Первую машину изобрел джеймс уатт
Паровая машина Уатта
Главным двигателем в разных отраслях производства веками оставалось водяное колесо. Но этот двигатель требовал располагать предприятия у рек и для запуска нуждался в дорогостоящих подготовительных работах. Мощность водяных колёс, зависевшую от силы реки, было трудно контролировать: ведь как в засуху, так и при наводнении — двигатель мог встать. Нужда в мощном, дешёвом, легкоуправляемом двигателе, который можно установить в любом месте, привела к созданию паровых машин.
Вспомнить Герона
«Праотцами» паровой машины можно считать два творения Герона Александрийского — поршневый насос и эолипил, в котором сила пара использована как источник энергии. Идею эолипила развил итальянский инженер Джованни Бранка, создав в 1629 г. первую паровую турбину, схожую с водяным колесом, но вращаемую не потоком воды, а давлением струи пара.
Двигатель Бранка был слишком слаб для промышленного использования — мощи паровой струи, поступающей из кипящего котла с водой, не хватало для раскручивания большого колеса. Поршневые насосы в XVI-XVIII вв. широко использовались для откачки грунтовых вод из глубоких шахт и приводились в движение водяным колесом (гидравлическим двигателем). Английский изобретатель Эдвард Сомерсет объединил идею поршня и использование пара в качестве рабочего тела (источника энергии) и в 1655 г. построил паровой насос для подъёма воды на стену замка. Но в те годы его идея не нашла поддержки.
Модель Папена
Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.
«Друг рудокопа»
В 1698 г. английский инженер Томас Севери получил патент на «друга рудокопа» — паровой насос для откачки воды из шахт. Всю работу «друга» выполнял пар — там даже не было поршня. Севери, в отличие от Папена, стал производить пар в паровом котле, отделённом от рабочей части машины. Но для действия машины приходилось каждый раз охлаждать паровой котёл, и тепло, на создание которого тратился уголь в нагревательной печи, уходило в воздух.
Турбина — вращающийся (ротационный) двигатель, преобразующий энергию рабочего тела (воды, пара, газа) в механическую работу.Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. После конденсации пар становится водой.
Двигатель Ньюкомена
Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.
Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.
Паровая революция
Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.
Машина широкого спроса
В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.
Двойной пар
В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.
Поршень крутит колесо
Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.
Полная автоматизация
Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.
Развитие идеи
Успех первой пароатмосферной машины принёс Уатту и славу, и деньги на продолжение работы. Он поставил перед собой несколько задач по усовершенствованию своей машины: повысить мощность, использовать для выполнения полезной работы не только опускание поршня, но и его подъём, а также полностью автоматизировать управление машиной.
Джеймс Уатт
Фото Все
Видео Все
Джеймс Уатт и паровая машина.
Джеймс Уатт и его паровая машина
Технические изобретения Промышленного переворота (рус.) Новая история
Джеймс Уатт — биография
Джеймс Уатт — гениальный шотландский инженер, механик, изобретатель. Его работы дали толчок к промышленной революции. Его именем названа единица мощности СИ— Ватт, он ввёл понятие первой единицы мощности — лошадиной силы. Ему принадлежит изобретение паровой машины двойного действия.
Шотландский инженер, член Лондонского королевского общества, член Парижской академии наук и член Эдинбургского королевского общества. Эти регалии принадлежат великому изобретателю, учёному Джеймсу Уатт. Благодаря его открытиям кардинально изменило развитие промышленности, не только в Великобритании, но и во всём мире.
Мужчины рода Уатт прославляли свою фамилию задолго до рождения Джеймса. Его прадед был известный землевладелец из Абердиншира. Принял участие в войне 1644-1647 годов на стороне ковенантеров. Во время одного из сражений он погиб. Все его земли, имущество, дом было конфисковано. А сын Томас, дед Джеймса, был вынужден переехать к родственнику, проживающего около Гринока.
Благодаря настойчивости и трудолюбию, он достиг уважения в обществе. Преподавал математику и мореходство, позже занял должность окружного судьи, являлся председателем церковного совета. Трудолюбие и тягу к знанию унаследовал его сын Джеймс, отец будущего всемирно известного изобретателя. Джеймс –старший был очень разносторонним человеком. Его любимым занятием было что-то мастерить руками. И его пристрастие переросло в бизнес. Он строил корабли, чинил различные механизмы, занимался морской торговлей. Его жена Агнес Мюрхед принадлежала к богатому роду, и была образованна.
Детство
Портрет Джеймса Уатта в детстве
Особо счастливым детство юного Джеймса назвать трудно. Почти год он провёл в четырёх стенах своей комнаты где самостоятельно изучал различные науки сам. Гулять вместе с детьми он не мог, единственным увлечением вне дома это была рыбалка.
