukūrė modelį, kuris buvo išsiųstas Franklinui ir jo eksponuotas Londone. Jie dar turėjo sužinoti apie James Watt egzistavimą.

Kai Boultonas susipažino su Watt 1768 m., Jam patiko jo variklis ir jis nusprendė įsigyti susidomėjimą patentu. Gavęs „Roebuck“ sutikimą, Watt pasiūlė „Boulton“ trečdalį interesų. Nors buvo keletas komplikacijų, galiausiai Roebuckas pasiūlė perduoti Matthew Boulton pusę savo nuosavybės už Watt išradimus už 1000 svarų sumą. Šis pasiūlymas buvo priimtas 1769 m. Lapkričio mėn.

1774 m. Lapkričio mėn. Watt pagaliau pranešė savo senajam partneriui Roebuck, kad jis sėkmingai išbandė „Kilmeil“ variklį. Jis nerašė su savo įprastu entuziazmu ir ekstravagancija; vietoj to jis paprasčiausiai parašė: „Dabar sugalvoju mano sugalvotą gaisrinį variklį ir jis atsako daug geriau nei bet kuris kitas, kuris dar pagamintas, ir aš tikiuosi, kad išradimas bus man labai naudinga “.

Viena entuziazmo stokos priežasčių buvo ta, kad žmona mirė gimdydama praėjusiais metais, 1773 m. Rugsėjo mėn. Širdies ligonis, Watas palaidojo save darbe. Nuo 1774 m. Vasario vidurio dirbo termometrais ir barometrais. Jis baigė civilinės inžinerijos verslą Škotijoje (iš dalies dėl finansinės krizės Škotijoje) ir gegužę išvyko į pietus į Birmingamą, kur įstojo į „Lunar Society“. 1775 m. Jis užmezgė nuolatinę partnerystę su Matthew Boulton.

Nuo tada „Boulton“ ir „Watt“ įmonė galėjo gaminti daugybę veikiančių variklių, pritaikytų realiame pasaulyje. Buvo išleistos naujos naujovės ir patentai mašinoms, kurias buvo galima naudoti šlifavimui, audimui ir frezavimui. Garo varikliai buvo naudojami gabenimui sausuma ir vandeniu. Beveik kiekvienas sėkmingas ir svarbus išradimas, pažymėjęs garo energijos istorija daugelį metų atsirado „Boulton“ ir „Watt“ dirbtuvėse.

Watt'o darbas su Boultonu pavertė jį tarptautinio ūgio tarp laiškų vyrų figūra. Jo 25 metų patentas atnešė jam turtus; ir jis su Boultonu tapo technologinio Apšvietos Anglijoje lyderiais, turinčiais tvirtą inovatyvios inžinerijos reputaciją. Wattas vedė Anną Macgregorą 1776 m. Ir jie susilaukė dviejų vaikų (Gregory ir Jessy), kurie abu mirs jauni. Jo sūnus Jamesas Wattas jaunesnysis, iš savo pirmosios žmonos, išgyveno savo tėvą ir toliau vaidino vaidmenį tęstiniame anglų švietime.

Dėl savo partnerystės su Matthew Boulton, Jamesas Wattas tapo labai turtingu vyru, stačiusiu elegantišką dvarą, vadinamą „Heathfield House“, Handsworth mieste, Stafordšyre. Jis pasitraukė 1800 m., O likusį savo gyvenimą praleido laisvalaikiu ir keliaudamas aplankyti draugų bei šeimos narių. Jis mirė 1819 m. Rugpjūčio 25 d. Heathfield. Jis buvo palaidotas Šv. Marijos bažnyčios kapinėse kapinėse Handsworth.

Watt išradimai labai prasmingai paskatino pramonės revoliuciją ir JAV naujoves šiuolaikinis amžius, pradedant automobiliais ir traukiniais, baigiant gamyklomis, ir socialines problemas, kurios išsivystė kaip a rezultatas. Be to, Watt vardas buvo priskiriamas gatvėms, muziejams ir mokykloms. Jo istorija įkvėpė knygas, filmus ir meno kūrinius, įskaitant statulėles Piccadilly soduose ir Šv. Pauliaus katedroje.

Ant Šv. Pauliaus statulos yra išgraviruoti žodžiai: „Jamesas Wattas... išplėtė savo šalies išteklius, padidino Žmogaus galia ir pakilo į iškilią vietą tarp žymiausių mokslo pasekėjų ir tikrųjų šalininkų pasaulis “.

• Jonesas, Peteris M. "Gyvenimas Apšvietos ir Prancūzijos revoliucijos: James Watt, Matthew Boulton ir jų sūnūs." Istorinis žurnalas 42.1 (1999): 157–82. Spausdinti.
• Hillsas, Richardas L. "Galia iš garo: stacionarių garo variklių istorija". Kembridžas: ​​„Cambridge University Press“, 1993 m.
• Milleris, Davidas Filipas. "„Puffing Jamie“: komercinė ir ideologinė „filosofo“ svarba Džeimso Watto reputacijos atveju (1736–1819).." Mokslo istorija 38.1 (2000): 1–24. Spausdinti.
• „Džeimso Watto gyvenimas ir legenda: bendradarbiavimas, natūrali filosofija ir garų variklio tobulinimas“. Pitsburgas: University of Pittsburgh Press, 2019 m.
• Pugh, Jennifer S. ir John Hudson. "Cheminis James Watt, F.R.S darbas." Londono karališkosios draugijos užrašai ir įrašai 40.1 (1985): 41–52. Spausdinti.
• Russellas, Benas. "Jamesas Wattas: Pasaulio atnaujinimas." Londonas: mokslo muziejus, 2014 m.
• Wrightas, Michaelas. "Jamesas Wattas: Muzikos instrumentų gamintojas." „Galpino“ visuomenės žurnalas 55 (2002): 104–29. Spausdinti.