Как-то присутствующий в гостях у Уаттов знакомый заметил, что Джеймс младший рисует что-то мелом на очаге, и возмутился говоря, что ребёнок попросту тратит время. Но отец ответил, что в начале нужно разобраться, что это за рисунки. Какого же было удивление взрослых, когда они поняли, что Джеймс пытается найти решение задачи Эвклида.
Немного повзрослев юный математик, увлекается астрономией и его начинают интересовать химические опыты. К тому времени отец передал ему своё самое главное богатство — умение работать руками. Позже знакомые его называли «мастер на все руки». В подарок от отца он получил столярные инструменты. И стал с упорством присущим всем Уатт, изготовлять различные устройства и механизмы, придуманные его отцом. По достижению возраста, он поступает в гимназию. Учит латынь, совершенствует свои знания в области математике.
Образование
Устроится официально нет финансовых возможностей, и он договаривается об обучении у мастера Моргана. Средств хватило на оплату только одного года. Он начинает с упорством осваивать профессию, и скоро он от изготовления самых простых линеек и циркулей, переходит к изготовлению более сложных инструментов. Ему подвластно сделать квадрант и сектор, теодолит. Всё это время он почти не покидает дом, так как на это просто нет времени. Живёт впроголодь.
Джеймс Уатт в молодости
По истечении года он вернулся в Шотландию. Джеймс поселяется у своего дяди в Глазго, и решает открыть своё дело. Начинает ремонтировать телескопы, октанты, барометры. Но союз ремесленников заставляет его прекратить работу, так как по сути у него не было должного образования. Но ему подворачивается счастливый случай. Его приглашают в университет Глазго для ремонта и настройки астрономических инструментов будущей обсерватории. Позже его назначат мастером научных инструментов при университете. Наступает долгожданное время, когда он стал достаточно зарабатывать на жизнь.
Архитектор и бизнесмен Джон Крейг в 1759 году приглашает Джеймса стать его партнёром. Совместно они организовали производство по изготовлению разных устройств и механизмов. Их совместная работа принесла ему полное избавление от нужды. Появившиеся средства позволили ему нанять себе помощников. Вместе они проработали ещё шесть лет, до самой смерти предпринимателя.
Изобретательство
Джон Робинсон, давний приятель Джеймса Уатта, заинтриговав его как – то вопросом по использованию пара в качестве двигательной энергии. Созданная пятьдесят лет назад паровая машина Ньюкомена использовалась только для откачки воды из шахт. За всё время её существования никто не пытался её как-то усовершенствовать. И Джеймс начинает исследование пара с нуля. Первые попытки создания новой паровой машины потерпели неудачу.
Паровая машина Джеймса Уатта
Но в 1763 году по просьбе профессора из университета он ремонтирует действующую паровую машину Ньюкомена. Он вносит в конструкцию много усовершенствований. Первую свою идею он запатентовал в 1769 году. Это изолированная камера для конденсата. Но создать полноценную машину он не может. Нужны деньги. Ему оказывают помощь Джозеф Блэк и Джона Роубака.
А через год это изобретение стало работать на предприятиях, к примеру эта машина была востребована на пивоварнях. Именно там и появилось понятие «лошадиная сила», так до появления этого механизма воду накачивали с помощью лошадей. Для точности эксперимента на одном пивоваренном заводе, хозяин в течении рабочей смены использовал одну самую выносливую лошадь. Джеймс выяснил, что она за час перегнала 75 кг воды. Это и стало единицей измерения мощности— лошадиная сила равняется 75 килограмм-силам на метр в секунду.
Первые созданные машины были очень громоздкие, и для них строили отдельное помещение. Но позднее Уатт модернизировал не только внутренние механизма агрегата, но и внешний вид.
В конце XVIII века значения разработанного двигателя оказалось по истине неоценимым вкладом в развитие промышленности и прогресса. По аналогии он создал копировальный пресс, который он запатентовал в 1780 году.
Копировальный пресс Джеймса Уатта
В 1800 году Джеймс Уатт уходит на пенсию, к этому времени уже закончился срок его патента, но это не значит, что великий изобретатель прекратил свои изыскания. Он ещё создаст эйдограф — прибор для «клонирования» скульптур, медальонов, сосудов и прочих предметов искусства.
Личная жизнь
В 1763 году состоялась свадьба, Уатт взял себе в жёны свою кузину Маргарет (Пегги) Миллер. В браке родилось 5 детей. При последних родах в 1772 году его жена умерла. Второй брак состоялся в 1777 году. Его избранницей стала Энн МакГрегор. У пары родилось ещё двое детей.
Смерть
Жизнь великого учёного закончилась 25 августа 1819 года. Он умер на 83 году жизни. Джеймс Уатт захоронен на кладбище возле церкви Святой Марии в Хэндсворте. На сегодняшний день церковь расширили и его захоронение находится под его сводами.
Память Джеймса Уатта увековечена памятником в Вестминстерском аббатстве. Великий изобретатель высечен сидящем, с бумагой и пером в руках.
Ссылки
Семь фактов о создателе универсальной паровой машины Джеймсе Уатте
В 1784 году Уатт модернизировал свою машину, которую назвали «универсальной». Она появилась на фабриках и заводах, с ее помощью приводили в движение прядильные и ткацкие станки и другие механизмы. А в начале XIX века двигатели системы Уатта установили на первые паровоз и пароход. Жизнь человека изменилась в корне.
4. Уатту и Болтону пришлось бороться с многочисленными некачественными подделками паровой машины. В то время каждый, кто имел хоть какое-то представление о подобной конструкции, пытался сделать ее самостоятельно, чтобы заработать на волне популярности. Зачастую подделки были опасны в эксплуатации: это портило имидж производителей. Они выиграли тысячи судебных разбирательств.
5. Российская академия наук предложила Уатту, при условии переезда, занятие, «сообразное с его вкусом и познаниями» и приличным ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Узнав об этом, поэт Эразм Дарвин умолял изобретателя не ездить: «Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь». В Россию Уатт так и не поехал.
6. Изначально, для того, чтобы продвинуть на рынке свою паровую машину, Уатту понадобилось наглядно представить ее преимущества. Изобретатель рассчитал, какой груз, в среднем, в минуту поднимает обычная лошадь, приводя в действие водяной насос. Эту единицу мощности он обозначил как «лошадиную силу». Таким образом, Уатт наглядно показал, во сколько раз паровая машина эффективнее лошади.
7. В 1882 году Британская ассоциация инженеров решила, впервые в истории техники, присвоить имя собственное единице измерения и, таким образом, увековечить Джеймса Уатта. С тех пор мощность в Международной системе единиц измеряется в ваттах.
Джеймс Уатт
шотландский ученый, изобретатель паровой машины
Джеймс Уатт
Джеймс Уатт (англ. James Watt) родился 30 января 1736 года в Шотландии, в Гриноке близ Глазго. Отец отправил его в Лондон, чтобы Джеймс обучился слесарному делу. За один год он освоил программу, рассчитанную на 7 лет, и, вернувшись на родину, стал работать механиком в университете Глазго.
Познакомившись с физиками Дж. Блэком и Дж. Робинсоном, Уатт принимал участие в проводимых ими экспериментах по определению теплоты парообразования. В то время было очень популярно создавать паровые машины, среди которых к тому времени существовали «огневая машина» француза Д. Папена, паровой водоподъемник Т. Севери, пароатмосферная машина Т. Ньюкомена.
Уатт приступает к совершенствованию паровой машины. Джеймс Уатт впервые сумел добиться того, чтобы пар не охлаждался внутри цилиндра, в противном случае образовывался конденсат, и эффективность машины падала. В машине Уатта применялось избыточное давление пара, это улучшало экономичность и снижало габариты установки (эта особенность была запатентована в 1768 году).
Работы инженера заинтересовали фабриканта Мэтью Болтона, владевшего металлообрабатывающим заводом в местечке Сохо близ Бирмингема, и он заключает с Уаттом соглашение о партнерстве. В 1782 году Уатт создает первую паровую машину двойного действия.
Болтону принадлежала идея измерять мощность двигателя в лошадиных силах, а по имени Уатта была названа единица мощности – Ватт. Фирма «Болтон и Уатт» до конца века была монополистом в Англии по производству паровых машин. Паровая машина Уатта сыграла большую роль в промышленном перевороте и переходе к машинному производству.
Кроме того, Уатту принадлежат и другие изобретения и открытия: ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, копировальные чернила, индикатор давления.
Умер Джеймс Уатт 19 августа 1819 года в Хитфилде близ Бирмингема (Англия).
Джеймс Уатт и паровая машина
Здравствуйте, друзья! Имя Джеймса Уатта неразрывно связано с паровой машиной. Конечно, строго говоря, Уатт не был изобретателем паровой машины, подобные устройства были и до него. Но именно Уатт привел конструкцию к такому виду, что паровую машину стали широко применять в промышленности. Джеймс Уатт родился 19.01.1736 года в Шотландии, в Гриноке. Его отец был судовладельцем и кораблестроителем, а мать происходила из знатной фамилии. Уатт имел слабое здоровье от природы, и по причине этого не учился вместе со своими сверстниками в начальной школе. Однако родители занимались с ним, научили его читать, писать, арифметике. Кроме того, и сам Джеймс был склонен к наукам и учился с удовольствием. После того как подошел возраст окончания начальной школы, Джеймс поступает в гимназию, где много читает, занимается математикой, физикой. Отличительной особенностью Уатта как ученика было то, что он пытается применить полученные знания на практике.
В 1755 г. Уатт уезжает в Лондон, где учится на механика и занимается ремеслом, связанным с математическим и астрономическими инструментами. Через год Уатт возвращается в Шотландию, и устраивается механиком в университете Глазго. В 1763 году Уатту предложили отремонтировать принадлежавший университету образец паровой машины Ньюкомена. Любознательный Уатт естественно согласился. Что же представляла из себя паровая машина Томаса Ньюкомена?
Паровой цилиндр размещался у этой машины над котлом. Поршневой шток, то есть стержень, соединенный с поршнем, был соединен гибкой связью с концом балансира. С другим концом балансира был соединен шток насоса. Поршень поднимался в верхнее положение под действием противовеса на другом конце балансира. В тоже время движению поршня помогал пар, который запускали в это время в цилиндр.
В тот момент, когда поршень находился в крайнем верхнем положении, закрывали кран, впускавший пар из котла в цилиндр, и запускали воду в цилиндр. Вода быстро охлаждала пар, он конденсировался, и давление внутри цилиндра падало. Таким образом, создавалась разница давлений внутри цилиндра и вне его. Силой атмосферного давления поршень двигался вниз, совершая при этом полезную работу, а именно приводил в движение балансир, который двигал шток насоса. То есть полезная работа совершалась только при движении поршня вниз. Затем снова запускали пар в цилиндр, поршень опять поднимался вверх, запускали воду и т.д., и весь цикл машины происходил заново.
Получалось, что полезную работу в этой паровой машине совершало атмосферное давление, а пар нужен был только для создания разреженного пространства. Главный недостаток паровой машины Т.Ньюкомена это то, что рабочий цилиндр в ней являлся одновременно и конденсатором. Цилиндр то нагревали, то охлаждали вновь, и расход топлива для такой машины был большой, а КПД низкий. Однако эта машина довольно широко применялась, в основном для откачки воды в угольных шахтах.
Отремонтировав паровую машину, Уатт попробовал ее на практике, и ему стала очевидна главная слабость конструкции машины, а именно попеременное нагревание и охлаждение цилиндра. Большая часть энергии терялась впустую. После ряда экспериментов с машиной Ньюкомена Уатту стало ясно, что для того чтобы машина работала лучше, нужно чтобы цилиндр был постоянно в нагретом состоянии.
Но куда в этом случае конденсировать охлаждаемый пар? Далеко не сразу он смог решить эту задачу. Как то, проходя мимо прачечной, Уатт увидел облака пара, вырывавшихся из окошек. И тут ему пришла мысль. Вот оно. Нужно создать отдельный сосуд, цилиндр с разрежением, куда и нужно отводить пар из рабочего цилиндра, еще до его конденсации. Ведь при этом расход пара на полезную работу снижается, а КПД машины повышается.
Позднее Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию, покрывая рабочий цилиндр и конденсатор теплоизоляционными материалами. Итак, главное было сделано, конструктивно паровая машина была придумана.
Но как это бывает, от гениальной идеи до ее реализации большой путь. Но Уатту удалось претворить свою идею в жизнь. Много работал он и над усовершенствованием своего изобретения.
В конечном итоге ждал Джеймса Уатта и коммерческий успех, особенно после того, как ему удалось при помощи кривошипного механизма преобразовать колебательное движение балансира в своей машине во вращательное. Такой двигатель уже мог быть применен для привода множества машин в промышленности. А это уже было начало Промышленной революции. Жизнь свою Уатт закончил очень обеспеченным человеком.
Конечно, за свою долгую и плодотворную жизнь этот гениальный изобретатель занимался не только паровой машиной. Так, например, это именно он ввел первую единицу мощности – «лошадиную силу». К числу его изобретений относятся: ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, копировальные чернила, индикатор давления.
Заслуги Джеймса Уатта были признаны еще при жизни, он был почетным членом академий нескольких стран. Приглашали его на работу и в Россию, предлагая ему ежегодное жалованье 1000 фунтов стерлингов, большие деньги по тем временам. Уатт не согласился на это предложение. После смерти Джеймса Уатта в 1819 году ему был поставлен памятник в Вестминстерском аббатстве. В честь Уатта названа единица мощности Ватт, а также на банкноте в 50 евро его изображение. Так что заслуги Джеймса Уатта признаны по праву.